Existuje široká škála metod svařování. Mezi nimi je tak exotický proces, jako je třecí svařování za míchání. Jeho charakteristickým znakem je absence spotřebního materiálu, jako jsou elektrody, svařovací drát, ochranné plyny. Nově vyvinutá metoda získává široké přijetí.
Historie vzhledu
Historie frikčního svařování promícháním (FSW) začala v roce 1991. Jednalo se o inovativní vývoj British Welding Institute (TWI). O několik let později byla tato technologie použita při konstrukci letadel a lodí.
První společnosti, které zavedly novou technologii do výroby, byly Norwegian Marine Aluminium a americký Boeing. Ve svých podnicích použili svářecí zařízení od koncernu ESAB, který se specializuje na vývoj v oblasti rotačního třecího svařování (PCT).
Od roku 2003 společnost nepřetržitě zkoumá možnosti třecího svařování promícháváním. Například tam bylybyly vyvinuty metody pro svařování hliníkových slitin a jejich modifikací, které se používají při stavbě letadel, lodí a železničních kontejnerů.
V leteckém průmyslu bylo zjištěno, že je možné nahradit nýtované spoje svařovanými. Navíc rychlost svařování metodou FSW výrazně převyšuje rychlost elektrického oblouku. 6 m dlouhý svar lze vytvořit za jednu minutu, zatímco konvenční rychlost svařování je pouze 0,8-2 m/min pro tloušťku součásti 0,5 cm.
Podstata procesu
Ke spojování kovů dochází v důsledku zahřívání v zóně svařování metodou tření. Hlavním svařovacím nástrojem třecího svařování je kovová tyč skládající se ze dvou polovin: límce a ramene.
Svou vyčnívající částí je rotující tyč ponořena do materiálu, což způsobuje silné zahřívání. Jeho zásoba je omezena osazením, které neumožňuje průchod svařovaného obrobku. V ohřívací zóně materiál výrazně zvyšuje svou plasticitu a stlačený ramenem tvoří jednu hmotu.
Dalším krokem je pohyb tyče podél svařované zóny. Při pohybu vpřed rameno promíchává zahřátou kovovou hmotu, která po ochlazení vytvoří pevné spojení.
Co ovlivňuje kvalitu STP
Třecí svařování míchadlem je neustále se vyvíjející proces. Ale již nyní existuje několik parametrů, které ovlivňují kvalitu připojení:
- Síla generovaná nástrojem.
- Rychlost posuvusvářecí hlava.
- Hodnota ramene.
- Obvodová rychlost otáčení tyče.
- Úhel naklonění.
- Síla podávání prutu.
Manipulace s charakteristikami svařování umožňuje dosáhnout spojení rozdílných kovů. Například hliník a lithium. Lithium může díky své nízké hustotě a vysoké pevnosti působit jako legující složka dílů z hliníkové slitiny, což umožňuje použití této technologie v leteckém průmyslu.
Třecí svařování míchadlem může snadno nahradit kování, lisování, odlévání, když se používají k výrobě dílů z obtížně spárovatelných kovů. Například oceli s austenitovou a perlitovou strukturou, oceli vyrobené z hliníku nebo bronzu.
V jakých oblastech se používá
Odvětví, jako je automobilový průmysl, neustále pracují na tom, jak zvýšit pevnostní vlastnosti produktu a zároveň snížit jeho hmotnost. V tomto ohledu dochází k neustálému zavádění nových materiálů, které byly dříve necharakteristické složitostí zpracování. Konstrukční prvky, jako jsou pomocné rámy a někdy i celé karoserie, jsou stále častěji vyráběny z hliníku nebo kombinace hliníku.
V roce 2012 tedy Honda použila aditivní výrobu a třecí svařování promícháváním při výrobě pomocných rámů pro svá vozidla. Představili kombinaci oceli a hliníku.
Při výrobě svařenců karoserie z hliníku může dojít k propálení plechů. Tento nedostatek je zbaven STP. kromě tohospotřeba elektřiny se sníží 1,5-2krát, sníží se náklady na spotřební materiál, jako je svařovací drát, ochranné plyny.
Kromě výroby automobilů se STP používá v následujících oblastech:
- Stavebnictví: hliníkové nosné vazníky, mostní pole.
- Železniční doprava: rámy, kolové podvozky, vagóny.
- Stavba lodí: přepážky, konstrukční prvky.
- Letadlo: palivové nádrže, části trupu.
- Potravinářský průmysl: různé nádoby na tekuté produkty (mléko, pivo).
- Elektrická výroba: kryty motorů, parabolické antény.
Kromě slitin hliníku se k získávání sloučenin mědi používá třecí svařování promícháváním, například při výrobě měděných nádob na likvidaci vyhořelého radioaktivního paliva.
Výhody STP
Studium FSW umožnilo vybrat režimy svařování při spojování různých skupin slitin. Navzdory tomu, že zpočátku byl FSW vyvinut pro práci s kovy s nízkým bodem tání, jako je hliník (660 °C), později se začal používat pro spojování niklu (1455 °C), titanu (1670 °C), železa (1538 °C).
Výzkum ukazuje, že takto získaný svar svou strukturou plně odpovídá kovu svařovaných dílů a má vyšší pevnostní ukazatele, nižší mzdové náklady a nízkou zbytkovou deformaci.
Správnězvolený režim svařování zaručuje shodu svařovaného materiálu a svařovaného kovu podle následujících ukazatelů:
- únavová síla:
- pevnost v ohybu a v tahu;
- houževnatost.
Výhody oproti jiným typům svařování
STP má mnoho výhod. Mezi nimi:
- Netoxický. Na rozdíl od jiných druhů nedochází k hoření elektrického oblouku, díky kterému se roztavený kov odpařuje ve svařovací zóně.
- Zvýšená rychlost tvorby švu, což má za následek rychlejší časy cyklu.
- Snížení nákladů na energii o polovinu.
- Svar není potřeba dále opracovávat. Nástroj Friction Stir Tool vytváří dokonalý svar bez nutnosti odizolování.
- Není potřeba dalšího spotřebního materiálu (svařovací drát, průmyslové plyny, tavidla).
- Schopnost získat kovové spoje, které nejsou dostupné pro jiné typy svařování.
- S výjimkou čištění a odmaštění není nutná žádná speciální příprava svarových hran.
- Získání homogenní struktury svaru bez pórů, což má za následek snazší kontrolu kvality, která je regulována pro třecí svarové svařování GOST R ISO 857-1-2009.
Jak se kontroluje kvalita svaru
Kvalita svařování je kontrolována dvěma typy kontroly. První zahrnuje zničení prototypu vyplývající zspojení dvou částí. Druhý umožňuje ověření bez zničení. Používají se metody jako optická kontrola, audiometrické vyšetření. Pomáhá určit přítomnost pórů a nehomogenních inkluzí, které zhoršují vlastnosti švu. Výsledky kontroly zvuku jsou diagramem, který jasně ukazuje místa, kde se akustická ozvěna odchyluje od normy.
Nevýhody metody
S četnými výhodami má metoda třecího svařování doprovodné nevýhody:
- Nedostatek mobility. STP zahrnuje spojení pevných částí, pevně upevněných v prostoru. To uvaluje určité vlastnosti na zařízení pro svařování třením promícháním, jako je například nehybnost.
- Nízká všestrannost. Objemné zařízení je nakonfigurováno tak, aby provádělo stejný typ operací. V tomto ohledu jsou zařízení pro svařování navržena pro specifické úkoly. Například pro svařování bočních stěn automobilů na dopravníku a pro nic jiného.
- Svar má radiální strukturu. V tomto ohledu může při určitých typech deformace nebo při provozu součásti v agresivním prostředí akumulovat únavu svaru.
Odrůdy STP podle principu akce
Svařovací procesy založené na tření lze rozdělit do několika typů:
- Lineární tření. Podstatou metody je získat trvalé spojení nikoli v důsledku působení rotujícího hrotu, ale v důsledku vzájemného pohybu částí. Působí na povrch v místě kontaktu, vytvářejítření a následně vysoké teploty. Pod tlakem se přilehlé části roztaví a vytvoří se svar.
- Radiální svařování. Tato metoda se používá pro výrobu velkoprůměrových kontejnerů, železničních cisteren. To se scvrkává na skutečnost, že spoje dílů jsou vyhřívány otočným prstencem navlečeným na vnější straně. Třením způsobuje teplotu blízkou bodu tání. Příkladem podniku využívajícího tuto technologii je společnost Sespel, výrobce tankových aut Cheboksary. Třecí svařování s mícháním zabírá většinu svařovacích prací.
- Svařování čepů. Tato odrůda nahrazuje nýtové spojení. Tento typ se používá pro překrývající se spojení. Otočný čep v místě kontaktu ohřívá svařované díly. Z vysoké teploty dochází k roztavení a kolík proniká dovnitř. Po vychladnutí vytvoří pevné trvalé spojení.
Odrůdy STP podle úrovně obtížnosti
Svařovací operace prováděné pomocí tření lze rozdělit na rovinné a objemové. Hlavní rozdíl mezi těmito odrůdami je v tom, že v prvním případě je svar vytvořen ve dvourozměrném prostoru a ve druhém - v trojrozměrném prostoru.
Pro rovinné spoje tedy výrobce svařovacích zařízení ESAB vyvinul 2D stroj LEGIO. Jedná se o přizpůsobitelný systém svařování třením pro různé neželezné kovy. Různé velikostní skupinyzařízení umožňuje svařovat díly malých i velkých rozměrů. Zařízení LEGIO má podle označení několik uspořádání, která se liší počtem svařovacích hlav, schopností svařovat v několika axiálních směrech.
Existují 3D roboty pro svářečské práce se složitými pozicemi v prostoru. Taková zařízení jsou instalována na automobilových dopravnících, kde jsou vyžadovány svary složité konfigurace. Jedním z příkladů takových robotů je Rosio společnosti ESAB.
Závěr
STP je v porovnání s tradičními typy svařování příznivý. Jeho široké použití slibuje nejen ekonomické výhody, ale také zachování zdraví lidí zaměstnaných ve výrobě.
