Soldadura en aplicaciones aeroespaciales: Revisión de la investigación actual sobre los procesos de soldadura y sus usos

En este artículo, el autor examina la importancia de la soldadura en la producción aeroespacial y cómo se utiliza la soldadura láser, la soldadura robotizada y los ensayos no destructivos en la construcción de los bastidores de los aviones de pasajeros, la unión de los componentes de los motores y la evaluación de la calidad de las soldaduras en los aviones para cumplir las especificaciones y normas de la industria.

La soldadura en las maravillas aeroespaciales: La unión metal-metal en el siglo XXI

La soldadura resulta ser muy crítica en la aeroespacial industrias manufactureras. Desde la unión de las pieles de aluminio que forman los revestimientos de los fuselajes de los aviones, hasta las aplicaciones para soldar con precisión varios componentes de los motores a reacción utilizando aleaciones especiales resistentes a las altas presiones y temperaturas de las capas superiores de la atmósfera terrestre y más allá, la soldadura tiene un valor incalculable en la fabricación de estructuras que puedan funcionar en condiciones rígidas.

A medida que aumentan las cargas útiles y las normas de eficiencia de combustible se hacen más estrictas, los fabricantes de soldadura en el sector aeroespacial siguen desarrollando técnicas de unión innovadoras para construir aeronaves más ligeras y duraderas. Este artículo se centrará en las técnicas de soldadura avanzadas y las cualidades técnicas que se han adoptado en diferentes funciones aeroespaciales, desde la soldadura robótica por fusión de las alas hasta las pruebas no destructivas que garantizan una soldadura adecuada que cumpla las normas clave de la industria.

Técnicas avanzadas de soldadura

La soldadura es una forma de fabricación que implica el uso de calor para hacer que dos o más materiales -apenas metales o materiales termoplásticos- se unan. Se han creado una serie de nuevos e intrincados métodos de soldadura para satisfacer las demandas específicas de unión y fabricación de las industrias contemporáneas.

Soldadura por arco

La soldadura por arco es una de las técnicas de soldadura más utilizadas. Utiliza el arco eléctrico para generar el calor suficiente necesario en la unión de diversos metales como el acero y el acero inoxidable. Algunas técnicas avanzadas de soldadura por arco en el sector aeroespacial son:

Soldadura por arco metálico con argón (ASMW)

También conocida como soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG), la soldadura GTAW produce una soldadura de alta calidad soldadura por fricción. Emplea un electrodo no consumible de tungsteno, gas de protección que no reacciona con los componentes y metal de aportación. En consecuencia La forma del arco permite utilizarlo para unir chapas finas y también para unir materiales disímiles.

Soldadura por arco metálico con gas (GMAW)

Una de ellas es la GMAW también conocida como soldadura con gas inerte metálico en el sector aeroespacial en la que se utiliza un hilo de electrodo que se alimenta automáticamente y la soldadura En comparación con la SMF permite una mayor velocidad de soldadura aunque se supone que se emplea en el ámbito de la fabricación para la soldadura robotizada y por impulsos.

Soldadura MIG

La soldadura MIG en general abarca la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) que emplea un sistema de alimentación continua de hilo sólido. Es un proceso rápido y muy flexible, ideal para escenarios de fabricación de gran volumen. Algunas claves de la soldadura MIG

Cortocircuito MIG

El MIG de cortocircuito utiliza baja tensión y provoca un cortocircuito momentáneo entre el alambre y la pieza de trabajo para completar el circuito eléctrico e iniciar el arco. Es adecuado para metales finos y chapas metálicas.

MIG por arco pulverizado

A mayor voltaje y velocidad de alimentación del hilo, el MIG por arco pulverizado transfiere el metal en un modo de pulverización en lugar de cortocircuito. Deposita el metal de soldadura rápidamente y se utiliza en procesos automatizados de alta deposición.

Soldadura TIG

La soldadura TIG proporciona una excelente calidad y control de la soldadura gracias al electrodo de tungsteno no consumible y al gas de protección. Algunas técnicas avanzadas de soldadura TIG en el sector aeroespacial incluyen:

TIG pulsado

El TIG pulsado utiliza una sofisticada fuente de energía que pulsa rápidamente la corriente durante el arco soldadura por ultrasonidos en el sector aeroespacial. Tiene una mayor velocidad de soldadura que el TIG convencional y proporciona soldaduras limpias y sin salpicaduras en todas las posiciones en una gran variedad de materiales.

Soldadura por resistencia

Los métodos de soldadura por contacto producen calor mediante la circulación de corriente entre al menos dos partes de las piezas que se tocan. Existen: soldadura por haz de electronesLos sistemas de control avanzados han hecho posible la microsoldadura y los nuevos diseños de juntas.

En conclusión, la continua innovación de la soldadura en las tecnologías aeroespaciales ha ampliado las posibilidades creativas de diseño y fabricación en muchas industrias. Los nuevos materiales también amplían los límites de las técnicas de unión fiables y eficaces.

Sistemas de soldadura automatizados

Sistemas de soldadura automatizada Debido a la constante presión por alcanzar mayores niveles de precisión y, al mismo tiempo, satisfacer las presiones de producción, se está produciendo un aumento de la implantación de tecnologías de soldadura automatizada. He aquí algunas tecnologías clave de soldadura automatizada en el sector aeroespacial:

Soldadura robotizada

La soldadura robotizada, como se entiende ampliamente, es el proceso que implica el uso de un robot para soldar. La consistencia la dan los robots, ergonómicamente los trabajadores están protegidos de las zonas peligrosas y la fabricación 24/7 es posible con robots. La soldadura MIG, TIG, plasma y láser en el sector aeroespacial son las aplicaciones más frecuentes del sistema robotizado en piezas de la cadena de montaje de carrocerías y bastidores de automóviles, aplicaciones domésticas, tuberías y otras piezas de la cadena de montaje. El seguimiento robótico de costuras proporciona prescripciones de trayectoria flexibles y una secuencia ajustable sincronizada en el tiempo para diferentes tareas de deposición de metal en regiones de difícil acceso.

Soldadura láser

La soldadura por láser sustituye el arco eléctrico por un rayo láser enfocado para soldar los componentes. Con GTAW, la zona afectada por el calor es pequeña y muy estrecha, mientras que la penetración es profunda en comparación con otros procesos. Un sistema láser requiere un menor aporte de calor, lo que ayuda a reducir la cantidad de distorsión térmica. Las aplicaciones habituales de corte por láser en la fabricación de automóviles incluyen la unión de miembros metálicos para la fabricación de parachoques y módulos de chasis. También es ideal para su uso en la soldadura por puntos en el sector aeroespacial de ordenadores portátiles, teléfonos móviles y otros aparatos electrónicos.

Soldadura por plasma

La soldadura por plasma es más rápida que la soldadura por láser y utiliza un arco constreñido entre un electrodo y el recinto de la pieza en un gas atmosférico. El plasma de gas ionizado transfiere la energía calorífica con gran eficacia. Los talleres de carrocería de automóviles suelen utilizar el corte por plasma antes de realizar la soldadura robotizada por enchufe. Portátil corte por plasma también son versátiles para tareas de soldadura en la fabricación de metales. Las tecnologías avanzadas de soldadura por plasma incluyen la soldadura por chaveta totalmente automatizada que penetra profundamente en materiales gruesos.

Ventajas de la soldadura automatizada

El automatización de los procesos de soldadura ofrece muchas ventajas sobre los métodos manuales. Los robots garantizan soldaduras consistentes y repetibles y permiten soldar en el sector aeroespacial en cualquier posición. La supervisión y el control continuos de las variables ayudan a garantizar la calidad de la soldadura. Los equipos automatizados también mejoran la seguridad de los trabajadores al alejarlos de entornos peligrosos. La precisión, la velocidad y la menor variabilidad de la soldadura automatizada han sido esenciales para la fabricación de grandes volúmenes en todas las industrias. En general, los sistemas de soldadura automatizada mejoran la productividad y la calidad de las piezas para aplicaciones de fabricación exigentes.

Aleaciones exóticas

La ciencia de los materiales sigue desarrollando nuevas aleaciones metálicas exóticas optimizadas para aplicaciones especializadas en las que los materiales convencionales no pueden ofrecer las propiedades requeridas. He aquí algunos ejemplos de aleaciones de ingeniería novedosas:

Aleaciones aeroespaciales

Las aleaciones aeroespaciales se desarrollan para ajustarse a las tensiones de los motores a reacción y la soldadura a gran altitud en piezas aeroespaciales. Las superaleaciones de titanio y níquel poseen un límite elástico y una resistencia a la fluencia a alta temperatura superiores a los que ofrecen los aceros convencionales. Los compuestos avanzados también han visto la luz en algunas aplicaciones fay debido a su elevada relación resistencia-peso, que ha desplazado a las aleaciones metálicas.

Aleaciones médicas

Las aleaciones de cromo-cobalto y titanio para implantes, por ejemplo, permiten productos sanitarios integrarse con seguridad en los tejidos óseos vivos sin perspectivas de corrosión o toxicidad. Las aleaciones con memoria de forma de nitinol conservan una forma determinada y se incorporan en instrumentos quirúrgicos mínimamente invasivos. Los nuevos materiales denominados vidrios metálicos a granel poseen la resistencia, ligereza y biocompatibilidad perfectas para las aplicaciones médicas.

Aleaciones resistentes a la corrosión

Las aleaciones con molibdeno, tungsteno o níquel ofrecen una resistencia superior al agua salada o a los ataques químicos en aplicaciones marinas, petrolíferas y de gas. Las superaleaciones que contienen cromo, aluminio e itrio permiten que los componentes resistan los entornos calientes y corrosivos que se encuentran en las plantas químicas y las fábricas de pasta de papel.

El diseño de nuevas aleaciones a nivel microscópico sigue ampliando los límites creativos de la ciencia de los materiales. Las aleaciones exóticas a medida abren posibilidades para aplicaciones que superan los límites del rendimiento y la durabilidad en condiciones extremas.

Soldadura aeroespacial

La soldadura desempeña un papel fundamental en la fabricación aeroespacial, donde los materiales de alta resistencia y poco peso deben unirse de forma fiable. Se requieren técnicas de soldadura especiales para producir estructuras capaces de resistir en condiciones peligrosas.

Montaje del fuselaje

El fuselaje presurizado se construye normalmente con chapas de aleación de aluminio que se unen mediante soldadura automatizada de ranura estrecha en el sector aeroespacial, lo que permite la producción de grandes carcasas de aviones unibody. técnicas como la soldadura por rayo láser proporcionan costuras limpias y de alta resistencia.

Componentes del motor

La soldadura de discos, ejes y álabes de superaleación ayuda a los motores de chorro de agua a soportar temperaturas extremas dentro de las cámaras de combustión. Los métodos TIG especializados se utilizan habitualmente para soldar por fusión piezas rotacionalmente simétricas dentro de tolerancias ajustadas.

Montaje del ala

Las alas representan algunas de las estructuras soldadas más grandes de los aviones. Se emplean tanto técnicas convencionales de soldadura GMAW como técnicas avanzadas de soldadura por fricción-agitación para unir múltiples extrusiones y largueros de aluminio en alas rígidas y ligeras capaces de flexionarse bajo cargas aerodinámicas.

El control cuidadoso de variables como el aporte de calor y las tensiones residuales es crucial para garantizar soldaduras impecables que aguanten décadas de ciclos de presurización. En general, la soldadura en la tecnología aeroespacial permite ensamblar grandes fuselajes metálicos y componentes fiables para la soldadura en la industria aeroespacial.

Control de calidad

Métodos END

Se emplean diversas técnicas de ensayos no destructivos (END), entre ellas: líquidos penetrantes, rayos X, ultrasonidos y corrientes de Foucault, para evaluar posibles defectos en soldaduras críticas de aeronaves sin afectar a la integridad estructural. Los técnicos de END conocen especialmente los resultados de las inspecciones y son capaces de garantizar las conexiones soldadas a los diseños según sea necesario.

Códigos de soldadura

Todas las soldaduras en el sector aeroespacial deben cumplir las estrictas normas establecidas en los códigos de soldadura de organizaciones como AWS e ISO. Las pruebas de cualificación demuestran el cumplimiento de los códigos por parte de los soldadores y los procedimientos, garantizando una soldadura consistente y sin defectos adecuada para estructuras de vuelo ligeras pero duraderas.

Conclusión

La soldadura desempeña un papel indispensable en la fabricación en toda la industria aeroespacial. La soldadura robótica y láser ha permitido aumentar la automatización de las líneas de producción de fuselajes, mientras que técnicas especializadas como el agitado por fricción garantizan la integridad de los componentes críticos. La aplicación de aleaciones avanzadas amplía los límites del diseño estructural gracias a características como la resistencia a la corrosión a altas temperaturas. Garantizar que todas las soldaduras cumplen las normas aeroespaciales es primordial para la seguridad y requiere una evaluación END especializada y el cumplimiento de la soldadura industrial en los códigos aeroespaciales. A medida que crece la demanda de transporte aéreo, la innovación en la fabricación aeroespacial y las tecnologías de unión seguirán impulsando una fabricación de aeronaves más eficiente en términos de combustible, versátil y rentable. El futuro de la aviación comercial y militar depende de soluciones de soldadura rápidas y de calidad.

Preguntas frecuentes

¿Por qué es tan importante el control de calidad en la soldadura aeroespacial?

Incluso los defectos de soldadura más pequeños podrían provocar grietas o fallos a grandes alturas o temperaturas. Las pruebas no destructivas ayudan a detectar cualquier defecto que pudiera comprometer la integridad estructural durante décadas de servicio.

¿Necesitan los soldadores una certificación especializada para el sector aeroespacial?

Sí, la soldadura aeroespacial es un trabajo altamente cualificado que exige pruebas de cualificación y certificación conforme a estrictos códigos industriales. Los soldadores deben demostrar un profundo conocimiento de los requisitos de documentación, materiales, técnicas y normas de calidad.

¿Qué tendencias de futuro están evolucionando en la fabricación aeroespacial?

Las tecnologías emergentes incluyen una mayor automatización robótica, soldadura híbrida láser avanzada, nuevas aleaciones metálicas nicho y sistemas de control de defectos en tiempo real. Los compuestos ligeros también están suplantando a algunos componentes metálicos para mejorar la eficiencia del combustible.