Centrul de cunoștințe ESAB.

Ce este sudarea prin frecare-agitare a aluminiului?

Î – Am auzit de un procedeu de sudare numit Friction Stir Welding. Aparent, este destul de nou și este un procedeu deosebit de bun pentru sudarea aluminiului. Puteți să-mi oferiți câteva informații despre acest procedeu și despre tipurile de aplicații pentru care este utilizat?

R – Inventat în 1991, procedeul de sudare prin frecare-agitare (FSW) a fost dezvoltat la Institutul de Sudură (TWI) din Cambridge, Regatul Unit, și este brevetat de acesta. Primele mașini de sudare prin frecare-agitare construite special și disponibile în comerț au fost produse de ESAB Welding and Cutting Products la fabrica lor de producție de echipamente din Laxa, Suedia. Dezvoltarea acestui procedeu a reprezentat o schimbare semnificativă față de procedeele convenționale de sudare prin frecare cu mișcare rotativă și cu mișcare alternativă liniară. Acesta a oferit o mare flexibilitate în cadrul grupului de procese de sudare prin frecare.

Procesul convențional de sudare prin frecare cu mișcare rotativă necesită ca cel puțin una dintre piesele care se îmbină să fie rotită și are limitarea practică de a îmbina componente de formă regulată, de preferință circulară în secțiune transversală și limitată în lungime. Tuburile scurte sau barele rotunde de același diametru sunt un bun exemplu.

Procesul liniar alternativ necesită, de asemenea, mișcarea pieselor care se unesc. Acest procedeu utilizează o mișcare rectilinie înainte și înapoi între cele două piese pentru a genera frecarea. Regularitatea pieselor care se îmbină nu este la fel de necesară cu acest procedeu; totuși, mișcarea piesei în timpul sudării este esențială.

Limitarea evidentă a acestor două procedee este restricția privind proiectarea îmbinării și geometria componentelor. Cel puțin una dintre piesele care se îmbină trebuie să aibă o axă de simetrie și să poată fi rotită sau mișcată în jurul acelei axe.

Sudarea prin frecare-agitare (FSW) este capabilă să fabrice îmbinări cap la cap sau de reazem, într-o gamă largă de grosimi și lungimi de materiale. În timpul FSW, căldura este generată prin frecarea unei scule neconsumabile pe substratul destinat îmbinării și prin deformarea produsă de trecerea unei scule prin materialul care se îmbină. Unealta rotativă creează o încălzire volumetrică, astfel încât, pe măsură ce se avansează cu unealta, se creează o îmbinare continuă. FSW, ca și alte tipuri de suduri prin frecare, este în mare parte de natură solidă. Prin urmare, sudurile prin frecare-agitare nu sunt susceptibile la defecte legate de solidificare care pot împiedica alte procese de sudare prin fuziune. Procesul FSW este ilustrat în figura 1. Piesele destinate îmbinării sunt, de obicei, dispuse într-o configurație cap la cap. Unealta rotativă este apoi adusă în contact cu piesele de lucru. Unealta are două componente de bază: sonda, care iese din suprafața inferioară a sculei, și umărul, care are un diametru relativ mare. Lungimea sondei este de obicei concepută pentru a se potrivi îndeaproape cu grosimea pieselor de prelucrat. Sudarea este inițiată mai întâi prin scufundarea sondei rotative în piesele de lucru până când umărul este în contact strâns cu suprafața superioară a componentei. Căldura de frecare este generată pe măsură ce umărul rotativ se freacă de suprafața superioară sub acțiunea unei forțe aplicate. Odată ce este generată suficientă căldură și condusă în piesa de prelucrat, unealta rotativă este propulsată înainte. Materialul este înmuiat de acțiunea de încălzire a umărului și este transportat de sondă de-a lungul liniei de lipire, facilitând îmbinarea.

O limitare a procesului FSW este stabilitatea mecanică a sculei la temperatura de funcționare. În timpul FSW, scula este responsabilă nu numai de încălzirea materialului substratului la temperaturi de forjare, ci și de asigurarea acțiunii mecanice de forjare. Prin urmare, materialul sculei trebuie să fie capabil să suporte sarcini și temperaturi ridicate de forjare în contact cu materialul deformant al substratului fără uzură sau deformare excesivă. Prin urmare, cea mai mare parte a aplicațiilor FSW au implicat materiale cu temperaturi de forjare scăzute. Dintre acestea, cea mai importantă clasă de materiale a fost cea a aluminiului. O gamă de aproape toate clasele de aliaje de aluminiu au fost sudate cu succes prin frecare-agitare. Acestea includ aliajele 1xxx, 2xx, 3xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx și 7xxx, precum și cele mai noi aliaje Al-Li. Fiecare sistem de aliaje este distinct din punct de vedere metalurgic. În plus, diferite aliaje din cadrul clasei date pot avea caracteristici de forjare diferite. Ca urmare, prelucrarea pentru fiecare aliaj poate varia. Cu toate acestea, se pot obține îmbinări de înaltă integritate în toate clasele.

Câteva aplicații:

Datorită potențialului de avantaje față de sudarea cu arc în unele aplicații asociate cu acest procedeu, FSW a primit interes din partea multor domenii industriale care lucrează cu aluminiu. Printre avantaje se numără capacitatea de a produce suduri de lungime mare în aluminiu fără topirea materialului de bază. Acest lucru oferă avantaje metalurgice importante în comparație cu sudarea cu arc convențională. În cazul FSW nu are loc topirea materialului de bază, ceea ce elimină posibilitatea apariției fisurilor de solidificare, care reprezintă adesea o problemă la sudarea cu arc a unor aliaje de aluminiu. Alte avantaje pot include: distorsiuni reduse asociate cu o încălzire mai mică în timpul procesului de sudare; eliminarea problemelor de porozitate care reprezintă o provocare la sudarea cu arc electric a aluminiului; pregătirea minimă a marginilor, deoarece îmbinările cap la cap se realizează, de obicei, cu o pregătire cu cap pătrat; și absența consumabilelor de sudare, cum ar fi gazul de protecție sau materialul de adaos.

Procesul de sudare prin frecare-agitare este utilizat și/sau evaluat pentru utilizare în industria aerospațială, a vehiculelor militare, a aeronavelor, a automobilelor, a construcțiilor navale, a materialului rulant feroviar și, cel mai probabil, în alte industrii.

.