Sudarea prin frecare prin amestecare (FSW) este un proces de imbinare in stare solida care foloseste caldura de frecare generata de un instrument rotativ pentru a uni materialele.
Instrumentul neconsumabil, cu o sondă profilată și umăr, este rotit și cufundat în interfața dintre două piese de lucru. Apoi traversează de-a lungul liniei de îmbinare, provocând încălzirea și înmuierea materialului. Umărul acționează, de asemenea, pentru a conține acest material plastifiat, care este amestecat mecanic pentru a crea o sudură în fază solidă.
Aplicatii
Procesul este utilizat in principal in industrie pentru a uni aliaje de aluminiu de toate clasele, fie turnate, laminate sau extrudate. S-a demonstrat ca FSW sudeaza articulatii din aliaj de aluminiu cu o grosime cuprinsa intre 0,3 mm si 75 mm intr-o singura trecere, in functie de calitatea aliajului si de capacitatea masinii FSW.
Alte materiale care au fost alaturate cu FSW includ magneziu, titan, cupru, nichel si aliaje de otel, in timp ce materialele plastice si compozite cu matrice metalica (MMC) au fost, de asemenea, explorate. Acest proces s-a dovedit, de asemenea, capabil sa uneasca combinatii diferite de aceste materiale, inclusiv aluminiu-otel.
FSW a fost utilizat pentru o varietate de aplicatii in industrii, de la aerospatial la constructii navale si feroviare pana la electronice, inclusiv tavi pentru baterii EV.
Proprietati mecanice si microstructura
Proprietatile mecanice ale aliajelor de aluminiu sudate prin frecare au fost dovedite mai bune decat cele gasite in alte procese de sudare, cum ar fi sudarea cu arc.
In ceea ce priveste proprietatile mecanice ale FSW, acest proces are de obicei trei regiuni microstructurale principale; o pepita de sudura, o zona afectata termo-mecanic (TMAZ) si o zona afectata de caldura (HAZ).
In timp ce atat pepita de sudura, cat si TMAZ sunt „zone afectate termic mecanic”, acestea sunt considerate separat atunci cand vine vorba de caracteristicile microstructurale. Acest lucru se datoreaza faptului ca pepita de sudura experimenteaza recristalizarea dinamica in timp ce TMAZ nu. Cu toate acestea, compozitia exacta si intinderea compozitiei microstructurale in aceste zone depinde de material si de conditiile de prelucrare. Acestea se pot modifica, de exemplu, in functie de factori precum parametrii de sudare si proiectarea instrumentului FSW utilizat.
Care sunt avantajele?
- Sudarea prin frecare ofera o serie de avantaje fata de procesele conventionale de sudare cu arc. Acestea includ:
- Ca proces de sudare in stare solida, FSW este o metoda de imbinare fara defecte in mare parte, fara fisuri la cald, porozitate sau fisuri de solidificare
- Datorita temperaturilor mai scazute, exista o reducere a contractiei si distorsiunii materialului care se alatura
- Nu sunt necesare materiale de umplutura, flux sau gaz de protectie pentru aliajele de aluminiu
- FSW este ecologic, deoarece nu produce fum, stropi sau radiatii UV
- Foloseste tehnologia masinilor-unelte, facand procesul usor de automatizat, foarte repetabil si reducand nevoia de sudori calificati
- Poate lucra in orice pozitie
- Proprietati mecanice bune, care pentru aliajele de aluminiu sunt egale sau le depasesc pe cele obtinute prin procese concurente
- Eficient energetic
- Capabil sa se alature multor aliaje de aluminiu „nesoluibile”, precum cele din seria 2xxx si 7xxx
- Nu este necesara pregatirea speciala a muchiilor in majoritatea aplicatiilor
Care sunt dezavantajele?
In timp ce sudarea prin frecare ofera multe avantaje, exista cateva limitari asociate procesului. Acestea includ:
- Iesiti orificiul ramas dupa extragerea sculei din materialele care trebuie imbinate; cu toate acestea, acest lucru poate fi contabil in mod obisnuit in proiectarea piesei sau utilizand file run on / off
- Necesitatea fortei de coborare semnificative si a fortelor de deplasare inseamna ca prinderea pe piesele care trebuie unite este mai substantiala decat pentru sudurile cu arc
- Decalajele dintre piesele care trebuie imbinate trebuie controlate din punct de vedere al materialului de umplutura nu este utilizat in proces
Istorie
Sudarea prin frecare a fost inventata de Wayne Thomas la TWI in 1991, cu brevete depuse in Europa, SUA, Japonia si Australia. Lucrari suplimentare pentru studierea procesului au fost intreprinse la TWI in 1992 cu proiectul intitulat „Dezvoltarea noii tehnici de amestecare prin frecare pentru sudarea aluminiului.” Productia industriala folosind FSW era in desfasurare la mijlocul anilor 1990, facandu-l unul dintre cele mai scurte timp perioadele pentru orice proces de sudare sa treaca de la inventie la utilizare pe scara larga.
Expertiza noastra
TWI a continuat sa dezvolte cunostinte extinse despre procesul de sudare prin frecare prin multi ani de cercetare si dezvoltare. Acest lucru a condus la crearea unui numar de variante si procese asociate, cum ar fi Bobbin FSW, Stationary Shoulder FSW, Supported FSW si AdStir.