ESAB tudásközpont.

Mi az alumínium súrlódásos hegesztése?

K – Hallottam egy hegesztési eljárásról, amelyet súrlódásos hegesztésnek neveznek. Állítólag eléggé új, és különösen jó eljárás alumínium hegesztésére. Tudna nekem néhány információt adni erről az eljárásról, és arról, hogy milyen típusú alkalmazásokban használják?

A – Az 1991-ben feltalált súrlódásos hegesztési eljárást (FSW) az Egyesült Királyságban, Cambridge-ben található The Welding Institute (TWI) fejlesztette ki és szabadalmaztatta. Az első célzottan gyártott és kereskedelmi forgalomban kapható súrlódásos keverőhegesztő gépeket az ESAB Welding and Cutting Products gyártotta a svédországi Laxában található berendezésgyártó üzemében. Ennek az eljárásnak a kifejlesztése jelentős változást jelentett a hagyományos forgó mozgású és lineárisan oda-vissza mozgó súrlódásos hegesztési eljárásokhoz képest. Nagyfokú rugalmasságot biztosított a súrlódásos hegesztési eljáráscsoporton belül.

A hagyományos forgó súrlódásos hegesztési eljárás megköveteli, hogy az összekötendő alkatrészek közül legalább az egyiket forgassák, és gyakorlati korlátja, hogy szabályos alakú, lehetőleg kör keresztmetszetű és korlátozott hosszúságú alkatrészeket kössön össze. Jó példa erre az azonos átmérőjű rövid csövek vagy kerek rudak.

A lineárisan oda-vissza mozgó eljárás szintén az összeillesztendő alkatrészek mozgatását igényli. Ez az eljárás a két alkatrész közötti egyenes vonalú oda-vissza mozgást használja a súrlódás létrehozására. Ennél az eljárásnál az illesztendő alkatrészek szabályossága nem annyira szükséges, azonban az alkatrész mozgása a hegesztés során elengedhetetlen.

Mindkét eljárás nyilvánvaló korlátja a kötés kialakítása és az alkatrészgeometria korlátozása. Az összeillesztendő alkatrészek közül legalább az egyiknek szimmetriatengellyel kell rendelkeznie, és e tengely körül forgathatónak vagy mozgathatónak kell lennie.

A súrlódásos keverőhegesztés (FSW) képes akár tompa, akár öltéses kötések gyártására, az anyagvastagságok és hosszok széles skáláján. Az FSW során hő keletkezik egy nem fogyasztható szerszámnak az illesztésre szánt szubsztráton való dörzsölésével és a szerszámnak az illesztendő anyagon való áthaladása során keletkező deformációval. A forgó szerszám térfogati fűtést hoz létre, így a szerszám előrehaladásával folyamatos kötés jön létre. Az FSW, a súrlódásos hegesztések más típusaihoz hasonlóan, nagyrészt szilárd halmazállapotú. Ennek eredményeként a súrlódásos hegesztések nem hajlamosak a megszilárdulással kapcsolatos hibákra, amelyek más fúziós hegesztési eljárásokat akadályozhatnak. Az FSW-eljárás az 1. ábrán látható. Az illesztésre szánt alkatrészek általában tompa konfigurációban helyezkednek el. Ezután a forgó szerszámot érintkezésbe hozzák a munkadarabokkal. A szerszámnak két alapvető eleme van: a szonda, amely a szerszám alsó felületéből áll ki, és a váll, amely viszonylag nagy átmérőjű. A szonda hosszát általában úgy tervezik, hogy szorosan illeszkedjen a munkadarabok vastagságához. A hegesztés úgy kezdődik, hogy először a forgó szondát belemártják a munkadarabokba, amíg a váll szorosan érintkezik az alkatrész felső felületével. Súrlódási hő keletkezik, amikor a forgó váll a felső felületen súrlódik az alkalmazott erő hatására. Amint elegendő hő keletkezik és bekerül a munkadarabba, a forgó szerszámot előre hajtják. Az anyag a váll melegítő hatására megpuhul, és a szonda a kötésvonalon keresztül szállítja, megkönnyítve az illesztést.

Az FSW eljárás egyik korlátja a szerszám mechanikai stabilitása üzemi hőmérsékleten. Az FSW során a szerszám nemcsak a hordozóanyag kovácsolási hőmérsékletre történő felmelegítéséért felelős, hanem a kovácsolás mechanikai hatását is biztosítja. Ezért a szerszám anyagának képesnek kell lennie arra, hogy a deformálódó hordozóanyaggal érintkezve magas kovácsolási terhelést és hőmérsékletet bírjon el túlzott kopás vagy deformáció nélkül. Ennek eredményeképpen az FSW-alkalmazások nagy része alacsony kovácsolási hőmérsékletű anyagokat tartalmaz. Ezek közül a legfontosabb anyagosztály az alumínium volt. Gyakorlatilag az alumíniumötvözetek valamennyi osztályát sikeresen hegesztették súrlódásos keveréssel. Ezek közé tartoznak az 1xxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx és 7xxx ötvözetek, valamint az újabb Al-Li ötvözetek. Minden ötvözetrendszer metallurgiailag különbözik egymástól. Továbbá az adott osztályon belül a különböző ötvözetek eltérő kovácsolási jellemzőkkel rendelkezhetnek. Ennek eredményeképpen az egyes ötvözetek feldolgozása eltérő lehet. Azonban minden osztályban nagy integráltságú kötések készíthetők.

Egyes alkalmazások:

Az eljárásokkal kapcsolatos egyes alkalmazásokban az ívhegesztéssel szembeni potenciális előnyök miatt az FSW az alumíniummal dolgozó ipar számos területén érdeklődésre tart számot. Az előnyök közé tartozik, hogy nagy hosszúságú hegesztési varratokat lehet készíteni alumíniumban az alapanyag megolvasztása nélkül. Ez fontos metallurgiai előnyöket biztosít a hagyományos ívhegesztéshez képest. Az alapanyag olvadása nem következik be az FSW-nél, és ez kiküszöböli a megszilárdulási repedések lehetőségét, ami gyakran problémát jelent egyes alumíniumötvözetek ívhegesztésekor. További előnyök lehetnek: a hegesztési folyamat során a kisebb hevítéssel járó alacsony torzulás; az alumínium ívhegesztésénél kihívást jelentő porozitási problémák kiküszöbölése; minimális élelőkészítés, mivel a tompa kötéseket jellemzően négyszögletes előkészítéssel végzik; és a hegesztési fogyóanyagok, mint például a védőgáz vagy a töltőanyag hiánya.

A súrlódásos keverési hegesztési eljárást a repülőgépiparban, a katonai járműiparban, a repülőgépiparban, az autóiparban, a hajóépítésben, a vasúti járműiparban és valószínűleg más iparágakban is alkalmazzák és/vagy értékelik.