ESAB Knowledge center.

Co je to svařování hliníku třením

Otázka – Slyšel jsem o svařovacím procesu zvaném svařování třením. Je to prý poměrně nový proces, který je vhodný zejména pro svařování hliníku. Můžete mi poskytnout nějaké informace o tomto procesu a typech aplikací, pro které se používá?

A – Proces svařování třecím mísením (FSW), který byl vynalezen v roce 1991, byl vyvinut a patentován v The Welding Institute (TWI) v Cambridge ve Velké Británii. První účelové a komerčně dostupné stroje pro svařování třecím mísením vyrobila společnost ESAB Welding and Cutting Products ve svém závodě na výrobu zařízení ve švédské Laxe. Vývoj tohoto procesu znamenal významnou změnu oproti běžným procesům svařování rotačním pohybem a lineárním vratným svařováním. Poskytl velkou flexibilitu v rámci skupiny procesů třecího svařování.

Konvenční proces rotačního třecího svařování vyžaduje, aby se alespoň jedna ze spojovaných součástí otáčela, a má praktické omezení spočívající ve spojování součástí pravidelného tvaru, nejlépe kruhového průřezu a omezené délky. Dobrým příkladem jsou krátké trubky nebo kruhové tyče stejného průměru.

Lineární vratný proces rovněž vyžaduje pohyb spojovaných součástí. Tento proces využívá přímočarý pohyb tam a zpět mezi oběma díly, který vytváří tření. Pravidelnost spojovaných dílů není u tohoto procesu tak nutná; pohyb dílu během svařování je však nezbytný.

Zjevným omezením obou těchto procesů je omezení konstrukce spoje a geometrie součásti. Alespoň jedna ze spojovaných součástí musí mít osu symetrie a musí být schopna otáčení nebo pohybu kolem této osy.

Svařování třecím mísením (FSW) je schopno vyrábět tupé nebo kolmé spoje v širokém rozsahu tloušťky materiálů a délek. Při FSW se teplo vytváří třením nekonzumovatelného nástroje o substrát určený ke spojení a deformací vzniklou průchodem nástroje spojovaným materiálem. Rotující nástroj vytváří objemový ohřev, takže při postupu nástroje vzniká souvislý spoj. FSW, stejně jako ostatní typy třecích svarů, má z velké části pevnolátkovou povahu. V důsledku toho nejsou třecí svary náchylné k vadám souvisejícím s tuhnutím, které mohou bránit jiným procesům tavného svařování. Proces FSW je znázorněn na obr. 1. Díly určené ke spojení jsou obvykle uspořádány na tupo. Rotující nástroj se pak dostane do kontaktu s obrobky. Nástroj má dvě základní součásti: sondu, která vyčnívá ze spodní plochy nástroje, a rameno, které má poměrně velký průměr. Délka sondy je obvykle navržena tak, aby přesně odpovídala tloušťce obrobků. Svařování se zahajuje tak, že se rotující sonda nejprve ponoří do obrobků, dokud není rameno v těsném kontaktu s horním povrchem součásti. Při tření rotujícího ramene o horní povrch působící silou vzniká třecí teplo. Jakmile se vytvoří dostatečné teplo a je odváděno do obrobku, je rotující nástroj poháněn vpřed. Materiál změkne působením ohřevu ramene a je přenášen sondou přes linii spoje, což usnadňuje jeho spojení.

Jedním z omezení procesu FSW je mechanická stabilita nástroje při provozní teplotě. Během FSW je nástroj zodpovědný nejen za ohřev materiálu substrátu na kovací teplotu, ale také za zajištění mechanického působení kování. Materiál nástroje proto musí být schopen vydržet vysoké kovací zatížení a teploty v kontaktu s deformujícím se materiálem substrátu bez nadměrného opotřebení nebo deformace. V důsledku toho se většina aplikací FSW týkala materiálů s nízkou kovací teplotou. Z těchto materiálů byl nejdůležitější třídou hliník. Třecím mícháním byla úspěšně svařena řada prakticky všech tříd hliníkových slitin. Patří mezi ně slitiny 1xxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx a 7xxx, jakož i novější slitiny Al-Li. Každý systém slitin je metalurgicky odlišný. Kromě toho mohou mít různé slitiny v rámci dané třídy různé kovací vlastnosti. V důsledku toho se může zpracování jednotlivých slitin lišit. Vysoce celistvých spojů však lze dosáhnout ve všech třídách.

Některé aplikace:

Vzhledem k potenciálním výhodám oproti obloukovému svařování v některých aplikacích spojených s těmito procesy se FSW těší zájmu mnoha oblastí průmyslu pracujících s hliníkem. Mezi výhody patří možnost vyrábět dlouhé délky svarů v hliníku bez jakéhokoli tavení základního materiálu. To poskytuje důležité metalurgické výhody ve srovnání s konvenčním obloukovým svařováním. Při FSW nedochází k roztavení základního materiálu, což eliminuje možnost vzniku trhlin při tuhnutí, které jsou často problémem při obloukovém svařování některých hliníkových slitin. Mezi další výhody může patřit: nízká deformace spojená s nižším zahříváním během svařování; eliminace problémů s pórovitostí, které jsou při obloukovém svařování hliníku náročné; minimální příprava hran, protože tupé spoje se obvykle provádějí s přípravou čtvercového řezu; a absence svařovacích přídavných materiálů, jako je ochranný plyn nebo přídavný materiál.

Proces svařování třecím mísením se používá a/nebo vyhodnocuje pro použití v leteckém a kosmickém průmyslu, při výrobě vojenských vozidel, letadel, automobilů, lodí, železničních kolejových vozidel a pravděpodobně i v dalších odvětvích.

.