Soldadura por fricção-agitação em aleação de alumínio

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN 
 
 
 
 
 
“Efecto de los parámetros de procesamiento en la soldadura 
por fricción-agitación de una aleación 6061-T6” 
 
TESIS 
 
PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
LICENCIATURA EN INGENIERÍA EN AERONÁUTICA CON 
ESPECIALIDAD EN DISEÑO 
 
 
 
PRESENTA: 
TERESA GUADALUPE ILLESCAS PALOMARES 
 
 
 
ASESORES: 
DR. MARCO ANTONIO GARCÍA BERNAL 
ING. VÍCTOR MANUEL SAUCE RANGEL 
 
 
 
 
 
 
MÉXICO, D.F. JULIO DEL 2014 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
 
 
 
 
A mi madre y hermano: 
Los mejores y más amorosos domadores de Elefantes que conozco. 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 Al Instituto Politécnico Nacional, a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y 
Eléctrica unidad Ticomán, y al Departamento de Ingeniería de materiales, por 
mi formación y apoyo en el desarrollo de este trabajo. 
 
 A mi asesor Marco Antonio García Bernal, por compartirme su conocimiento y 
experiencia, por auxiliarme, apoyarme y guiarme incondicionalmente y de inicio 
a fin, en este arduo desarrollo literario. 
 
 A mi asesor Víctor Manuel Sauce Rangel, y a los profesores del Departamento 
de Ingeniería de Materiales por su ayuda, apoyo y útiles comentarios en el 
desarrollo experimental. 
 
También quiero agradecer a los maravillosos seres que tuve la bendición de tener en mi 
vida, y que contribuyeron de alguna forma en la elaboración de este trabajo. 
 
 A mis guías y seres de luz por su comprensión, amor incondicional, útiles 
analogías y ejemplos que me ilustran en momentos claves, impulsándome a 
seguir adelante. 
 
 A mi madre, que con su ejemplo, cariño, cuidados, consejos, bendiciones y 
largas pláticas llenas de risas y honestidad, ha iluminado el sendero de mi vida 
en todos los buenos y no tan buenos momentos que he tenido, gracias por 
enseñarme con paciencia el significado del amor auténtico y puro. 
 
 A mi hermano, por todas sus atenciones, consejos, cariño, apoyo, y también por 
todas esas grandes lecciones de vida que me dio llenas de amor, gracia, y 
humor. 
 
 A mis hermanas, que pese a la distancia y el paso del tiempo, me han 
demostrado su cariño en todos los momentos que más las he necesitado, les 
agradezco por escucharme, alentarme, abrazarme, apoyarme, aconsejarme, 
acompañarme, comprenderme y quererme por quien soy, ustedes son una 
bendición en mi vida. 
 
 
 A mi querida Jaz, por creer en mí, por todas esas palabras motivadoras y 
sinceras que me han hecho seguir adelante en aquellos momentos difíciles que 
hubo, por los abrazos, buenos deseos y por el apoyo incondicional brindado 
aún en la distancia. 
 
 A mi querido Ean, por inspirarme y motivarme a alcanzar mis metas y sueños, 
gracias por enseñarme que cuando se quiere, se puede, y que la perseverancia 
trae frutos dulces. 
 
 A mis profesores de la ESIME por sus enseñanzas técnicas docentes y 
humanas que me ayudaron a forjar una mejor versión de mi, gracias por 
haberme compartido sus conocimientos y experiencia. 
 
 A mis amigos de ESIME y mis amigos de baloncesto, por compartir conmigo 
algo que me apasiona, por impulsarme a no tirar la toalla, por su cariño, sus 
porras, y su amistad. 
 
 A mis nuevos amigos del ámbito aeronáutico, por apoyarme y motivarme a 
alcanzar mis metas, gracias por ser parte de mi vida en este nuevo proceso y 
etapa que vivo, y por coincidir conmigo que: “O a lo grande o a tu casa”. 
 
 A todos aquellos que físicamente ya no están pero que dejaron huella en mí, y 
que con sus enseñanzas hoy soy un mejor ser humano. 
 
Y con especial gratitud: 
 
 Al Güero, mi compañero y mejor amigo, por enseñarme el significado de vivir en 
el ahora, y lo importante que es disfrutar de aquellos a quienes amas, así como 
de los momentos y oportunidades que se tienen. 
 
¡A todos ustedes mi agradecimiento y cariño! 
 
 
 
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RESUMEN 
 
La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un proceso de estado sólido, lo cual significa 
que las piezas se unen sin alcanzar su punto de fusión. Esto abre un mundo de 
aplicaciones en la tecnología de la soldadura. Ahora, usando la FSW, es posible realizar 
soldaduras rápidas y de alta calidad en aleaciones que normalmente se consideraban no 
soldables. En este trabajo, se presenta el estudio de una aleación de aluminio soldada en 
una máquina fresadora adaptada como una soldadora por fricción-agitación. El material 
usado consistió de placas de aleación de Al 6061-T6 de 6 mm de espesor. Las placas se 
soldaron usando 3 combinaciones de parámetros de procesamiento (velocidades de 
rotación de 1380 y 1740 rpm, y velocidades de avance de 54 y 18 mm/min) y una 
herramienta hecha de acero 1018 endurecido con un hombro cóncavo plano y un pin 
cónico roscado. La rosca del pin era del tipo derecha. Se observó la microestructura de la 
región soldada por microscopía óptica. Las muestras para el análisis óptico se prepararon 
mediante pulido y ataque. En la interfaz de la unión se observó un refinamiento del 
tamaño de grano debido a la deformación plástica severa obteniéndose tamaños de grano 
menores a 10 µm. Se confirmó una estrecha relación entre el tamaño de grano y los 
parámetros de procesamiento muy posiblemente debido al calor de entrada durante la 
soldadura. Se evaluó la resistencia en tensión de las uniones soldadas alcanzando una 
resistencia de 168 MPa. Aunque las soldaduras tuvieron una buena apariencia justo 
después de procesamiento, la caracterización mostró defectos causados por la 
combinación de parámetros usados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ABSTRACT 
 
Friction stir welding (FSW) is a solid-state process, which means that the objects are 
joined without reaching melting point. This opens up whole new areas in welding 
technology. Using FSW, rapid and high quality welds of alloys, traditionally considered 
unweldable, are now possible. In this work, the study of an aluminum alloy welded by a 
milling machine adapted as a friction stir welder is presented. The materials used were 
plates of 6061-T6 Al alloy with a thickness of 6 mm. The plates were welded using three 
different processing parameters combination (rotation and traverse speeds), and a tool 
made of hardened 1018 steel with featureless shoulder and conical threaded pin. The pin 
was right-handed screw type. The microstructure of the welded region was observed by 
optical microscopy. The samples for optical analysis were mechanically polished and then 
etched. Grain refinement due to severe plastic deformation was seen at the interface with 
grain sizes under 10 µm. It was confirmed a direct relationship between the grain size and 
the processing parameters very likely due to the hear input during welding. The joints were 
evaluated for tensile strength reaching a maximum value of 168 MPa. Although welds had 
a good appearance just after welding processing, characterization showed defects caused 
by the parameters used. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONTENIDO DE LA TESIS 
 
RESUMEN ..................................................................................................................................... i 
ABSTRACT .................................................................................................................................. ii 
NOMENCLATURA ....................................................................................................................... I 
ABREVIATURAS ......................................................................................................................... II 
LISTA DE TABLAS .................................................................................................................... III 
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. IV 
I INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... 1 
1.1 OBJETIVO ............................................................................................................................. 4 
II ANTECEDENTES ................................................................................................................... 5 
2.1 PROCESOS DE UNIÓN POR SOLDADURA .............................................................. 6 
2.2 SOLDADURA POR FRICCIÓN-AGITACIÓN (FSW) .................................................. 9 
2.2.2 Diseño y materiales de las herramientas ............................................................ 18 
2.2.3 Parámetros del proceso ........................................................................................ 22 
2.2.4 Diseños de unión .................................................................................................... 24 
2.2.5 Características microestructurales....................................................................... 25 
2.2.6 Propiedades Mecánicas ........................................................................................ 33 
2.2.7 Aplicaciones aeroespaciales ................................................................................ 36 
2.2.8 Otras aplicaciones .................................................................................................. 41 
2.3 Ensayo de tensión .......................................................................................................... 43 
2.4 Análisis metalográfico .................................................................................................... 55 
III PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 64 
3.1 Aplicación de la soldadura por fricción-agitación (FSW) .......................................... 65 
3.2 Caracterización metalográfica ...................................................................................... 67 
3.3 Ensayos de tensión ........................................................................................................ 67 
IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN.......................................................................................... 69 
4.1 Apariencia de la Soldadura ........................................................................................... 70 
4.2 Efecto de los parámetros de procesamiento sobre la microestructura .................. 70 
4.3 Efecto de los parámetros de procesamiento sobre las propiedades mecánicas . 72 
V CONCLUSIONES ................................................................................................................. 76 
REFERENCIAS ......................................................................................................................... 78 
 
 
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NOMENCLATURA 
 
S Esfuerzo verdadero 
P Carga axial 
Ao Área original 
e Deformación ingenieril 
L Longitud instantánea 
Lo Longitud original 
σ Esfuerzo ingenieril o nominal, también puede referirse a la 
Desviación Estándar. 
A Área instantánea 
ε Deformación verdadera 
E Módulo de Young o Módulo de Elasticidad 
V Velocidad de deformación de la máquina de tensión 
K Coeficiente de endurecimiento 
n Exponente de endurecimiento por deformación 
ω Velocidad angular (rpm) 
v Velocidad de avance (mm/min) 
ln Logaritmo natural 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ABREVIATURAS 
Siglas Significado 
FSW Friction Stir Welding / Soldadura por Fricción-Agitación 
FSP Friction Stir Processing / Procesamiento por fricción-agitación 
HAZ Heat affected zone / Zona afectada por el calor 
TMAZ Thermomechanically affected zone / Zona afectada termomecánicamente 
TWI The Welding Institute / Instituto de Soldadura 
AGG Abnormal grain growth / Crecimiento anormal de grano 
ASTM American Society for Testing and Materials / Sociedad Americana para 
Pruebas y Materiales 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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LISTA DE TABLAS 
 
 Número Nombre Página 
Tabla 1 Diferencias existentes entre la soldadura fuerte y blanda y la 
soldadura por fusión. [2] 
8 
Tabla 2 Beneficios de la Soldadura por Fricción-Agitación. [8] 17 
Tabla 3 Valores típicos de K y n para el aluminio a temperatura 
ambiente. [1],[44] 
52 
Tabla 4 Composición y propiedades de la aleación 6061-T6. [38] 52 
Tabla 5 Dimensiones de la herramienta utilizada para el proceso de 
soldadura por fricción-agitación. 
66 
Tabla 6 Parámetros utilizados para cada muestra de estudio. 67 
Tabla 7 Tamaño de grano obtenido de acuerdo a los parámetros de 
velocidades utilizados para cada muestra de estudio. 
72 
Tabla 8 Propiedades mecánicas a temperatura ambiente. 74 
 
 
Página | IV 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Número Nombre Página 
Figura 1 Ilustraciones de las cuatro posiciones básicas para soldar y sus 
variantes. [3] 
8 
Figura 2 Esquema simplificado de los principales procesos de unión que 
existen. [1] 
9 
Figura 3 Proceso General de la soldadura por Fricción-Agitación. [4] 10 
Figura 4 Unión de placas de trabajo (bordes de unión cuadrados en 
placa de soporte). [5] 
11 
Figura 5 Herramienta Giratoria. [5] 11 
Figura 6 Inserción del pin en los bordes de contacto, hasta que el 
hombro toca la superficie de las placas y el pin está a una corta 
distancia de la placa de soporte. La herramienta y las piezas de 
trabajo están inclinadas una con respecto a la otra. [5] 
12 
Figura 7 Forzar la herramienta a lo largo de la línea del borde de unión a 
la velocidad deseada manteniendo al mismo tiempo una fuerza 
normal. [5] 
12 
Figura 8 Terminología de la Soldadura por Fricción Agitación. [5] 13 
Figura 9 Diseño de uniones usuales en la Soldadura. [3] 15 
Figura 10 Configuraciones del pin. [5] 19 
Figura 11 Configuraciones del Hombro. 21 
Figura 12 Configuraciones de Unión para la Soldadura por Fricción-
Agitación. [8] 
24 
Figura 13 Macrografía típica que muestra varias zonas microestructurales 
en FSW. 
28 
Figura 14 Formas de la zona de soldadura: a) Elíptica, b) Cóncava. 29 
Figura 15 Relación general del tamaño del grano con la resistencia, 
ductilidad y tenacidad. [17] 
31 
Figura 16 Representación esquemática de a) cómo una carga de tracción 
produce un alargamiento y una deformación lineal positiva; b) 
de cómo una carga de compresión produce una contracción y 
una deformación lineal negativa. [29] 
34 
 
 
Página | V 
 
Figura 17 Representación esquemática de c) Deformación de cizalladura, 
γ, donde: γ=tan θ; d) Deformación torsional (es decir, ángulo de 
giro Φ), producido por un par aplicado T. [29] 
35 
Figura 18 Lanzamiento del Cohete Delta II de Boeing, en Agosto de 1999, 
contenía uniones hechas con soldadura por fricción-agitación. 
[30] 
38 
Figura 19 Máquina de soldadura por fricción-agitación para el soldado de 
tanques de combustible de transbordadores espaciales. [31] 
38 
Figura 20 Despegue durante el primer vuelo de prueba del jet privado 
Eclipse 500 soldado con soldadura por fricción-agitación. [30] 
40 
Figura 21 Ejemplo de paneles de una aeronave unidos a través de la 
soldadura por fricción-agitación. [30] 
40 
Figura 22 Tren de Gran Velocidad modelo “Talgo 350”, destaca por el 
espectacular diseño de sus cabezas tractoras, dotadas de un 
característico frontal en forma “de pato”. [35] 
41 
Figura 23 Mercedes Benz SL 63 AMG. Su piso principal está formado por 
una plancha perfilada de tres capas, con perfiles huecos 
extrusionados de lámina delgada unidos mediante soldadura 
por fricción-agitación. [36] 
42 
Figura 24 Espécimen estándar para prueba de tensión con su longitud de 
calibración original y final (antes y después de haber sido 
estirado). [1] 
43 
Figura 25 Esquema de una máquina utilizada para realizar ensayos de 
tensión. [29] 
44 
Figura 26 Curva de esfuerzo-deformación típica obtenida de una pruebade tensión y en donde se muestran varias características de la 
prueba. [1] 
45 
Figura 27 Determinación del límite elástico convencional al 0.2% de 
deformación en el hierro fundido gris. [37] 
46 
Figura 28 Ilustración esquemática de la carga y descarga de un 
espécimen de prueba a la tensión. [1] 
47 
Figura 29 Curva Esfuerzo-Deformación correspondiente a una aleación de 
aluminio. [37] 
49 
 
 
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Figura 30 a) Curva carga-elongación de un ensayo de tensión para un 
acero inoxidable. 
51 
Figura 31 Localización de las observaciones alrededor de la media para 
una distribución de frecuencias con forma de campana. [39] 
54 
Figura 32 Discos abrasivos. [40] 57 
Figura 33 a) Prensa hidráulica para montaje en caliente “montadora”, b) 
Inclusiones metalográficas en caliente. [40] 
58 
Figura 34 c) Ejemplos de resinas en frío y moldes utilizables para montaje, 
d) Inclusiones metalográficas en frío. [40] 
58 
Figura 35 Máquina para impregnación al vacío. [40] 59 
Figura 36 Papeles para el esmerilado manual y mecánico. [40] 60 
Figura 37 Paños para pulido con pasta de diamante. [40] 61 
Figura 38 Diagrama del procedimiento experimental. 65 
Figura 39 Prototipo de herramienta para soldadura por fricción-agitación, 
acoplada para uso en fresadora. 
66 
Figura 40 Probeta de tensión no-normalizada con sección rectangular. 67 
Figura 41 a) Máquina de tensión Shimadzu AG-10TG, b) Mordazas 
tensoras especiales. 
68 
Figura 42 a) Apariencia superficial de las soldaduras de la corrida 1 
(izquierda), corrida 2 (centro) y corrida 3 (derecha). b) Probeta 
tipo obtenida del material. 
70 
Figura 43 Micrografías de las Zonas de Nugget. 71 
Figura 44 Defectos encontrados en la muestra 1 sobre la sección 
transversal del cordón de soldadura. 
72 
Figura 45 Gráfica de Esfuerzo-Deformación Ingenieril obtenida a partir de 
prueba de tensión. 
73 
Figura 46 Gráfica del ln esfuerzo verdadero vs ln deformación verdadera 
de la probeta 3. 
75 
 
 
 
 
 
 
 
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I INTRODUCCIÓN 
 
 
 
Página | 2 
 
La Soldadura por Fricción-Agitación, (“FSW”, por sus siglas en inglés), es una nueva 
tecnología que une materiales a través del calor generado por fricción, y ha sido 
considerado en una década, como el avance más significativo de la unión de metales en 
estado sólido. 
 
Esta técnica de unión puede ser utilizada para la unión de aleaciones aeroespaciales de 
aluminio de alta resistencia, y otros tipos de aleaciones metálicas que son difíciles de 
soldar por métodos convencionales de fusión, presenta buenas propiedades mecánicas, 
baja distorsión, es versátil, amigable al ambiente, y muestra buen rendimiento energético. 
Su importancia radica en que está clasificado como un proceso de soldadura de estado 
sólido, por lo que tiene una especial ventaja sobre los procesos convencionales de 
soldadura por fusión al soldar aleaciones de Al, ya que limita la absorción de hidrógeno 
por el aluminio al no estar en estado de fusión, lo cual de otra manera causaría problemas 
de porosidad al momento en que el material se enfría. De esta manera la resistencia de la 
unión obtenida con la soldadura FSW es mejor en comparación con los procesos 
convencionales, de hecho en aleaciones que no son tratables térmicamente la resistencia 
en la unión soldada es prácticamente igual o mejor que la del material base. En general el 
proceso es muy parecido al funcionamiento de una máquina fresadora de husillo vertical, 
en donde en vez de usar un cortador (fresa), se utiliza una herramienta especial de FSW 
constando de una pierna y un hombro. Primero los materiales a unir se sujetan 
fuertemente sobre la mesa, luego se hace rotar la herramienta de FSW a una velocidad 
de rotación, después se inserta el pin de la herramienta de FSW en la línea de unión (en 
caso de una junta a tope) hasta que el hombro de la herramienta descansa sobre la 
superficie de las placas permitiendo, se incremente el calor por la fricción, y entonces se 
hace avanzar la herramienta a través de la línea de unión, luego se detiene el avance y se 
saca la herramienta de FSW finalizando la soldadura. Dicho proceso permite la mezcla de 
los materiales a unir por medio de un proceso térmico y de deformación severa. Como 
puede notarse, los parámetros de velocidad de rotación y avance de avance de la 
herramienta de FSW tienen gran influencia sobre la calidad de la soldadura por lo cual es 
importante establecer su efecto sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de 
los materiales. 
 
 
 
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Por otro lado, la aplicación de este proceso en aleaciones de Al 6061-T6 tiene un gran 
potencial en el diseño de vehículos debido a su baja densidad, resistencia intermedia y a 
la corrosión, y bajo costo en comparación a otras aleaciones de Al además de que 
permite un primer estudio sobre aleaciones de Al que son tratables térmicamente como 
las que se usan de forma extensiva en componentes estructurales de uso aeronáutico. 
Dicha aleación 6061-T6 puede tener aplicación directa en diferentes elementos de 
aviones ultraligeros, pequeños satélites, componentes no estructurales de aeronaves 
comerciales o bien en varios componentes automotrices entre otros. 
 
En la práctica, la soldadura por fricción-agitación había estado limitada a los sectores que 
cuentan con suficiente capital para invertir en los costos de la alta tecnología, sin 
embargo, una alternativa aproximada, ha sido adaptar máquinas fresadoras, lo que 
disminuye los costos drásticamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1 OBJETIVO 
Estudiar el efecto de los parámetros utilizados en la soldadura por fricción-agitación sobre 
las propiedades mecánicas y microestructura de una aleación de aluminio 6061-T6. 
 
Objetivos Particulares: 
 Evaluar la aplicación de diferentes combinaciones de velocidad de rotación y 
velocidad de avance en la soldadura por fricción-agitación. 
 Caracterizar microestructuralmente la zona de soldadura. 
 Evaluar las propiedades mecánicas en tensión de la unión soldada. 
 
 
 
 
 
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II ANTECEDENTES 
 
 
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2.1 PROCESOS DE UNIÓN POR SOLDADURA 
 
La palabra Unión es un término que engloba de manera general procesos como: 
soldadura, unión adhesiva y sujeción mecánica, que de acuerdo a la última clasificación 
de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS), estos procesos de unión, representan las 
tres categorías principales. 
 
La Soldadura es un proceso de unión entre metales por la acción del calor, con o sin 
aportación de material metálico nuevo, dando continuidad a los elementos unidos. 
 
Se puede definir como adhesivo a aquella sustancia que aplicada entre las superficies de 
dos materiales permite una unión resistente a la separación. Se le denomina sustrato o 
adherente a aquel material que se pretende unir por medio del adhesivo. Al conjunto de 
interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase adhesivo/adherente recibe 
el nombre de adhesión. 
 
La Adhesión se ha vuelto una tecnología importante por las diversas ventajas que 
presenta; tiene aplicaciones únicas que requieren resistencia, hermeticidad, aislamiento, 
amortiguamiento de vibraciones y resistencia a la corrosión entre distintos metales. Se 
incluyen en esta categoría los adhesivos conductores eléctricos para tecnologías de 
montaje superficial. 
 
La Sujeción Mecánica implica métodos tradicionales que usan diversos sujetadores, 
tales como: tornillos, tuercas y remaches. La unión de materiales plásticos puede 
realizarse con adhesivos, por fusión a través de diversas fuentes de calor internas o 
externas, y con sujeción mecánica. 
 
Los procesos de soldadura a su vez, se dividen en tres categorías básicas: a) Soldadura 
por fusión, b) Soldadura en estado sólido, c) Soldadura fuerte y blanda [1].A continuación, se describen dichas categorías de manera breve: 
 
 a) Soldadura por fusión: Esta soldadura se caracteriza porque busca fundir de 
manera junta y coalescente, materiales mediante el calor (que suele suministrarse por 
 
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medios químicos o eléctricos), se pueden utilizar o no metales de relleno. Este proceso 
constituye una parte principal de la soldadura ya que abarca la soldadura de arco con 
electrodos consumibles o no consumibles y los procesos de soldadura con haz de alta 
energía. La unión soldada sufre cambios metalúrgicos y físicos importantes que, a su vez, 
tienen un gran efecto sobre las propiedades y funcionamiento de los 
componentes/estructuras soldados [1]. 
 
 b) Soldadura en estado sólido: Esta soldadura se caracteriza porque la unión de 
los materiales se hace sin fundir, es decir, no presenta una fase líquida (fundida) en la 
unión. Las categorías esenciales son: ultrasónica, soldadura en frío y por difusión, por 
fricción, por resistencia y por explosión. La unión por difusión, combinado con el formado 
superplástico, se ha convertido en un proceso importante en la manufactura de formas 
complicadas. El latonado y el estañado usan metales de relleno e implican menores 
temperaturas que en la soldadura por fusión, el calor requerido es suministrado 
externamente. 
 
 c) Soldadura fuerte y blanda: Estas soldaduras consisten en la realización de 
uniones en las que el material de aportación tiene un menor punto de fusión (así como 
distintas características químico-físicas) que el material base, realizándose la unión 
soldada sin fusión del metal base y mediante la fusión del material de aportación que se 
distribuye entre las superficies de unión, muy próximas entre sí, por acción capilar. 
 
La soldadura fuerte de distingue de la soldadura blanda por la temperatura de fusión del 
metal de aporte. La soldadura fuerte utiliza puntos de fusión por encima de los 450°C y la 
soldadura blanda utiliza puntos de fusión por debajo de los 450°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabla 1. Diferencias existentes entre la soldadura fuerte y blanda y la soldadura 
por fusión. [2] 
SOLDADURA FUERTE Y BLANDA SOLDADURA POR FUSIÓN 
 El metal base no se funde. 
 Se utilizan fundentes para proteger y 
mejorar el mojado de los metales base. 
 El calor se suministra mediante 
resistencia, horno, inducción o soplete. 
 Se produce una unión sin deformación. 
 Las tensiones residuales, cuando se 
producen, son muy pequeñas. 
 El metal de aportación debe mojar el 
metal base y distribuirse por 
capilaridad. 
 El metal base se funde. 
 Se pueden utilizar fundentes para 
proteger y mejorar la adhesión. 
 El calor se suministra por láser, haz de 
electrones, arco eléctrico, resistencia. 
 Se pueden producir grandes 
deformaciones en los metales base. 
 Se producen tensiones residuales. 
 El metal base y el de aportación se 
funden consiguiéndose la unión tras su 
solidificación conjuntamente. 
 
 
Cabe mencionar que para elegir el proceso de unión que debe utilizarse, se deben tomar 
en cuenta factores como: la aplicación, el diseño de la unión, los materiales que 
intervienen, el diseño y formas de los componentes a unir, sus espesores así como sus 
tamaños (Figura 1). 
 
 
 
Figura 1. Ilustraciones de las cuatro posiciones básicas para soldar y sus variantes. [3] 
 
 
Página | 9 
 
A continuación (Figura 2) se presenta un esquema que ilustra de forma simple la 
clasificación de los diversos procesos de unión que existen: 
 
Figura 2. Esquema simplificado de los principales procesos de unión que existen. [1] 
 
 
 
2.2 SOLDADURA POR FRICCIÓN-AGITACIÓN (FSW) 
 
2.2.1 Introducción 
 
La FSW es una técnica de soldadura considerablemente reciente, inventada por Wayne 
Thomas en el Instituto de Soldadura (TWI “The Welding Institute”) en Cambridge, Reino 
Unido, en el año de 1991, aunque ha sido patentada en Europa, EUA, Japón y Australia. 
 
Este proceso inicialmente se consideró como una “curiosidad de laboratorio”, pero pronto 
se hizo evidente que dicha técnica ofrecía numerosas ventajas en la fabricación de 
productos de aluminio así como en la aplicación para aleaciones de aluminio. 
 
Características del Proceso: 
Básicamente, el proceso de soldadura por fricción-agitación puede dividirse en 4 fases 
diferentes (Figura 3): 
 
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1. Inserción: En la inserción, la herramienta se introduce lentamente en el material 
con una velocidad de rotación preestablecida hasta que el hombro tiene un 
contacto por completo con el material. Las fuerzas requeridas, en esta fase son las 
más grandes. 
2. Fijación: En esta fase el material está siendo calentado. No hay movimiento 
transversal y la fase de calentamiento termina cuando el material ha alcanzado 
una plasticidad satisfactoria. En materiales delgados, esta fase puede ser muy 
corta o incluso puede ser descuidada. 
3. Soldadura: Después de alcanzar una temperatura adecuada, la herramienta se 
mueve en dirección de la juntura de soldadura con un cierto ángulo de inclinación 
y velocidad de desplazamiento. 
4. Retracción: Tras alcanzar el punto final, la herramienta es retirada del material 
mientras ésta aún está girando. Esto deja un agujero en el material. 
 
 
Figura 3. Proceso General de la soldadura por Fricción-Agitación. [4] 
 
A continuación se describe el proceso con mayor detalle: 
 
Los bordes en contacto de las láminas/placas/piezas a unirse se acoplan y montan sobre 
una placa posterior rígida (Figura 4); la fijación previene que las piezas de trabajo no se 
separen o levanten durante el proceso de unión. 
 
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Para la soldadura, se utiliza una herramienta que tiene 2 funciones principales: 
a) El calentamiento de la pieza de trabajo, 
b) El movimiento del material para producir la unión. 
 
Figura 4. Unión de placas de trabajo (bordes de unión cuadrados en placa de soporte). [5] 
 
 
Figura 5. Herramienta Giratoria. [5] 
 
La herramienta es giratoria, no consumible y cuenta con un astil, pin y hombro, 
especialmente diseñados (Figura 5). La herramienta comienza a girar a una velocidad 
establecida mientras que es lentamente insertada en los bordes en contacto de las 
placas/piezas a unir, hasta que el hombro de la herramienta alcanza un contacto total con 
la superficie de las placas, y el pin se encuentra a una corta distancia de la placa rígida 
posterior (Figura 6). 
 
La fricción que se lleva a cabo entre la herramienta y la pieza de trabajo, asegura que el 
material se caliente y se ablande, es importante que la temperatura no exceda el punto de 
fusión. 
 
El material necesita ser plastificado pero no derretido, se debe alcanzar una temperatura 
de alrededor de un 60% a 80% de la temperatura de fusión. Una vez que se alcanza esta 
 
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temperatura, y el material alrededor del pin también se ha suavizado, es posible iniciar el 
movimiento de traslación de la herramienta. En este punto es aplicada una fuerza lateral 
en dirección de la soldadura (Figura 7) y el movimiento sigue la juntura de la soldadura, 
en su mayoría con un ligero ángulo llamado ángulo de inclinación. El pin agita el material, 
lo que ocasiona un flujo de material plastificado desde el borde de avance (el lado donde 
el movimiento de rotación es en la misma dirección que el movimiento transversal) hacia 
el borde de salida del pin, el material se forja por el intenso e íntimo contacto del hombro y 
el perfil del pin, lo que crea un estado sólido (Figura 3). 
 
Figura 6. Inserción del pin en los bordes de contacto, hasta que el hombro toca la 
superficie de las placas y el pin está a una corta distancia de la placa de soporte. La 
herramienta y las piezas de trabajo están inclinadas una con respecto a la otra. [5] 
 
NOTA: En ocasiones, se perfora un agujero de pequeño diámetro en el borde de unión 
para reducir las fuerzas queactúan en la herramienta de soldadura durante la inserción. 
 
Una vez que el movimiento transversal ha alcanzado el final de la soldadura, se retira la 
herramienta mientras que ésta está todavía en rotación. A medida que se retira el pin, 
éste deja un agujero en la soldadura, y el contacto del hombro deja a su paso una onda 
casi semi-circular en la trayectoria de la soldadura (Figura 3). 
 
 
Figura 7. Forzar la herramienta a lo largo de la línea del borde de unión a la velocidad 
deseada manteniendo al mismo tiempo una fuerza normal. [5] 
 
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Hay dos posibilidades para solucionar este problema. El primero es utilizar un pin 
retractable, con este tipo de herramienta, el pin es automáticamente retraído en el hombro 
al final de la soldadura antes de que la herramienta sea retirada de la juntura de 
soldadura. La segunda posibilidad es utilizar lengüetas run-on/run off (desmontables) 
éstas son extensiones del metal base y son maquinadas después de la soldadura. 
 
Se cree que el movimiento de agitación que existe, tiende a disolver los óxidos de las 
superficies en contacto, permitiendo así, la unión entre las superficies limpias. Merece 
mencionarse que con el fin de lograr un completo cierre en los bordes de unión, es 
necesario que el pin pase muy cerca de la placa posterior, ya que una limitada cantidad 
de deformación se produce por debajo del pin y sólo cerca de la superficie del mismo, por 
lo que un borde de unión abierto (falta de penetración) es un lugar con potencial de falla. 
 
El eje de la herramienta y la pieza de trabajo (Figura 6) están inclinados uno con respecto 
del otro por un pequeño ángulo (θ), típicamente en el rango de 2-4°; y puede lograrse ya 
sea inclinando la herramienta o las piezas de trabajo. 
 
Se dice que esta inclinación ayuda a la compactación del material de detrás de la 
herramienta, pero tiene el inconveniente de limitar la capacidad para ejecutar soldaduras 
no lineales, y también puede limitar la velocidad de soldadura. Como consecuencia del 
método, el inicio y final de la unión no estarán completamente soldados, particularmente 
al final de la soldadura, en donde se deja el agujero, es por ello que se recomienda que el 
inicio y final de las regiones soldadas sean maquinadas. 
 
 
Figura 8. Terminología de la Soldadura por Fricción Agitación. [5] 
 
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Aún con el uso de un par de placas extra al inicio y final de la soldadura, Ekman más 
adelante [6] reportó que hay un baja resistencia de la unión en la interfaz entre las piezas 
de trabajo y las placas extra, que exigen el retiro de material, aproximadamente del 
espesor de la pieza de trabajo, a partir de cualquiera de los extremos. 
 
Durante el proceso de soldadura, el material es sometido a alta temperatura, a una 
intensa deformación plástica, de lo que resulta la generación de granos finos, equiaxiales 
y recristalizados. La fina microestructura en las soldaduras por fricción-agitación, produce 
buenas propiedades mecánicas. 
 
En comparación con los métodos convencionales de soldadura, ésta consume 
considerablemente menos energía, no utiliza ningún gas de cobertura o de flujo, y es por 
ello que el proceso es amigable con el medio ambiente. 
 
La unión de este tipo de soldadura tampoco involucra la utilización de material de aporte, 
y por lo tanto, cualquier aleación de aluminio se puede unir sin la preocupación de 
compatibilidad por la composición, que es, por ejemplo, un problema en la soldadura por 
fusión. Es importante comentar que cuando así convenga, las aleaciones de aluminio y 
diversos materiales compuestos se pueden unir con la misma facilidad. 
 
En contraste con la soldadura por fricción tradicional, que se realiza generalmente en 
pequeñas piezas con simetría axial y que se pueden girar y empujar una contra la otra 
para formar una unión, la soldadura por fricción-agitación se puede aplicar a varios tipos 
de uniones, como las juntas a tope, juntas a solape, juntas a tope en T, y las juntas en 
filete, así como para soldar objetos huecos, como tanques, tubos/tuberías, y piezas con 
contornos de 3 dimensiones. 
 
Además de la producción de las articulaciones, la soldadura por fricción-agitación también 
es adecuada para la reparación de las articulaciones existentes. El interés industrial y la 
investigación primaria, se ha centrado en placas de aleación de aluminio, aplicando una 
soldadura a tope con una placa de hasta 200 mm de espesor en dos pasos [7]. Esta 
soldadura se utilizó también para producir las juntas a tope entre los metales de diferentes 
espesores y entre las secciones cónicas. 
 
 
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La soldadura se puede realizar en cualquier posición (horizontal, vertical, hacia arriba y 
orbital), y se pueden producir o reparar, las articulaciones de equipos que utilizan 
tecnologías basadas en máquinas herramientas tradicionales. 
 
 
Figura 9. Diseño de uniones usuales en la Soldadura. [3] 
 
La principal ventaja de esta soldadura es que es un proceso de estado sólido, esto quiere 
decir que tiene lugar por debajo de la temperatura de fusión de ambos materiales. Gracias 
a esto, ahora es posible soldar dos materiales con diferentes temperaturas de fusión. 
 
Otros importantes beneficios son [13]: 
 Posibilidad de soldar sobre la cabeza: Puesto que no se utiliza material de 
relleno, la gravedad no tiene influencia. 
 Ausencia de problemas/defectos de relleno inducidos: Ya que no necesita de 
material de aporte o algún tipo de gas para realizar la soldadura; pueden 
soldarse materiales con un espesor de 0.5 hasta 65 mm con equipos que 
presentan un equipo modular (ESAB LEGIO™) [4], este concepto hace las más 
variadas aplicaciones de soldadura por fricción-agitación posibles, incluyendo 
pequeños lotes de diferentes tamaños. 
 Soldaduras altamente integrales y de muy baja distorsión: Logradas con éxito 
en la mayoría de las aleaciones de aluminio, incluyendo aquellas consideradas 
“difíciles de soldar” con técnicas regulares. 
 
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 Bajo peso: Trabajar sin material de relleno significa que el peso total de la 
soldadura será menor en comparación con la soldadura con material de aporte. 
Esto es muy benéfico en la industria automotriz y aeroespacial, porque un 
menor peso implica un menor consumo de combustible y menores emisiones. 
 Posibilidad de soldar materiales que son considerados difíciles de soldar, como 
por ejemplo: Aleaciones de aluminio de las series 2xxx y 7xxx. Las aleaciones 
Al-Li son las más recientes, y este tipo de soldadura ha demostrado ser efectiva 
en la unión de Plomo, Cobre, Magnesio y hasta aleaciones de Titanio. 
 Baja distorsión. 
 Buenas propiedades mecánicas. 
 Ausencia de arco, humo, porosidad y salpicaduras. 
 Baja contracción. 
 Buena resistencia a la fatiga. 
 Buena calidad de la soldadura. 
 No requiere de procesamiento final. Por ejemplo, remoción de escoria. 
 Reducción del número de parámetros: En realidad, existen sólo 5 parámetros 
considerados en aplicaciones de la soldadura por fricción-agitación (como la 
fuerza, velocidad de rotación, velocidad de desplazamiento, profundidad de 
inserción y ángulo de inserción) que son mucho menores que en otros procesos 
como la MIG o soldadura de plasma. 
 
Por otra parte, el contenido de hidrógeno en las articulaciones de esta soldadura tiende a 
ser bajo, lo cual es importante en la soldadura de aceros y otras aleaciones susceptibles a 
daños por hidrógeno. La soldadura por fricción-agitación ha sido utilizada con éxito para 
soldar fundidos similares y disímiles, aleaciones de aluminio forjado, aceros, así como 
titanio, cobre, aleaciones de magnesio, aleaciones de diferentes grupos de metal y 
materiales compuestos de matriz metálica. 
 
Cabe mencionar que este proceso nace de la dificultad de hacer soldaduras de alta 
resistencia y resistentes a la fractura y fatiga en aleaciones dealuminio aeroespaciales, 
como las series de alta aleación 2XXX y 7XXX, las cuales han inhibido durante mucho 
tiempo el amplio uso de la soldadura para la unión de estructuras aeroespaciales. 
 
 
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Los principales beneficios de la Soldadura por Fricción-Agitación se resumen en la 
siguiente tabla: 
 
Tabla 2. Beneficios de la Soldadura por Fricción-Agitación. [8] 
 
Beneficios Metalúrgicos Beneficios Ambientales Beneficios Energéticos 
Proceso en fase sólida. No requiere gas de protección. 
Mejora de los materiales (por 
ejemplo: uniendo diferentes 
espesores). 
Baja distorsión en la pieza de 
trabajo. 
No requiere limpieza de la 
superficie. 
Sólo el 2.5% de la energía 
necesaria para una soldadura 
láser. 
Buena estabilidad dimensional y 
repetibilidad. 
Elimina los residuos de esmerilaje. 
Disminución del consumo de 
combustible en las aleaciones de 
aviones ligeros así como en 
aplicaciones automotrices y 
navales. 
Sin pérdida de elementos de 
aleación. 
Elimina los solventes requeridos 
para desengrase. 
 
Excelente propiedades 
metalúrgicas en el área de unión. 
Ahorro de materiales consumibles, 
tales como alfombrillas, cable o 
cualquier otro gas. 
 
Microestructura fina. 
Ausencia de agrietamiento. 
Reemplaza múltiples piezas 
unidas por medio de sujetadores. 
 
 
 
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2.2.2 Diseño y materiales de las herramientas 
El diseño de la herramienta afecta un par de diferentes parámetros importantes, como la 
generación de calor, flujo de material, fuerzas necesarias en el proceso y la uniformidad 
de la unión soldada. Esto significa que el uso de una adecuada herramienta, es un 
parámetro muy influyente. 
 
Respecto al diseño de la herramienta, hay dos aspectos importantes, que son el radio y la 
forma de la superficie. 
 
De acuerdo a Deqing [9], existe una correlación entre el radio del hombro y el radio del 
pin, es decir, una proporción de 3 a 1. Esto significa que el radio del hombro es 3 veces el 
radio del pin. Por su parte, Dubourg [10] afirma que el diámetro del hombro está 
relacionado con el espesor de la placa: 
 (1) 
 
Estas dos declaraciones afirman que una vez que se conoce el espesor de la placa, tanto 
el diámetro del hombro como el del pin, ya no son de libre elección, a fin de lograr una 
buena soldadura, sin embargo, han habido diseños donde el hombro difiere en tamaño 
con el calculado por la ecuación (1) donde se han obtenido excelentes resultados. La 
longitud del pin es siempre un poco más corta que el material que necesita ser soldado. El 
hombro produce la mayor parte del calor, pero el flujo del material es determinado tanto 
por el pin como por el hombro. 
 
En los primeros días de la Soldadura por Fricción-Agitación, se utilizaron herramientas de 
acero de una sola pieza, y el pin no era más que un simple cilindro. Esta forma de pin 
generado sólo limitaba el flujo y mezcla del material, y como resultado, la velocidad de 
soldadura tenía que ser baja. 
 
El material utilizado para las herramientas de este tipo de soldadura depende 
principalmente de su aplicación. Al soldar materiales blandos, como por ejemplo: aluminio, 
acero tratado con calor es suficiente. Esto hace que sea posible hacer una herramienta de 
FSW con un bajo costo. Para la soldadura de materiales con una temperatura de fusión 
más alta, como por ejemplo: Titanio, el desgaste es significativamente mayor que para la 
soldadura de materiales con bajo punto de fusión. 
 
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Por lo tanto, las herramientas de acero tratado térmicamente son simplemente 
inadecuadas, y aleaciones de tungsteno, o de nitruro de boro cúbico policristalino, se 
utilizan en su lugar. Prater [11] propuso la utilización de una herramienta de molibdeno 
revestida de diamante. Esto reduce el desgaste y reduce también la fuerza axial. Debido 
al roscado y la rotación, el material experimenta una fuerza vertical, la cual necesita ser 
hacia abajo para permitir un buen flujo de material. Esto hace que el sentido de giro no 
sea de libre elección. 
 
El diseño de herramientas evolucionó progresivamente en TWI. Se encontró que los pines 
roscados ayudan a garantizar que el material de la pieza de trabajo deformada 
plásticamente era llevado por completo alrededor del pin, desde la parte superior de la 
unión a las partes más bajas y viceversa. Esta mezcla mejorada, permite el uso de 
velocidades más altas, lo que resulta en una soldadura de mejor calidad, y libre de fallas. 
 
Fue TWI el que introdujo el pin con forma de cono truncado y el uso de ranuras (estriados) 
o caras planas en adición con las formas de roscado, para ayudar en la mejora de la 
calidad de la unión, especialmente para secciones gruesas. Otras mejoras incluyen la 
introducción de pines con extremos planos, para una mejor acción de agitación y 
penetración de las soldaduras en juntas a tope, enfriamiento de la herramienta para 
incrementar su tiempo de vida y también mejorar la calidad de la soldadura en ciertas 
aplicaciones (Figura 10). 
 
Figura 10. Configuraciones del pin. [5] 
 
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También fueron encontrados pines fileteados, estriados y con forma de cono truncado y 
acanalado, que permiten altas velocidades, mezclas más uniformes y soldaduras de 
mayor calidad. También se encontró que los hombros con espiral, son capaces de permitir 
la soldadura sin necesidad de inclinar la herramienta o la pieza de trabajo una con 
respecto de la otra, lo que facilita la soldadura alrededor de las esquinas. Se dice también, 
que el hombro con espiral facilita la ejecución de soldaduras no lineales, elimina la 
socavación en la superficie de la soldadura y la rebaba que se extruye debajo el hombro 
de la herramienta. 
 
Hay un avance continuo en el uso de materiales cada vez más sofisticados para el diseño 
de herramientas de FSW en una sola pieza o en dos piezas. Se dice que las herramientas 
para los materiales de soldadura por fricción-agitación con altas temperaturas de fusión, 
deben resistir el desgate físico y químico, poseer suficiente resistencia a elevadas 
temperaturas y disipar eficazmente el calor llevado a la herramienta durante la soldadura. 
 
El nitruro de boro cúbico policristalino (“PCBN”, por sus siglas en inglés), parece ser 
capaz de cumplir con estos requisitos, desde que las herramientas hechas de ese 
material han sido exitosamente utilizadas en la soldadura por fricción-agitación de AISI 
316L y AISI 310 acero inoxidable y aleación 600, una aleación a base de níquel. 
 
El PCBN es un producto de desgaste súper abrasivo, utilizado principalmente para el 
mecanizado de superaleaciones base níquel, materiales ferrosos de alta resistencia y 
fundiciones. Es hecho a partir de una BN hexagonal en virtud de una ultra-alta 
temperatura y condiciones de presión; el polvo resultante, se consolida mediante técnicas 
de metalurgia de polvos. Debido a limitaciones de costo y tamaño, es deseable diseñar a 
partir de PCBN el hombro y unión hembra, en lugar de fabricar la herramienta completa a 
partir de PCBN. 
 
Cabe mencionar que la herramienta hecha en dos piezas permite el uso de materiales de 
pin adecuados para aplicaciones específicas, por ejemplo: un material de alta temperatura 
para soldar un material grueso y/o aleaciones con alto punto de fusión, o un material que 
es resistente a la fragilización por Zn, a partir de una aleación de aluminio con serie 7xxx. 
 
 
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El diseño de herramientas (materiales y configuración) es uno de los factores más 
importantes que influyen en el perfil de unión, propiedades y microestructuras. 
 
Los materiales de las herramientas, aparte de tener que soportar satisfactoriamente el 
proceso de soldadura, afecta los coeficientes de fricción, por lo tanto, la generación de 
calor. Lo mismo es verdadero para cualquier recubrimientoque pueda aplicarse a 
superficies de la herramienta. 
 
La configuración de la herramienta (longitud, diámetro y configuración del pin así como el 
diámetro y configuración del hombro) tiende a dictar el perfil y tamaño de la unión, e influir 
también en las microestructuras y propiedades (Figura 11). 
 
En general, la longitud del pin debe ser optimizado en función del grosor del material, 
aunque por otra parte, parecen ser óptimas las relaciones de diámetro/longitud del pin, y 
diámetro del pin/diámetro del hombro para cada aplicación. 
 
Figura 11. Configuraciones del Hombro. 
 
 
El diseño de herramientas es probablemente el secreto mejor guardado en la soldadura 
por fricción-agitación. Los autores son generalmente reacios en revelar la información 
acerca de las herramientas. 
 
 
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2.2.3 Parámetros del proceso 
La soldadura por fricción-agitación y el proceso de soldadura por fricción involucran un 
complejo movimiento de material y deformación plástica. Los parámetros de la soldadura, 
geometría de la herramienta y el diseño de la unión, ejercen un efecto significativo sobre 
el patrón de flujo del material y distribución de la temperatura, lo que influye en la 
evolución microestructural del material. 
 
Para la soldadura por fricción-agitación existen 2 parámetros muy importantes: 
1.) Velocidad de Rotación de la herramienta (ω, rpm) en sentido de las manecillas 
del reloj o en contra de las manecillas del reloj. 
2.) Velocidad de avance de la herramienta (v, mm/min) a lo largo de la línea de 
unión. 
 
La rotación de la herramienta resulta en la agitación y mezcla de material alrededor del 
pin giratorio, y la traslación de la herramienta mueve el material agitado desde la parte 
frontal hacia la parte posterior terminando así el proceso de soldadura. 
 
Además del valor de rotación de la herramienta y la velocidad de desplazamiento, otro 
parámetro importante del proceso es el ángulo del eje o inclinación de la herramienta con 
respecto a la superficie de la pieza de trabajo. Una apropiada inclinación del eje hacia la 
dirección de salida del material asegura que el hombro de la herramienta retenga el 
material agitado mediante el pin. 
 
También, la profundidad de inserción del pin en las piezas de trabajo (igualmente llamado 
tope de profundidad) es importante para la producción de soldaduras de buena calidad. 
La profundidad de inserción de la herramienta se asocia con la altura del pin. 
 
Cuando la profundidad de la inserción es muy superficial, el hombro de la herramienta no 
hace contacto con la superficie de la pieza de trabajo inicial, por lo tanto, la rotación del 
hombro no puede mover el material agitado eficientemente desde la parte frontal hacia la 
parte posterior del pin, lo que resulta en la generación de soldaduras con canales internos 
o ranuras en la superficie. Cuando la profundidad de inserción es muy profunda, el 
hombro de la herramienta se sumerge en la pieza de trabajo, creando un excesivo 
destello. En este caso, se produce significativamente una soldadura cóncava, lo que 
 
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conduce a un adelgazamiento local de las placas soldadas. Cabe señalar que el diseño 
del espiral en el hombro de la herramienta, permite soldaduras hasta con 8° de inclinación 
de la herramienta. Tales herramientas son particularmente preferidas para uniones 
curvas. 
 
El precalentamiento o enfriamiento también pueden ser importantes para algunos 
procesos específicos de la soldadura por fricción-agitación. Para materiales con altos 
puntos de fusión, tales como el acero y el titanio, o con alta conductividad, tal como el 
cobre, el calor producido por la fricción y agitación puede no ser suficiente para suavizar y 
plastificar el material alrededor de la herramienta giratoria. 
 
Como consecuencia, es difícil producir soldaduras continuas sin defectos. En estos casos, 
el precalentamiento o una fuente de calor externa adicional, puede ayudar al flujo de 
material. Por otra parte, en materiales con bajos puntos de fusión tales como el aluminio y 
el magnesio, el enfriamiento puede ser usado para reducir el crecimiento extensivo de 
granos recristalizados y la disolución de precipitados en y alrededor de la zona agitada. 
 
Chao y Qi [12] utilizaron un elemento finito en 3D para modelar los campos de 
temperatura y tensiones residuales en la Soldadura por Fricción-Agitación. El modelo 
predijo que temperaturas tan altas como 890°F (476.66°C) serían generadas debajo del 
hombro, y que la temperatura se incrementa a velocidades de avance más bajas y con 
materiales de calibre más delgado. 
 
Las temperaturas previstas, en general están de acuerdo con los datos reportados en 
investigaciones similares. El modelo fue validado utilizando una placa 6061-T6 con un 
espesor de 0.25 in, soldada por fricción-agitación a una velocidad de rotación de 400 rpm 
y una velocidad de avance de 4.7 in/min, mediante la colocación de termopares a 0.23 in 
y 0.55 in de la línea de soldadura. Las tensiones residuales fueron modeladas pero no 
validadas por mediciones. 
 
 
 
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2.2.4 Diseños de unión 
Las configuraciones de uniones más convenientes para la FSW son las juntas a tope o en 
solapa. Una sencilla junta cuadrada a tope (Figura 12a); dos placas o láminas del mismo 
espesor se colocan sobre una placa rígida de apoyo y se sujetan firmemente para 
prevenir que las caras de unión a tope sean forzadas a separarse. 
 
Durante la inserción inicial de la herramienta, las fuerzas son bastante grandes, y se 
necesita tener un especial cuidado para asegurarse que las placas en configuración a 
tope, no se separen. Una herramienta giratoria se introduce en y a lo largo de la línea de 
unión cuando el hombro de la herramienta está en íntimo contacto con la superficie de las 
placas, produciendo una soldadura a lo largo de la línea de unión. 
 
 
Figura 12. Configuraciones de Unión para la Soldadura por Fricción-Agitación. [8] 
 
Por otro lado, para una junta de solapa sencilla, dos placas o láminas traslapadas se 
sujetan en una placa rígida posterior. Una herramienta giratoria es introducida 
verticalmente a través de la placa superior y en la placa inferior de forma que avance a lo 
largo de la dirección deseada, uniendo las dos placas (Figura 12d). 
 
Muchas otras configuraciones pueden ser producidas por combinación de las juntas a 
tope y en solapa. Aparte de las configuraciones a tope y en solapa, otros tipos de diseños 
de unión, como juntas en filete (Figura 12g) también son posibles, según sea necesario 
para algunas aplicaciones de ingeniería. 
 
Es importante tener en cuenta que no se necesita una preparación especial para la 
soldadura por fricción-agitación de juntas a tope y solapa. Dos placas limpias de metal 
 
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pueden ser fácilmente unidas en la forma de junta a tope o a solapa sin la menor 
preocupación de las condiciones de las superficies de las placas. 
 
2.2.5 Características microestructurales 
La microestructura de la soldadura por fricción-agitación depende de algunos aspectos 
como la velocidad de rotación y avance, la presión, el material y el diseño de la 
herramienta, pero uno de los factores clave que controla la microestructura de la unión es 
la temperatura generada durante la soldadura. 
 
Esto hace que sea difícil describir la microestructura en general. Sin embargo, TWI 
desarrolló un esquema y ha sido aceptado por la Asociación de Licenciatarios de 
Soldadura por Fricción-Agitación (“Friction Stir Welding Licensees Association”). Éste 
divide la sección transversal en 4 partes (Figura 13). 
 
A. Metal Base (material no modificado): 
Esta región se encuentra a una distancia del centro de la soldadura y no se ve afectada 
por el calor generado. Aunque el material puede haber sufrido un ciclo térmico, no se ve 
afectada por dicho ciclo. Esto significa que las propiedades mecánicasy la 
microestructura no cambian. 
 
B. Zona Afectada por el Calor (HAZ): 
Se trata de una región un poco más cerca del centro de la soldadura, y sin duda ha 
experimentado un ciclo térmico, por lo que las propiedades mecánicas y la 
microestructura se ven afectados por ella, pero no muestra ninguna deformación plástica. 
Los cambios en las propiedades en esta zona, son comparados a los cambios en esa 
misma zona para otros procesos químicos, y su forma es típicamente trapezoidal como se 
puede ver en la Figura 13. 
 
C. Zona Afectada Termomecánicamente (TMAZ) / Zona no recristalizada: 
Esta región tiene un cambio en las propiedades mecánicas y/o en la microestructura, pero 
en contraste con la HAZ, la TMAZ sí tiene una deformación plástica. El tamaño de grano 
es similar al tamaño de grano en el material base. 
 
 
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D. Zona de la soldadura (Nugget) / Zona Recristalizada: 
Esta es la parte de la TMAZ que se ha recristalizado. El tamaño de grano en esta zona es 
más pequeño que el tamaño de grano en el material base. De acuerdo a Murr [14] el 
tamaño de grano en esta zona es diez veces más pequeño que en el material base, lo 
que tiene un efecto beneficioso sobre las propiedades mecánicas, como por ejemplo: 
resistencia a la fatiga. 
 
La forma del nugget puede variar, dependiendo del material que necesita ser soldado y de 
las propiedades. Según Bradley y James [15], el diámetro del nugget de la soldadura es 
ligeramente mayor que el diámetro de la herramienta, pero significativamente menor que 
el diámetro del hombro. 
 
Sin embargo, hay que decir que la clasificación antes mencionada es típica para el 
aluminio, pero puede ser diferente para otros materiales. En el acero, por ejemplo, no hay 
nugget de soldadura, pero la TMAZ está completamente recristalizada en su lugar. 
 
Se pueden hacer mediciones de temperatura en la superficie mediante pirómetros; y en 
metales para la soldadura por fricción-agitación, a simple vista se pueden observar 
cambios visibles de color. 
 
También pueden realizarse mediciones de temperatura en la superficie y al interior a 
través del uso de termopares fijados a la superficie o al interior; el método de fijación es 
usualmente por inserción de éstos, a través de agujeros perforados. En regiones tales 
como la zona de soldadura (nugget) y la región debajo del hombro, donde el 
flujo/movimiento del metal tiene lugar, no es posible medir directamente la temperatura 
por termopares. 
 
Los pirómetros no sirven para nada aquí tampoco, debido a que estas ubicaciones están 
obstruidas a la vista, ya sea por el hombro o por otras capas de metal, y como resultado, 
los investigadores han vuelto al modelado asistido por computadora. 
 
Sin embargo, mediciones actuales revelan que las temperaturas del lado de avance y del 
lado de salida de la soldadura, no son las mismas. Es lógico suponer que mayores 
entradas de calor, dan lugar a temperaturas más altas que son generadas en el lado de 
 
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salida de la soldadura, debido al movimiento en direcciones opuestas, aunque esto en 
parte depende de las condiciones de la soldadura [5]. 
 
La soldadura por fricción-agitación genera temperaturas suficientemente altas, por lo 
menos en algunas ubicaciones para afectar la austenización en aceros o la 
resolubilización de las fases de endurecimiento de aleaciones no ferrosas tratables 
térmicamente. Se cree que estas temperaturas son lo suficientemente altas para causar 
una recuperación y recristalización. 
 
Se dice que la soldadura por fricción-agitación conlleva una recristalización dinámica 
(DRX) y/o una recuperación dinámica (DRV); el término dinámico significa que el proceso 
es coincidente con la deformación [5]. 
 
Existe un debate acerca de qué proceso está operando en qué zona/región, y algunos 
autores incluso argumentan que la deformación superplástica se ve involucrada. Aparte 
de esto, así como la herramienta avanza, la masa soldada se enfría a temperatura 
ambiente en una tasa neta que es controlada por el metal base que le rodea, la 
atmósfera, la placa rígida posterior en las juntas a tope, así como el recalentamiento de la 
herramienta. 
 
Durante el enfriamiento, puede darse un tipo de templado/envejecido debido al 
recalentamiento y, además, la recristalización estática (SRX) y la recuperación estática 
(SRV) pueden llegar a ser operativas; aquí el término estático significa que ninguna 
deformación está involucrada. 
 
El asunto se complica por el hecho de que el proceso de recristalización y recuperación 
no son controlados solo por la temperatura, sino también por el esfuerzo y la velocidad de 
deformación. 
 
La contribución de la intensa deformación plástica y exposición a altas temperaturas 
dentro de la zona de agitación durante este tipo de soldadura, resulta en una 
recristalización y desarrollo de la textura dentro de la zona de agitación, y la disolución y 
engrosamiento dentro y alrededor de la zona agitada. 
 
 
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Basado en una caracterización microestructural de los granos y partículas de segunda 
fase, se distinguen las siguientes zonas (Figura 13): 
 
A. Metal Base 
B. Zona Afectada por el Calor (HAZ) 
C. Zona no recristalizada 
D. Zona de la soldadura (Nugget recristalizado) 
C+D. Zona Afectada Termomecánicamente (TMAZ) 
 
Figura 13. Macrografía típica que muestra varias zonas microestructurales en FSW. 
 
Los cambios microestructurales en diversas zonas tienen un efecto significativo sobre las 
propiedades mecánicas después del soldeo. Por eso, la evolución microestructural 
durante la soldadura por fricción-agitación ha sido estudiada por un gran número de 
investigadores. 
 
Zona de Soldadura (Nugget) 
Deformación plástica intensa y calentamiento por fricción durante la soldadura por 
fricción-agitación da por resultado la generación de una microestructura de grano fino 
recristalizado dentro de la zona agitada. Esta región normalmente se conoce como zona 
de soldadura (o núcleo/pepita de soldadura) o zona recristalizada dinámicamente (DXZ). 
Bajo algunas condiciones de la soldadura por fricción-agitación, la estructura de anillo de 
cebolla fue observada en la zona de soldadura. 
 
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En el interior de los granos recristalizados, normalmente hay baja densidad de 
dislocaciones, sin embargo, algunos investigadores reportaron que los pequeños granos 
recristalizados en la zona de soldadura contenían una alta densidad de sub-límites, sub-
granos y dislocaciones [8]. La interfaz entre la zona de soldadura recristalizada y el metal 
base es relativamente difusa en el lado de salida de la herramienta, pero bastante visible 
en el lado de avance de la herramienta. 
 
Forma de la Zona de Soldadura 
Dependiendo de los parámetros de procesamiento, geometría de la herramienta, 
temperatura de la pieza de trabajo y conductividad térmica del material, se han observado 
diversas formas de la zona de soldadura. 
 
Básicamente la zona de soldadura se puede clasificar en dos tipos: 
 Soldadura de forma cóncava (Figura 14b) que se ensancha cerca de la superficie 
superior y 
 Soldadura elíptica (Figura 14a). 
 
 
a) b) 
Figura 14. Formas de la zona de soldadura: a) Elíptica, b) Cóncava. 
 
A veces hay anillos concéntricos visibles en la sección dibujada como se muestra en la 
Figura 14a, estos anillos, a veces llamados “anillos de cebolla”, están situados en el 
centro del núcleo de la soldadura. 
 
Hay algunas teorías sobre los anillos, algunos autores comparten la opinión de que estos 
anillos son el resultado de la herramienta de roscado, y que son considerados como una 
indicación de una buena calidad de la soldadura, pero en contraste con esta última teoría, 
se supone que los anillos no son un resultado de los diferentes tamaños de grano, sino 
más bien, son el resultado de una variación en la orientación de estos granos [13]. 
 
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Sin embargo, dichas investigaciones han demostrado que los anillos no son visibles en 
todas las aleaciones, y que es más difícil de verlos cuando la velocidad de 
desplazamiento y/o la velocidad de rotación aumentan. 
 
Recientemente, se llevó a cabo una investigación sobre el efecto de los parámetros en el 
proceso de la soldadura por fricción-agitación en la microestructura y las propiedades del 
hierro fundido A356. Los resultados indicaron que valores bajos de velocidad de rotación 
de 300-500 rpm dan como resultado la generación de una zona de soldadura cóncava, 
mientras que la zona de soldadura elíptica fue observada con valores de velocidad de 
rotación mayores a 700 rpm. Esto indica que con la misma geometría de la herramienta, 
diferentes formas de soldadura pueden ser producidas por el cambio en los parámetros 
de procesamiento [8]. 
 
Reynolds investigó [16] la relación existente entre el tamaño del nugget y el tamaño del 
pin. Se reportó que la zona de soldadura era ligeramente más grande que el diámetro del 
pin, excepto en la parte inferior de la soldadura donde el pin cónico disminuye 
gradualmente en una terminación semiesférica. Además, se reveló que a medida que 
aumenta el diámetro del pin, el nugget (zona de soldadura) adquiere una forma más 
redondeada con un diámetro máximo en el medio de la soldadura. 
 
Tamaño de Grano 
El tamaño de grano generalmente no se usa para controlar la dureza en las aleaciones de 
aluminio [17], aunque sí se utiliza ampliamente para reducir el riesgo de agrietamiento en 
caliente, y en el control, tanto de dureza como de tenacidad del material en piezas de 
carbón-manganeso (C-Mn) y aceros de baja aleación. 
 
En términos generales, a medida que el grano crece, el rendimiento y la resistencia a la 
tensión final de un metal, se reducen (Figura 15). El límite elástico σy, se relaciona con el 
tamaño del grano por la ecuación de Hall-Petch: 
 
 (2) 
 
 
 
 
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Donde: 
d= Diámetro medio del grano 
σI & ky= Constantes del metal 
 
 
Figura 15. Relación general del tamaño del grano con la resistencia, ductilidad y 
tenacidad. [17] 
 
Es bien aceptado que la recristalización dinámica durante la soldadura por fricción-
agitación da como resultado la generación de granos finos y equiaxiales en la zona de 
soldadura, aunque los parámetros del proceso, la geometría de la herramienta, la 
composición de la pieza de trabajo, la temperatura generada en la pieza de trabajo, la 
presión vertical, y el enfriamiento, ejercen una influencia significativa en el tamaño de los 
granos recristalizados en los materiales unidos con este tipo de soldadura (Figura 14). 
 
La consecuencia práctica de esto es que una pérdida de dureza se encuentra con 
frecuencia en la zona afectada por el calor (HAZ) de las soldaduras, debido al crecimiento 
del grano durante la soldadura. Una pérdida de dureza también puede ser encontrada en 
el metal de soldadura que es una estructura moldeada y con un tamaño de grano mayor 
que el del metal base. 
 
En las aleaciones de aluminio, la pérdida de dureza a causa del crecimiento de grano, es 
un efecto marginal junto con otros efectos predominantes. El tamaño del grano, sin 
embargo, tiene un efecto marcado sobre el riesgo de agrietamiento en caliente, un 
tamaño de grano pequeño es más resistente que un tamaño de grano grande. 
 
 
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El titanio, zirconio y escandio pueden ser utilizados para promover un tamaño de grano 
fino, estos elementos forman partículas sólidas finamente dispersas en el metal de 
soldadura, estas partículas actúan como núcleos en los que los granos se forman como 
producto de la solidificación. 
 
 Mecanismo de Recristalización 
Se han propuesto diversos mecanismos para la recristalización dinámica en las 
aleaciones de aluminio, tales como [17] -[23]: 
 Recristalización Dinámica Discontinua (DDRX “Discontinuous Dynamic 
Recrystallization”). 
 Recristalización Dinámica Continua (CDRX “Continuous Dynamic 
Recrystallization”). 
 Recristalización Dinámica Geométrica (GDRX “Geometric Dynamic 
Recrystallization”). 
 
El aluminio y sus aleaciones, normalmente no experimentan la DDRX a causa de su alta 
velocidad de recuperación debido a la fuerte energía de falla de apilamiento, sin embargo, 
la nucleación simulada de partículas de la DDRX, se observa en aleaciones con amplias 
fases secundarias (tamaños mayores a 0.6 µm), este tipo de recristalización se 
caracteriza por la nucleación de nuevos granos en las viejas fronteras de grano con 
ángulo elevado debido a la migración de los límites de grano grueso [18]. 
 
Por otro lado, la CDRX se ha estudiado ampliamente en aleaciones de aluminio 
superplásticas comerciales [25] - [26] y aceros inoxidables bifásicos [27] -[28]. Se han 
propuesto varios mecanismos para este tipo de recristalización en los cuales los 
subgranos rotan y alcanzan un elevado ángulo de desorientación con poca migración 
granular, por ejemplo, los mecanismos incluyen crecimiento subgranular, rotación de red 
asociada con deslizamiento de granos, y rotación de red asociada con deslizamiento de 
planos. 
 
El hecho de que los granos recristalizados en la zona de soldadura por fricción-agitación 
en aleaciones de aluminio sean significativamente más pequeños que los granos pre-
existentes en la aleación base, sugiere fuertemente que la configuración de 
 
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Recristalización Dinámica Continua (CDRX) es el mecanismo operativo para la 
recristalización durante la soldadura por fricción-agitación en las aleaciones de aluminio. 
 
Finalmente, el metal es sometido a un proceso termo-mecánico en el cual la temperatura, 
esfuerzo y velocidad de deformación no son bien comprendidos. 
 
2.2.6 Propiedades Mecánicas 
Las propiedades mecánicas determinan la capacidad que tienen los materiales para 
resistir el efecto de las cargas o fuerzas a las que son sometidos cuando prestan un 
servicio, por lo que es necesario conocer las características del material, y diseñar la 
pieza a modo que, cualquier deformación resultante no sea excesiva, para así evitar una 
rotura. 
 
Dichas propiedades dependen de la composición química del material, de su estructura, 
del método de conformado y otros factores diversos, como la temperatura o el tipo de 
carga que se aplique. 
 
Los metales pueden estar sometidos a tres diferentes tipos de cargas: estáticas, 
dinámicas y cíclicas o alternantes. 
 Carga Estática: Una carga es estática cuando es invariable o cuando su 
magnitud crece de forma lenta, por ejemplo, el peso de un camión sobre un 
puente. 
 Carga Dinámica: Una carga es dinámica cuando actúa de forma instantánea o 
cuando su magnitud aumenta de forma rápida, por ejemplo, impactos o golpes. 
 Carga Cíclica/Alternante: Una carga es cíclica cuando cambia de magnitud o 
dirección, o cambia ambas pero de manera cíclica o alternada, por ejemplo, las 
cargas presentes en una biela/cigüeñal. 
 
Los esfuerzos a los que se ve sometido un material pueden ser de diferentes tipos como: 
tracción, compresión, cortante, flexión y torsión (Figura 16 yFigura 17). 
 
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Figura 16. Representación esquemática de a) cómo una carga de tracción produce un 
alargamiento y una deformación lineal positiva; b) de cómo una carga de compresión 
produce una contracción y una deformación lineal negativa. [29] 
 
Normalmente es habitual clasificar las propiedades mecánicas de los metales en dos 
grandes grupos: 
 
1) Relacionados con la Resistencia: en este grupo se mide la aptitud del 
material para resistir cargas estáticas, y entre sus propiedades se distinguen: 
 
 Resistencia: es la aptitud de un material para resistir las fuerzas que 
tienden a su rotura o a causar deformaciones permanentes. 
Por ejemplo, en el acero esta resistencia es alta, mientras que enla 
mayoría de los plásticos es muy baja. 
 
Cabe decir, que el comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la 
fuerza aplicada y la respuesta del material, es decir, su deformación. 
 
 Dureza: es la resistencia que oponen los metales a ser penetrados 
superficialmente. 
Por ejemplo, el diamante es un material sumamente duro, mientras que 
la tiza o el talco resultan ser materiales blandos. 
 
 
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2) Relacionados con la Deformabilidad: en este grupo por un lado se mide en 
gran medida la capacidad que tienen para soportar cargas dinámicas sin 
romperse, y por el otro miden su capacidad para aceptar dichas cargas pero sin 
agrietarse o fracturarse, es decir, la profunda deformación plástica que se 
requiere en ciertos procesos de conformación. 
 
Entre éstos, se distinguen: 
 Elasticidad: es la capacidad de los metales para recuperar su forma y 
tamaño original después de que se retiran las fuerzas que provocaban la 
deformación. 
 
 Ductilidad: mide el grado de deformación que puede soportar un 
material de los metales para ser deformados sin romperse. 
 
 Tenacidad: es la capacidad que tienen los materiales para resistir los 
golpes. 
 
 
Figura 17. Representación esquemática de c) Deformación de cizalladura, γ, donde: γ=tan 
θ; d) Deformación torsional (es decir, ángulo de giro Φ), producido por un par aplicado T. 
[29] 
 
 
 
 
 
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A grandes rasgos, puede afirmarse que los tratamientos destinados a mejorar la 
resistencia de un material reducen la deformabilidad del mismo, por lo que las 
propiedades incluidas en los dos grupos antes mencionados pueden variar en sentidos 
contrarios. 
 
Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando “Ensayos 
mecánicos”, éstos reproducen las condiciones de servicio hasta donde es posible, y los 
factores que se consideran son: las condiciones del medio, la naturaleza de la carga 
aplicada y su duración. 
 
La carga puede ser de tensión, compresión o de cizalladura, y su magnitud puede ser 
constante con el tiempo o con fluctuaciones continuas. El tiempo de aplicación puede ser 
por una fracción de segundo o por un periodo de años. La temperatura de servicio 
también puede ser un factor importante a tomar en cuenta. 
 
En dichos ensayos y en cualquier otro ensayo, normalmente se utilizan probetas. Una 
probeta es una muestra de dimensiones y formas normalizadas del material objeto de 
ensayo sobre la cual se realizarán los ensayos. 
 
2.2.7 Aplicaciones aeroespaciales 
En general se cree que la soldadura por fricción-agitación en materiales con puntos de 
fusión relativamente bajos, tales como las aleaciones de aluminio, ha madurado hasta el 
punto en el que se puede utilizar en aplicaciones tales como aviones comerciales y 
militares. 
 
La creciente lista de usuarios de este tipo de soldadura incluye a Boeing, Airbus, Eclipse, 
BEA, Lockheed Martin, NASA, Marina de los EE.UU, Mitsubishi, Kawasaki, Fokker, así 
como otras empresas industriales en los EE.UU, Europa y Japón [5]. 
 
En la actualidad, la industria aeroespacial se basa en prototipos de soldadura y 
producción de partes mediante la soldadura por fricción-agitación. 
 
 
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Existen oportunidades para soldar las pieles a las vigas principales, costillas, y largueros 
para su uso en aviones civiles y militares. Esto ofrece ventajas significativas en 
comparación con el remachado y mecanizado de sólidos, tales como la reducción en los 
costos de fabricación y ahorro en peso. 
 
Cabe mencionar que soldaduras longitudinales a tope en tanques de combustible con 
aleaciones de Al para vehículos aeroespaciales han sido soldados por fricción-agitación, y 
utilizados con éxito; el proceso podría ser utilizado también para incrementar el tamaño de 
las hojas disponibles comercialmente, soldándolas antes del conformado. 
 
El proceso de soldadura por fricción agitación, puede ser considerado para: 
 Alas, fuselajes, empenajes. 
 Tanques de combustibles criogénicos para vehículos espaciales. 
 Tanques de combustibles de aviación. 
 Cohetes científicos y militares 
 Reparación de fallas en soldaduras MIG 
 Tanques externos desechables para aviones militares. 
 
Boeing ha aplicado la soldadura por fricción-agitación a los cohetes Delta II, y el primero 
de éstos fue lanzado exitosamente en Agosto de 1999. La nave espacial Mars-Odyssey 
despegó en un cohete Delta II en 2001 (Figura 18), lo que demostró la dureza y calidad de 
las uniones longitudinales soldadas por fricción-agitación en los 3 componentes cilíndricos 
del tanque [30]. 
 
La tecnología de la FSW para los tanques del Cohete Delta incrementó la resistencia en la 
soldadura de 30% a 50%, y alcanzó un 60% de ahorro en costos, mientras que el tiempo 
de manufactura se redujo de 23 días a 6 días [30]. 
 
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Figura 18. Lanzamiento del Cohete Delta II de Boeing, en Agosto de 1999, contenía 
uniones hechas con soldadura por fricción-agitación. [30] 
 
Cuatro máquinas de soldadura por fricción-agitación han sido instaladas en las 
instalaciones de Lockheed Martin en Nueva Orleans para tanques de combustible 
externos de transbordadores espaciales de la NASA (Figura 19). El tanque externo tiene 
medidas de 47m por 8.4m de diámetro, y es la columna vertebral estructural del 
transbordador, la cual absorbe la mayor parte de los 6,000,000 lb. de empuje presentes 
en el lanzamiento [30]. 
 
Entre los beneficios de la soldadura por fricción-agitación ha sido reportado un incremento 
de hasta 22% en el esfuerzo máximo de tensión, una disminución significativa en la 
variabilidad de la soldadura y una reducción en el tiempo de producción del barril de 
47hrs. a 19hrs. [30]. 
 
 
Figura 19. Máquina de soldadura por fricción-agitación para el soldado de tanques de 
combustible de transbordadores espaciales. [31] 
 
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El proceso de soldadura por fricción-agitación ofrece un enorme potencial para el bajo 
costo en la unión de estructuras de fuselajes de aluminio de bajo peso para grandes 
aviones civiles tal como el Airbus A380. 
 
Investigadores de Airbus en Alemania [30], ven un gran potencial para la unión de 
aleaciones de aluminio mediante la soldadura por fricción-agitación para las conexiones 
piel a piel en el fuselaje. Ellos presentaron datos que demuestran que las propiedades 
mecánicas y tecnológicas de estas soldaduras alcanzan las propiedades del material 
base. Esto podría llevar a la reducción de costos y pesos a través de la mejora en la 
calidad de la unión y la posibilidad de un nuevo diseño. 
 
Boeing ha demostrado una soldadura por fricción-agitación curvilínea en una compleja 
puerta del tren de aterrizaje de una aeronave. También han demostrado con éxito este 
tipo de soldadura en uniones en forma de sándwich, soldando uniones delgadas en forma 
de T para aviones de combate con carenado, los cuales han sido probados en vuelo [32]. 
 
La empresa Eclipse Aviation (actualmente Eclipse Aerospace) de Alburquerque, Nuevo 
México, usó este tipo de soldadura para reemplazar los procesos de remachado y unión 
tradicionales [33]. Esta probablemente fue la primera aplicación de este tipo de soldadura 
en aplicaciones de aviación de alto volumen, con el potencial de disminuir drásticamente 
los tiempos y costos de ensamblado. 
 
La empresa Eclipse Aviation (actualmente Eclipse Aerospace) anunció en Junio de 2002 
[30], que la FAA (Administración Federal de Aviación de EE.UU.) había aprobado las 
especificaciones de la soldadura por fricción-agitación creadas para su uso en el 
ensamblaje del Jet Eclipse 500 (Figura 20). La aprobación de la FAA sobre las 
especificaciones de este proceso, en conjunto con el recibo del certificado tipo, permitió a 
Eclipse Aviation, construir la producción de aeronaves utilizando la soldadura por fricción-
agitación. 
 
 
 
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Figura