Obtención de juntas disimiles de la aleación de aluminio AA7075 – T6 y polietileno de alta densidad (HDPE) empleando el proceso Friction Stir Welding (FSW)

• Escobar-Muñoz, Santiago ^[1] ; Hoyos-Pulgarín, Elizabeth ^[1]
  1. [1] Universidad EIA
• Localización: Revista UIS Ingenierías, ISSN-e 2145-8456, ISSN 1657-4583, Vol. 18, Nº. 2 (Abril - junio), 2019, págs. 103-112
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Dissimilar joints of the aluminum alloy AA7075 – T6 and high-density polyethylene (HDPE) obtained by Friction Stir Welding (FSW)
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se empleó el proceso de soldadura en estado sólido Friction Stir Welding (FSW), aprovechando su condición para obtener uniones permanentes sin superar la temperatura de fusión de los materiales involucrados y sin requerir material de aporte. Sus características lo convierten en una buena opción para la obtención de juntas disímiles y específicamente para la combinación AA 7075 – T6 y polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en inglés). Esta aleación es comúnmente empleada en el sector aeroespacial, y es ideal para el proceso FSW, ya que se caracteriza por su baja soldabilidad por métodos tradicionales por fusión, al presentar problemas de susceptibilidad al agrietamiento durante la solidificación. Las uniones polímero-aluminio se presentan como una alternativa para la fabricación de componentes que requieren altas relaciones resistencia–peso.

    Para las juntas se empleó material base de 50 x 150 mm y 3/16 in de espesor, una maquina CNC equipada con un dispositivo de medición de fuerzas, axiales y longitudinales, adaptado a la bancada; una herramienta no consumible de acero H13 con hombro convexo de círculos concéntricos, y un pin cilíndrico roscado de 4,5 mm de largo. Los parámetros evaluados estuvieron entre 500 y 2450 rpm de velocidad de giro, y entre 25 y 100 mm/min para la velocidad de avance. Las juntas obtenidas se evaluaron empleando ensayos no destructivos (END) de inspección visual (IV) y líquidos penetrantes (LP). Adicionalmente se empleó corte por chorro de agua y partículas, buscando así el menor nivel de afectación, para obtener probetas y comparar el nivel de continuidad o unión en la sección transversal de las juntas, empleando estereoscopia óptica. Como complemento de las técnicas de inspección, se contrastaron los resultados con datos de fuerza longitudinal y axial y el comportamiento mecánico de algunas juntas.

    A partir de los resultados obtenidos por los métodos mencionados se encontró que ante valores intermedios de velocidades de rotación y de avance en el intervalo evaluado, la sección transversal de las soldaduras presenta mayor continuidad y mejores prestaciones. Resalta la combinación de parámetros: soldaduras a 50 mm/min, entre 1150 a 2450 RPM, y la combinación de 75 mm/min y 2450 RPM. La obtención de juntas sanas es prometedora, pero aún está en desarrollo.

  • English

    In this work, the solid-state process of Friction Stir Welding (FSW) was employed due to its ability to obtain permanent joints without surpassing the fusion temperatures of the base materials involved and being free of filler material. Its characteristics make it a satisfactory process for bonding dissimilar materials, specifically the aluminum alloy AA7075 – T6 and high-density polyethylene (HDPE). This alloy is commonly used in the aerospace industry and other high – demanding mechanical applications because of its properties, making it ideal for FSW as it presents low weldability by traditional methods like arc welding processes. Aluminum and polymer joints are presented as an alternative for the fabrication of components with high weight resistance ratio.

      For the welds, base material plates of 50X150mm and 3/16 in thick, a CNC machine equipped with a longitudinal and radial force measuring device and a non-consumable H13 tool with a concave shoulder and concentric circles with a 4.5 mm threaded pin were used. The parameters selected range from 500 to 2450 RPMand from 25 to 100 mm/min for the spindle and travel speed, respectively. Non-destructive tests (NDT) of visual inspection and dye penetrant were used on the welds to evaluatie the quality. Additionally, joints were sectioned and inspected employing optical stereoscopy after obtaining probes by water jet cut, looking for the level of continuity in the region of welding. This information was compared with force data and destructive tests results.

    Additionally, water jet cutting was used, seeking the lowest affectation level to obtain sound specimens and compare the level of continuity in the cross-section of the joints, using optical stereoscopy. As a complement to the inspection techniques, the results were compared with longitudinal and axial force data and the mechanical behavior of some joints.

    The cross-section of the welds had greater continuity and better performance using the following parameters combinations: 50 mm/min and between 1150 to 2450 RPM and the combination of 75 mm/min and 2450 RPM. Obtaining sound joints is promising but still in development.