1. Soldadura por friccin en estado slido y su proceso.El mtodo de soldadura por friccin y agitacin (Friction stir welding FSW), fue inventado por Wayne Thomas en el Instituto de Soldadura (The Welding Institute TWI) del Reino Unido en el ao 1991, como una tcnica de unin en estado slido con aplicacin inicial para aleaciones de aluminio. Un proceso de unin en estado slido es aquel en el cual las placas son unidas sin alcanzar el punto de fusin, lo cual abre posibilidades de unir materiales que eran considerados no-soldables, como lo son las series de aleaciones 2xxx y 7xxx.Los componentes que se emplean para realizar FSW, son una herramienta cilndrica de hombros, denominado shoulder, y un pin perfilado denominado simplemente pin, ambos descritos grficamente en la Ilustracin 1. El procedimiento de unin, a grandes rasgos, consiste en insertar el pin de la herramienta en la unin a tope de dos placas, el cual previamente se hace girar y avanzar a travs de las placas a velocidades de avance y giro predeterminadas. Estas placas deben estar previamente sujetas con firmeza para evitar que las caras a unir sean forzadas a retroceder bajo las fuerzas aplicadas.

Ilustracin 1 Conjunto de la herramienta, formada por el Pin y el Shoulder.En la Ilustracin 2 se muestran el sentido de avance y de giro de la herramienta a travs de la pieza. El giro de la herramienta genera dos lados especficos en el proceso que son el lado de avance y el lado de retirada, ambos lados quedan definidos segn el sentido del giro de la herramienta. Segn la Ilustracin 2, el sentido de avance es en una diagonal desde la parte superior derecha hacia la parte inferior izquierda, el sentido de giro es de izquierda a derecha con respecto al avance de la herramienta. El lado de avance est ubicado por lo tanto en la placa superior, de un color gris claro, mientras que el lado de retirada est ubicado en la placa inferior, de un color gris oscuro.

Ilustracin 2 Proceso de FSWLa herramienta en su conjunto cumple con tres funciones elementales, las cuales son: calentar la pieza de trabajo, mover del material para producir la unin, y finalmente contener el metal caliente debajo del shoulder de la herramienta. El calentamiento es creado en el interior de la pieza de trabajo tanto por la friccin entre el pin de la herramienta y el shoulder como por la elevada deformacin plstica producida. El calentamiento localizado suaviza el material alrededor del pin y, junto con la accin combinada del giro de la herramienta y la traslacin de la misma, producen el movimiento del material desde el frente del pin, hacia la zona posterior del mismo, llenando as el volumen hueco producido al ingresar con la herramienta. El shoulder de la herramienta restringe el flujo de metal al nivel de la posicin del shoulder, lo cual es aproximadamente a la altura original de la superficie de la pieza de trabajo.Como resultado de la accin de la herramienta en la pieza, cuando se realiza de manera apropiada, se genera una unin de estado slido, esto quiere decir que no existe fundicin del material base. Debido a las varias geometras que pueden tener las herramientas, el movimiento del material alrededor del pin puede ser complejo, con gradientes en el esfuerzo, temperatura y velocidad de deformacin. En consecuencia, la microestructura resultante en la zona con forma de pepita (de ahora en adelante zona nugget), refleja las diferentes condiciones termomecnicas, por lo cual no es homogneo. A pesar de las inhomogeneidades microestructurales, uno de los principales beneficios de la tcnica de soldadura en estado slido es la estructura creada en la zona nugget, debido a la intensa deformacin plstica a elevadas temperaturas, la cual se encuentra completamente recristalizada, es equiaxial y presenta granos finos. Una microestructura de grano fino proporciona excelentes propiedades mecnicas, propiedades ante la fatiga, mejora la conformabilidad y entrega sperplasticidad excepcional. 1.1. Caracterizacin de la zona nuggetEn una unin en estado slido exitosa, es posible identificar las diferentes zonas microestructurales caractersticas del proceso de FSW, a continuacin se describen las diversas zonas que aparecen en la Figura 3.

Ilustracin 3 Zonas caractersticas en FSW, para una seccin transversal. A) zona no afectada o material base, B) zona afectada termicamente, C) zona afetada termomecanicamente, D) soldadura nugget.A. Zona no afectada o material base: esta zona se encuentra lo suficientemente alejada de la soldadura como para recibir deformacin alguno y que, a pesar de que pueda haber experimentado algn ciclo trmico de la soldadura, no se ve afectado por el calor producido en trminos de la microestructura o propiedades mecnicas.B. Zona afectada por el calor: esta zona es la que colinda con el centro de la soldadura, el material ha experimentado un ciclo trmico el cual ha modificado sus propiedades microestructurales y/o mecnicas. Sin embargo, no existe deformacin plstica en este sector.C. Zona afectada termomecnicamente (TMAZ): en esta regin, la herramienta de FSW ha deformado plsticamente al material, y el calor producido ha ejercido cierta influencia en el material base. Para el caso particular del aluminio, es posible obtener elevada deformacin plstica sin una regin de recristalizacin, por lo cual existe un lmite distintivo entre la zona de recristalizacin (soldadura nugget) y la zona deformada de la TMAZ.D. Soldadura nugget: rea completamente recristalizada, llamada tambin zona de agitacin, es la zona ocupada previamente por el pin de la herramienta. El termino zona de agitacin es comnmente empleado en procesos de soldadura por agitacin, donde grandes volmenes de material son procesados.

2. Parmetros de la soldadura por FSW.A diferencia de procesos como la soldadura por arco elctrico, donde el clculo del calor de aporte se realiza mediante las componentes de tensin y corriente para as determinar el calor de aporte, en FSW no existen tales parmetros, debido a que el fenmeno es puramente mecnico. De esta manera la fuerza, la friccin y la rotacin pasan a ser parmetros importantes. De varios estudios realizados para determinar la forma en que el calor es generado y transferido al rea de unin, un modelo simplificado ha sido determinado, el cual describe la cantidad de calor de aporte.

Donde:: Calor generado.: Friccin.: Velocidad de rotacin de la herramienta.: Fuerza vertical.: Constante para la geometra de la herramienta.Para generar una soldadura de calidad, la caracterstica ms importante a controlar es la fuerza vertical (eje z). Esto garantiza una alta calidad incluso donde puedan surgir errores a la tolerancia de los materiales a unir. Tambin permite un mejor control a mayores velocidades de soldadura, dado que la fuerza vertical asegurara la generacin del calor de friccin para suavizar el material.Cuando se emplea FSW, los siguientes parmetros debern ser controlados: fuerza vertical, velocidad de soldadura, velocidad de rotacin y el ngulo de inclinacin. Con estos cuatro parmetros puede lograrse un mecanizado ideal para realizar soldaduras por FSW.Comment by Digoox: Es necesario ratificar esto, debido a que su fuente es un catalogo de productos, no una revista cientfica.

3. Diseo y materiales de la herramientaLa importancia de la herramienta en FSW reside en que esta produce la deformacin termomecanica, junto con el calentamiento por friccin en la pieza de trabajo requerido para alcanzar el efecto de agitacin y friccin. Como se aprecia en la Ilustracin 4, durante la penetracin de la herramienta, se fuerza el ingreso de esta en la pieza de trabajo. Como fue citado previamente, la herramienta cuenta con un pin y con un shoulder. El contacto del pin con la pieza de trabajo crea un calor por deformacin y friccin que suaviza el material base, por su parte el contacto del shoulder aumenta el calentamiento en la pieza base, garantizando una mayor la regin suavizada del material, junto con restringir la deformacin del material. Generalmente al inicio del proceso, la herramienta es detienda, dejando solo su movimiento rotacional y no el avance, para aumentar el volumen de material deformado. Posterior a este paso, la herramienta comienza su desplazamiento prefijado, dejando en su camino una regin con microestructura recristalizada de grano fino. El movimiento de avance de la herramienta produce cargas paralelas a la direccin de desplazamiento, denominadas cargas transversales; la carga normal o vertical es la carga requerida para que el shoulder permanezca al nivel de contacto predeterminado con la pieza base.

Ilustracin 4 esquema del proceso de FSW3.1. Materiales de la herramientaFSW es un proceso de deformacin termomecnica donde la temperatura de la herramienta se aproxima a la temperatura solidus de la pieza a unir. Para producir una soldadura de calidad, se debe determinar el material apropiado para la fabricacin de la herramienta. Aspectos como la estabilidad estructural, su resistencia a la temperatura y el costo son necesarios para evaluar la mejor alternativa para los materiales a unir.

3.1.1. Caractersticas de los materiales para herramientas de FSWLas caractersticas de las herramientas estn sujetas al material base a unir, la vida til esperada de la herramienta y la experticia y preferencias del operario que la emplee. A continuacin se incluyen algunas consideraciones prcticas que pueden decidir entre un material y otro a la hora de la seleccin.Resistencia a la temperatura (elevada y ambiente): El material candidato para la herramienta debe ser capaz de soportar los esfuerzos de compresin para cuando la herramienta toque al material base, junto con tener la suficiente resistencia a la compresin y a esfuerzos de corte para elevadas temperaturas con tal de prevenir la distorsin o fractura de la herramienta mientras dure del proceso de FSW. Como mnimo, el material candidato debe mostrar una resistencia a la compresin y un elevado esfuerzo de fluencia que el esperado a la fuerza normal de la herramienta, a temperaturas cercanas a la solidus de la pieza base.Estabilidad para temperaturas elevadas: Adicionalmente a contar con una resistencia adecuada para temperaturas elevadas, la herramienta debe mantener su resistencia y estabilidad dimensional durante el tiempo de empleo. Creep (y fatiga por creep) es un criterio a considerar para extensas longitudes de soldadura, donde una pobre resistencia al creep podra cambiar las dimensiones de la herramienta durante la soldadura. Materiales para herramientas que obtienen su resistencia por precipitados, endurecimiento por trabajo, o endurecimiento por transformacin presentan una temperatura mxima de uso definida. El empleo de estas herramientas a sus mximas temperaturas de operacin, exhibirn en el tiempo un decaimiento de sus propiedades mecnicas. El cambo en las propiedades mecnicas puede deberse a sobreenvejecimiento, recocido y recuperacin de dislocaciones subestructurales, o la reaparicin de una fase ms dbil. En FSW, estos cambios microestructurales pueden ya sea cambiar la forma de la herramienta o fracturarla. Los esfuerzos trmicos de fatiga debern ser considerados cuando la herramienta est sujeta a ciclos de enfriamiento y calentamiento. Sin embargo, en la mayora de los casos, otras caractersticas del material causaran una falla antes de la fatiga trmicaResistencia al desgaste: Cuando se somete a un desgaste excesivo, la herramienta cambia su forma, por lo que su calidad de soldadura cambia y aumenta la probabilidad de defectos. En FSW, el desgaste puede ocurrir mediante mecanismos de adhesin, abrasin, o desgaste qumico. El mecanismo especifico de desgaste est supeditado a la interaccin entre la herramienta y la pieza base, junto con los parmetros seleccionados para la herramienta. Reactividad de la herramienta: Otro mecanismo de deterioro de la herramienta es la reactividad que pueda tener est ya sea con el ambiente, la pieza a trabajar con la herramienta o viceversa. Ejemplo de esto es el titanio, el cual se conoce presenta reactividad a elevadas temperaturas; de esta forma, cualquier reaccin del titanio con el material de la herramienta generara cambios en las propiedades del pin, alterando la calidad de la unin. Reacciones con el ambiente tales como la oxidacin podran cambiar la resistencia al desgaste de la herramienta o incluso producir substancias toxicas (por ejemplo la formacin de ). Reacciones de tipo ambiental pueden ser mitigadas empleando gases protectores, sin embargo esto convierte aumenta el grado de complejidad del sistema de soldadura. La pieza de trabajo puede tambin presentar reacciones con el medioambiente.Resistencia a la fractura: Esta propiedad tiene una importancia significativa durante la penetracin de la herramienta y durante el tiempo que se mantiene fijo, pero girando, en la placa, ambos pasos ejecutados al inicio del proceso FSW. Los primeros esfuerzos y tensiones generadas durante el contacto de la herramienta con la pieza de trabajo pueden ser suficientes para quebrar la herramienta, incluso si se emplean mtodos para mitigar el efecto. Se acepta en general, que en la primera etapa (penetracin y tiempo de residencia girando sin movimiento) se produce la mayor cantidad de dao a la herramienta. La descentracin del husillo durante el movimiento lateral tambin deber ser considerada al momento de seleccionar el material de la herramienta. Para el caso de herramientas con una baja resistencia a la fractura, como por ejemplo cermicos, se deber emplear solo en casos donde la descentracin del husillo no sea superior a los 0.0051 [mm], para evitar la fractura prematura de la herramienta.Coeficiente de expansin trmica (herramientas bimetlicas): Este parmetro es especialmente importante para herramientas conformadas por mltiples materiales. Diferencias muy grandes en el coeficiente de expansin trmico entre el pin y el shoulder del material producen ya sea expansin del shoulder en relacin al pin o viceversa. Cualquiera de estas dos situaciones aumenta el esfuerzo entre el pin y el shoulder, lo cual eventualmente generara una falla en la herramienta.Se debern aplicar condicione adicionales cuando pin y shoulder sean fabricados con un material, mientras que el vstago de la herramienta sea de un material diferente. Una forma de contrarrestar esta situacin es con una barrera trmica diseada para prevenir la extraccin de calor desde la herramienta hacia el vstago.Maquinabilidad: Muchas herramientas para FSW estn diseadas con caractersticas que deben ser mecanizadas. Cualquier material que no pueda ser modificado a los requerimientos de diseo de la herramienta no debe ser considerado.Densidad y Uniformidad en la Microestructura: La herramienta empleada en FSW debe contar con una densidad, junto con una integridad microestructural determinada en cada seccin de la herramienta. Variaciones incluso pequeas pueden producir una regin dbil en el interior, dando pie a una fractura prematura. Las aleaciones por pulvimetalurgia son manufacturadas con diferentes densidades, por lo cual las herramientas fabricadas para FSW debern ser solo de polvos de alta densidad.Disponibilidad de materiales: Por consideracin logstica, la disponibilidad en el menor tiempo posible de un material por sobre otro con mejores propiedades puede ser suficiente para descartar al segundo.

Aleaciones soldables por FSW.Una amplia gama de materiales de alta-temperatura han probado ser soldables por el mtodo de FSW, incluyendo acero de alta resistencia, acero inoxidable y titanio. El material de la herramienta determina la capacidad de soldabilidad del proceso y las limitaciones de este proceso no estn bien determinadas, puesto aun se estn desarrollando aplicaciones para diversos campos.3.2. Herramienta de FSW.Cada parte de la herramienta de FSW, las cuales son Pin y Shoulder, cumplen funciones especficas durante la soldadura, es por esto que los materiales empleados para su fabricado son distintos. Parmetros como el material a soldar y el perfil de unin, los materiales y velocidades tanto de giro como de avance de la herramienta junto con la experticia de los operadores son requeridos para una correcta seleccin del diseo de la herramienta. 3.2.1. Imperfecciones en FSW.Existen tres imperfecciones comunes en FSW las cuales son: huecos, residuos del cordn de soldadura y defectos de raz (o problemas de penetracin parcial). Los defectos de huecos son fcilmente detectables mediante ensayos no destructivos, sin embargo tanto los defectos por residuos del cordn de soldadura como los de raz son difciles de detectar por este mtodo. Estos tipos de defectos deben ser considerados par la fabricacin de la herramienta a emplear en el proceso.Huecos: Se encuentran generalmente en la zona de avance de la soldadura, y pueden estar tanto en la superficie como al interior de la unin. Los principales factores que suscitan este tipo de defectos son baja presin ejercida por la herramienta, elevadas velocidades de soldadura, y una sujecin insuficiente (donde la unin de las placas no se encuentra a tope). El material deformado por la herramienta de friccin agitacin (FS) deber ser capaz de llenar el hueco producido por su avance a travs del material. Si el diseo de la herramienta no es el adecuado (por ejemplo, dimetro del pin demasiado grande para los parmetros seleccionados) o la velocidad de avance es muy rpida, el material deformado se enfriara antes de que el material pueda llenar completamente la regin directamente debajo de la herramienta. Adems, el shoulder deber generar el suficiente calor para permitir el flujo de material alrededor de la herramienta; si el calor generado es insuficiente, el material no fluir en forma adecuada, lo cual producir huecos en la pieza.Residuos del cordn de soldadura: Este defecto ocurre debido a la presencia de una capa semicontinua de xidos a travs de la soldadura nugget. Esta capa proviene inicialmente de una capa continua de oxido en la superficie de contacto de las placas a unir. La formacin de este defecto se debe a una mala limpieza de las piezas a unir previo al proceso de soldadura o a una deformacin insuficiente en la interfase de las superficies de contacto debido a un descentramiento de la herramienta en relacin a la lnea de unin, velocidades de soldadura muy rpidas, o dimetros muy grandes de shoulder.Defectos de raz o de penetracin incompleta: Existen varias causas para este tipo de defectos, tales como variaciones locales del espesor de placas, mal alineamiento de la herramienta en relacin a la interfase de unin e inadecuado diseo de la herramienta. Con lo referente al diseo de la herramienta, este defecto ocurre cuando el pin se encuentra muy alejado del plato de sujecin, lo cual deja una zona sin deformacin debajo del avance de la herramienta. Bajo esfuerzos de flexin, la soldadura por friccin agitacin fallara a lo largo de la lnea de poca penetracin. Este defecto se evita asegurando un nivel de penetracin que asegure una deformacin en todo el espesor del material, sin que el pin toque la base del plato de sujecin.3.2.2. Dimensiones de la herramienta.Para la seleccin del largo del pin se debe tener en consideracin el espesor de las placas a soldar, la inclinacin de la herramienta con respecto al eje vertical y al espesor entre el fin del pin y la base del plato de sujecin. El dimetro debe ser lo suficientemente grande como para no fracturarse debido a las fuerzas producidas durante el desplazamiento, pero lo suficientemente pequeo como para permitir la consolidacin de las placas a unir atrs de la herramienta antes de que el material se enfri. En los primeros trabajos de TWI, la razn optima de los dimetros entre shoulder y pin fue sugerido como gua en el diseo de herramientas. Sin embargo, esta razn, la cual estaba entre 2.5 a 1 y 3 a 1, depende de la composicin de la aleacin de aluminio usada, y era solo aplicable a espesores de 6[mm] de placa. A medida que el espesor de la pieza a soldar aumenta, el pin debe entregar ms energa trmica. De esta manera, mientras la razn determinada para placas de 6[mm] de espesor entrega una soldadura libre de huecos, esto puede no ser el optimo para placas de espesores mayores a 12[mm]. Adems, materiales con menor conductividad trmica que el aluminio pueden ser unidos empleando dimetros menores de shoulder (lo cual reduce la carga normal ejercida).3.2.3. Manejo de la temperaturaEl sistema de manejo de la temperatura consiste de la herramienta (y su conexin al husillo), la placa a soldar y el plato de sujecin. Un manejo adecuado de la temperatura es aquel que logra concentrar suficiente calor en la regin de soldadura para permitir una deformacin termomecnica eficiente, mientras que a su vez permita disipar el calor de aquellas regiones donde no se desee (como por ejemplo, el husillo de la herramienta). Dependiendo del material a unir, tanto la herramienta como el plato de sujecin podrn ser calentados o enfriados. La herramienta y la mesa podrn ser enfriadas al aire, con aire forzado o mediante la circulacin de algn refrigerante, y podr ser calentada elctricamente. Adems, las conductividades trmicas de la mesa y la herramienta afectan el calor total que recibe la pieza a trabajar.Las aleaciones de aluminio y magnesio son unidas por FSW con ambiente enfriado al aire, tanto para la herramienta como para el plato. No se precisa de emplear refrigerantes para el caso de este tipo de aleaciones, pero el refrigerante ofrece un equilibrio en la temperatura de la herramienta para cualquier tipo de empleo de esta, en especial para soldaduras de amplia longitud.4. Desarrollo de la microestructura para soldaduras por friccin agitacin de aleaciones de aluminio.Tanto las propiedades como las microestructuras obtenidas para diversos materiales sometidos a FSW son consecuencia de diversos factores. Los factores que determinan estas caractersticas son la composicin qumica, el templado, parmetros de soldadura, ancho de la placa soldada y otros factores geomtricos. La composicin qumica de la aleacin determina la disponibilidad de mecanismos de mejora de tenacidad y cmo el material ser afectado por la temperatura y los esfuerzos asociados con FSW. El temple de la aleacin determina la microestructura inicial, la cual puede tener un efecto importante en la respuesta de la aleacin al FSW, particularmente en la zona afectada trmicamente (ZAT). Los parmetros de soldadura tales como velocidad de rotacin y velocidad de soldadura, determinan en funcin de la geometra y las condiciones trmicas de borde, la temperatura y esfuerzos del material sometido a soldadura. El ancho de la placa soldada y otros factores geomtricos (por ejemplo, tamao del shoulder, disipacin de calor asociada al sistema de sujecin, etc.) pueden afectar la distribucin de temperatura dentro de la zona soldada y, en particular, a travs del espesor de las placas soldadas.4.1. Metalurgia de las aleaciones de aluminio.A continuacin se clasifican las aleaciones de inters en funcin de sus mecanismos de tenacidad disponibles.Aleaciones tratables trmicamente (endurecimiento por precipitacin): las familias de aleaciones que estn dentro de esta categora son las de la serie 2xxx, 6xxx y 7xxx. Los elementos primarios para las tres series de aleaciones son, respectivamente, cobre (2xxx) magnesio con silicio (6xxx), y magnesio con zinc (7xxx). Comnmente, una aleacin mejorar su resistencia principalmente por una fase de precipitado; sin embargo, pueden existir mltiples fases de precipitados presentes. Esta situacin se complica an ms por el hecho de que, en general, la fase de aumento de la resistencia no es de equilibrio. a pesar de que el detalle de las distribuciones de fases son complejas para estas familias de aleaciones, en trminos sencillos, para una optima resistencia, es importante obtener distribuciones homogneas de partculas de segundas fases muy finas (precipitados).La forma general de los tratamientos trmicos requeridos para obtener las estructuras deseadas es esencialmente la misma para las tres clases de aleaciones (a pesar de que pueden diferir ampliamente en detalle entre aleaciones). Para lograr la formacin de una estructura de endurecimiento por precipitacin, se requiere un tratamiento trmico de solubilizacin (TTS). El TTS es realiza llevando la aleacin a una temperatura elevada que busca obtener una solucin en condicin de una nica fase solida. Para muchas aleaciones tecnolgicamente relevantes, no es posible obtener esta condicin; a pesar de esto, es importante llevar la mayor cantidad de la aleacin a esta condicin sin tener que inducir fusin local del material. Despus de este paso, la aleacin es templado (generalmente a temperatura ambiente), produciendo de esta forma una solucin de solido supersaturado. Despus del templado, la solucin supersaturada se descompone en una mezcla de dos fases de la matriz de la solucin solida y la fase de aumento de resistencia (el precipitado). La descomposicin puede tomar lugar tanto a temperatura ambiente (envejecimiento natural) o a una temperatura ligeramente aumentada (envejecimiento artificial). El tiempo y la temperatura de envejecimiento son seleccionados teniendo en cuenta la combinacin esperada de propiedades. Para el caso de envejecimiento artificial, para un periodo de tiempo menor al requerido cuando se busca obtener un esfuerzo mximo, entrega una microestructura sub-envejecida, por el contrario, tiempos mayores entregan una estructura sobre-envejecida. Tiempos o temperaturas de envejecimiento excesivos causan un gran decremento en las propiedades en relacin al esfuerzo mximo. Esto ocurre como resultado del engrosamiento de la distribucin de precipitados y/o a la excesiva precipitacin en los bordes de granos.A continuacin se presenta la designacin de temples en el tratamiento trmico de las aleaciones: T3: TTS + trabajo en frio + envejecimiento natural. T4: TTS + envejecimiento natural. T6: TTS + envejecimiento artificial hasta esfuerzo mximo. T8: TTS + trabajo en frio + envejecimiento artificial hasta esfuerzo mximo. T7: TTS + envejecimiento artificial superior al tiempo de esfuerzo mximo.Las aleaciones 6xxx son generalmente usadas en condicin T6. Las aleaciones 7xxx son usadas ya sea en condicin T6 o T7. Algunas aleaciones de la serie 2xxx son usadas en condicin T6 o T8. La condicin T4 es solo una etapa intermedia; partes formadas o ensambladas en condicin T4 son en general tratadas trmicamente hasta el estado T6. Textura y estructura de los granos de aleaciones de aluminio: Estas aleaciones muestran una amplia gama de tamaos de granos, morfologas de granos y texturas cristalogrficas que dependen no solo de la composicin qumica, sino que a dems de la forma del producto y de su temple. Mientras que la textura y la estructura de los granos de una aleacin de aluminio pueden tener importantes efectos en sus propiedades, estas dos caractersticas no se ven profundamente afectadas por las condiciones inciales para la regin que presenta alta deformacin.Recristalizacin en aleaciones de aluminio: El tema de los mecanismos de recristalizacin en aleaciones de aluminio es un tanto discutible. El entendimiento que prevalece es que bajo circunstancias normales, es decir, las condiciones encontradas durante el procesamiento termomecnico convencional, las aleaciones de aluminio no recristalizan dinmicamente en el sentido tradicional. Esto se cree que es debido a la muy elevada energa de falla de apilamiento en el aluminio, lo que facilita el deslizamiento transversal de las dislocaciones de tornillo, facilitando la recuperacin a expensas de la recristalizacin. Por otra parte, el proceso de recristalizacin dinmica contina (RDC) ha sido sugerida como la explicacin a la produccin de pequeas granos, relativamente equiaxiales, separados por bordes de ngulos agudos. Se cree que los granos se desarrollan desde una deformacin de la estructura celular por el proceso gradual de rotacin de granos inducida por deformacin. La recristalizacin esttica (RE) es la formacin de granos despus del cese de la deformacin. La RE puede ocurrir durante el calentamiento posterior a la deformacin en frio o, potencialmente, despus de una gran deformacin a temperaturas elevadas (cuando la razn de de formacin es lo suficientemente alta como para que al final de la deformacin, exista una densidad de dislocacin substancial). En general para las aleaciones de aluminio, es difcil distinguir entre que mecanismo de recristalizacin se encuentra, y por lo tanto, el proceso de crecimientos de grano presente.Comment by Digoox: Revisar el sentido de esta frase.4.2. Proceso termomecnico asociado con FSW.Una diferencia fundamental entre FSW y tcnicas convencionales de soldadura por fusin, es que la temperatura ms alta experimentada por un metal solido es la temperatura de fusin. Por lo tanto, en la frontera de la charca de la soldadura, se puede determinar que la temperatura en el slido fue la temperatura de fusin de la aleacin. En una soldadura por FSW, la temperatura ms elevada experimentada por el material que constituye la unin de soldadura puede llegar a ser significativamente menor que la temperatura de fusin de la aleacin base. Existe una amplia variedad de temperaturas mximas que pueden ser empleadas para la produccin de FSW, esta amplia variedad permite a su vez diversas microestructuras y propiedades que no pueden ser logradas con soldaduras por fusin. Los procesos que ocurren en algunas regiones de la FSW dependern de la temperatura mxima alcanzada en la soldadura.Proceso termomecnico que ocurren en la zona nugget. Esta regin se describe como la zona afectada termomecnicamente que experimento la suficiente deformacin a temperatura elevada para que se llevara a cabo la recristalizacin. Las dos variables claves para determinar las propiedades del material en la zona nugget son la temperatura mxima y la velocidad de enfriamiento desde esa temperatura.El tamao de grano estticamente recristalizado en la zona nugget esta determinado en mayor medida por la temperatura mxima en la soldadura; mientras mayor sea la temperatura mxima, ms grande ser el tamao de grano. Algunos efectos relacionados a la velocidad de soldadura podran estar involucrados, pero dado que el tamao de grano se relaciona exponencialmente con la temperatura y linealmente con el tiempo, la temperatura mxima ejercer mayor influencia en el efecto neto. Existe una relacin similar a su vez para la recristalizacin dinmica continua (RDC). A pesar de que tericamente la FSW pueda ser realizada sin producir una estructura de recristalizacin en la zona nugget (por ejemplo, empleando una muy baja velocidad de rotacin al soldar), en la prctica, esto no se ha logrado. Dependiendo del tipo de aleacin, las propiedes importantes que ocurran en la zona nugget, diferirn de alguna manera. Para aleaciones no tratables trmicamente, el nico tratamiento trmico que podr ocurrir en la zona nugget es un ciclo de recocido. Si el estado inicial de templado de un material es 0, entonces las propiedades en la regin soldada sern similares a la de la regin base. Dependiendo del tamao de grano en la zona nugget, podra experimentarse un aumento del fortalecimiento debido a la refinacin microestructural. Si el metal base se encuentra en condicin de endurecimiento por deformacin, entonces la recristalizacin en la zona nugget exhibir una disminucin considerable de la dureza en relacin al metal base.En las aleaciones trmicamente tratables, los procesos que ocurren en la zona nugget pueden ser ms complejos. Dependiendo de la combinacin particular de la aleacin y los parmetros de soldadura, la zona nugget puede quedar en una condicin de sobreenvejecimiento, en una condicin parcial tratada trmicamente, o en una solucin de fase solida nica. La condicin microestructural de la zona nugget puede ser evaluada directamente o inferida por su respuesta a un tratamiento de envejecimiento posterior a la soldadura. Si la zona nugget esta sobreenvejecida, entonces se espera que un tratamiento de envejecimiento no tendr efecto o tendr un efecto negativo en su dureza. Si la zona nugget est parcialmente tratada, entonces podr apreciarse algn grado de endurecimiento como resultado de este post envejecimiento. Si la zona nugget se encuentra en condicin de solucin solida, entonces el envejecimiento post soldado deber ser capaz de recuperar propiedades similares a la del material base.Mientras que FSW es nominalmente un proceso de estado slido, en un material heterogneo (en esencia todas las aleaciones de importancia tecnolgica son heterogneas en alguna medida), pueden haber regiones de bajo punto de fusin distribuidas entre el grueso de un material con caractersticas de alto punto de fusin. El calentamiento por deformacin en el grueso del material pueden, en algunos casos, conllevar un exceso en la temperatura de fusin de algunas fases de bajo punto de fusin. Esto a su vez puede resultar en una licuacin del borde de grano y la deformacin de la estructuras ms frgiles entre la regin soldada. Este fenmeno de fusin localizada puede ser descrito como un sobrecalentamiento.Proceso trmico en la Zona Afectada Trmicamente (ZAT). Esta zona por definicin, no presenta deformacin mecnica, por lo que los procesos que ocurren son el resultado de un transiente de temperatura. El transiente es ms fuerte al estar cerca de la lnea central de la soldadura y disminuye en efecto al alejarse de la soldadura. a cierta distancia de la soldadura, dependiendo de la temperatura mxima y de la longitud temporal del transiente, su efecto ser despreciable, y la ZAT habra hecho la transicin al metal base. Para la zona nugget, los procesos que ocurran en la ZAT dependern del tipo de aleacin que se est empleando.Comment by Digoox: Revisar frase para darle coherenciaPara aleaciones no tratables trmicamente en un estado de temple 0, no se ver afectado por el transiente termico. El material se encuentra tan blando como puede estar, y mayores calentamientos no bajaran su dureza; sin embargo, es posible que el transiente de temperatura pueda conllevar a un crecimiento de granos. Si la aleacin se encuentra templada y endurecida por deformacin, entonces ocurrirn una gama de transformaciones microestructurales, que dependern en la distancia desde el centro del cordn de soldadura. Cercano a la zona nugget, el material endurecido por deformacin estar completamente recristalizado. La fraccin de material recristalizado caer a cero a medida que la distancia desde la soldadura aumenta, en el cual existir una zona de recuperacin que ser la transicin al metal base.En aleaciones tratables trmicamente, los procesos tambin dependern del estado de temple inicial. Para aleaciones en condicin mxima o de sobreenvejecimiento, existir nromalmente una regin de dureza reducida (en relacin al material base) en la ZAT. En esta regin, el transiente trmico ser tal que la distribucin de precipitados ha sido engrosada en forma notoria; esto puesto ha ocurrido un sobreenvejecimiento de la aleacin. Dependiendo de los parmetros de soldadura, la regin que presente una dureza mnima se encontrara a diferentes distancias desde la zona nugget y presentara profundidades variables (valores mnimos de dureza). La dureza mnima en la ZAT puede presentar la misma dureza que en la zona nugget, o puede ser sustancialmente ms blando, dependiendo del proceso termo mecnico experimentado en la zona nugget. Si la aleacin fue soldada en condiciones de envejecimiento natural, la situacin es ms compleja. Para materiales envejecidos en forma natural, pueden existir dos mnimos de dureza locales rodeando a un mximo local. En el mnimo interior (el ms cercano a la soldadura), el proceso que controla es el de sobreenvejecimiento (como en las aleaciones T6, T7 y T8). El mximo local ocurre como resultado de la precipitacin de una fase fortalecedora por un proceso de envejecimiento artificial (con un tiempo muy corto de envejecimiento). El mecanismo por el cual se produce la regin exterior de mnima dureza no est claro, pero puede deberse re-solucin de la zona Guinier-Preston o a la recuperacin de trabajo en frio (en el caso de materiales en T3).5. Propiedades mecnicas para soldaduras por friccin agitacin de aleaciones de aluminio.La capacidad de la soldadura por friccin agitacin permite unir todos los tipos de aleaciones de aluminio, incluyendo las series 2xxx y 7xxx, que se caracterizan por su alta dificultad de unin mediante soldadura. Debido a que no existe fundicin durante la FSW, estas uniones generalmente presentan mejores propiedades a las obtenidas por soldaduras de fusin. Por ejemplo, algunas de las caracteristicas de esta soldadura incluyen zonas afectada trmicamente estrecha, una microestructura forjada de grano fino en vez de microestructura de estado fundido en la zona nugget, no se requiere material de relleno, y no existen porosidades por contraccin. En base a esto, si la soldadura se ejecuta apropiadamente, la FSW presenta el potencial para producir uniones de alta resistencia y ductilidad, aumento de resistencia la fatiga, y una mejora a la tenacidad a la fractura. Pero ante la gran cantidad de beneficios sobre este mtodo se unin, aparecen las complejidades que le rodean, donde variables tanto controlables como no controlables definen los resultados esperados desde el punto de vista terico. Algunas variables que diversos investigadores han ilustrado se presentan a continuacin. Velocidad de avance de la herramienta: influye en el calor total entregado. Velocidad de giro de la herramienta: influye en el calor total entregado. Diseo de la herramienta: dimetro del shoulder, concavidad del shoulder, caracteristicas del pin, largo del pin. Inclinacin de la herramienta: depende del diseo del shoulder, tpicamente se encuentra entre 0 y 3. Espesor del material a unir influye en la velocidad de enfriamiento y el gradiente de temperatura a travs del espesor. Composicin de la aleacin: parmetros de soldadura no son iguales entre una aleacin a otra. Temple inicial del material: influye en la reaccin de la aleacin. Velocidad de enfriamiento: enfriamiento pasivo o activo. Disipacin de calor: conductividad trmica de los materiales en contacto con la soldadura, por ejemplo, el sistema de sujecin de las piezas a unir. Tamao de la muestra, localizacin y orientacin: dnde se toma la muestra desde la soldadura, especialmente a travs del espesor y longitud versus la orientacin transversal. xidos en la superficie: posibilidad de xidos en la soldadura. Diseo de la unin: traslape, a tope o filete. Tratamiento trmico posterior a la soldadura: depende de la composicin de la aleacin y el temple previo a la soldadura. Sistema de pruebas de FSW: caracteristicas especificas para cada sistema, por ejemplo, disipadores de calor a travs del husillo y del sistema de sujecin.

5.1. Aleaciones de aluminio 6xxx.Las aleaciones de la familia 6xxx envejecen naturalmente ms lento que la aleacin 2024 de aluminio, pero los cambios de resistencia tanto para la aleacin 2024 como para la familia de las aleaciones 7xxx no es drstica. A pesar de que los aumentos de resistencia son menores, las propiedades cambiaran para aleaciones de la familia 6xxx soldadas por friccin agitacin en base al tiempo que exista entre la soldadura y el ensayo. Aluminios 6061 y 6063.La aleacin 6061 de aluminio es la ms usada de la serie 6000 y posee mejor soldabilidad en comparacin con otras aleaciones tratables trmicamente. Esta aleacin muestra exceletes caracteristicas de soldabilidad en todos los temples cuando se suelda por cualquiera de los mtodos de soldadura por fusin o resistencia. Las propiedades de resistencia del 6061 no son tan altas como para las aleaciones 2024 o 7075 (tambin tratables trmicamente). Sin embargo, la aleacin 6061 posee muy buena resistencia a la corrosin, buena maquinabilidad y buena conformabilidad. A su vez, esta aleacin es la ms empleada para extrusin. Las aleaciones 6063 son similares en composicin a las 6061, pero presentan una mejor apariencia superficial despus de la extrusin. Dado que cuentan con propiedades similares, para el anlisis de las soldaduras por friccin agitacin se estudian como un solo conjunto.Diversas caractersticas han sido analizadas por investigadores, especficamente sobre su dureza, propiedades mecnicas, fatiga, resistencia a fractura y velocidad de crecimiento de grietas por fatiga. Los resultados presentados por los diversos investigadores son una gua para la implementacin del mtodo de soldadura por friccin agitacin.Dureza. Chang et al e Lim et al ilustraron el perfil tpico de dureza visto en aleaciones 6061-T6 Al, tal forma es similar a una W. Esta grafica fue determinada en funcin de la velocidad de avance de la herramienta en [mm/min]. Es posible apreciar diferencias entre las durezas obtenidas al variar las velocidades de avance, sin embargo tales