Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (ang. Friction Stir Welding, FSW) zostało wynalezione i opatentowane w 1991r. w Instytucie Spawalnictwa (The Welding Institute, TWI) w Cambridge w Wielkiej Brytanii, a następnie zostało opracowane do etapu wdrożenia do produkcji.

Elementy przeznaczone do zgrzewania musza być zaciśnie na podkładce i zabezpieczone przed pionowymi, podłużnymi i bocznymi silami, które usiłowały, podnosi je i odpycha od siebie. Podczas prac rozwojowych ustalono, że można tolerować szczelin do 10% grubości blachy, nie powodując pogorszenia jakości zgrzeiny.

Przy badaniach makroskopowych zgładów zgrzein o dobrej jakości, w stopach aluminium, widać dobrze wykształcone jądro w środku zgrzeiny, jak pokazano schematycznie na rys. 1. Na zewnątrz jądra znajduje się strefa wpływu termomechanicznego, silnie odkształcona plastycznie i wykazująca pewne obszary częściowego rozdrobnienia ziarna. Kształt jadra jest zmienny, zależnie od użytego stopu i rzeczywistych warunków procesu.

W omawianym sposobie zgrzewania wykorzystuje się nie stapiające się obrotowe narzędzie uplastyczniające, które przesuwa się wzdłuż zlicza pomiędzy dwoma elementami przeznaczonymi do zgrzewania, tworząc wysokiej jakości zgrzeiny czołowe lub zakładkowe. Zwykle narzędzie do procesu FSW posiada profilowany trzpień osadzony we wieńcu o średnicy większej niż średnica trzpienia. Przy zgrzewaniu doczołowym długość trzpienia jest w przybliżeniu równa grubości zgrzewanego elementu. Trzpień przesuwa się wzdłuż Iinii złącza, podczas gdy wieniec znajduje się w bliskim kontakcie z górną powierzchnią zgrzewanego elementu, zapobiegając usuwaniu zmiękczonego materiału. W TWI opracowano narzędzia o specjalnie wyprofilowanych trzpieniach i o zoptymalizowanej konstrukcji wieńca, które są, obecnie stosowane w przemyśle, ponieważ zapewniają, duży zakres tolerancji. Narzędzie dostosowane do technologii, zoptymalizowane parametry zgrzewania oraz wymagania dotyczące zaciskiwania zostały opracowane podczas wielu poufnych badań mających na celu spełnienie wymagań przemysłu.

Sprzęt do zgrzewania metodą, FSW wytwarzany jest z materiału odpornego na ścieranie, o dobrych właściwościach statycznych i dynamicznych w podwyższonej temperaturze. Jest on wykonany w taki sposób, że pozwala na wykonanie, bez wymiany, do 1000m zgrzeiny w wytłaczanych elementach aluminiowych o grubości 5 mm.
Efekt mieszania materiału zgrzeiny jest wyraźnie widoczny w poprzecznych zgładach do badań makroskopowych, gdy zgrzewano różne rodzaje material6w, takich jak aluminiowe elementy wytłaczane z aluminiowymi blachami do przer6bki plastycznej lub takież blachy z odlewami aluminiowymi. Struktura jądra podobna do pierścieni cebuli jest typowa dla wysokiej jakości zgrzein wykonanych metod, FSW, w których nie wykrywa się porowatości ani wewnętrznych pustych przestrzeni.

• E. Dave Nicolas i Stephan W. Kallee: 'Zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału zgrzeiny - 10 lat od wynalezienia procesu.' Seminarium: 'Nowości w technologii oraz w urządzeniach do zgrzewania metali.' Instytut Spawalnictwa w Gliwicach. 21. Styczeń 2001.
• E. Dave Nicolas and Stephan W. Kallee: 'Friction stir welding - a decade on.' IIW Asian Pacific International Congress, Sydney, 29 October to 2 November 2000. In conjunction with the 12th international Federation of Heat Treatment and Surface Engineering Congress, The New Zealand Institute of Welding 2000 Annual Conference and the WTIA 48th Annual Conference.