Заваряване чрез триене с разбъркване: евтино заваряване на стоманени листове и други материали с висока температура на топене

Дата на публикуване:

2025-06-11

Хонда разработи технология за серийни продукти, съединяваща стомана и алуминиева сплав чрез заваряване с триене и разбъркване. Японският университет Тохоку и Хитачи разработиха кобалтовосплавен разбъркващ инструмент за заваряване на стомана, титан и други метали с висока температура на топене. Заваряването чрез триене с разбъркване (FSW: заваряване чрез триене с разбъркване), дотогава ограничено в серийното производство до нискотопими метали като алуминиеви, медни и магнезиеви сплави, започва да се прилага и за по-високотопими метали като стомана*1.

*1 При стандартно атмосферно налягане алуминият се топи при 660℃, медта при 1083℃, магнезият при 651℃. За желязото температурата достига 1539℃, а за титана 1727℃.

Топлината от триенето омекотява метала до вискозно състояние

Заваряването чрез триене с разбъркване използва въртящ се цилиндричен инструмент с издаден щифт на челото. Той се притиска отгоре към зоната за заваряване на две челно допрени или припокрити плочи（основен материал）и ги съединява при въртене и натиск.

Топлината от триенето между въртящия се разбъркващ щифт и плочата размеква метала около щифта до вискозно състояние, позволявайки му да навлезе в плочата. Размекнатият метал около въртящия се щифт се смесва (протича пластично), обединявайки двете метални плочи, или на съединителната им повърхност се образуват метални връзки, които ги съединяват в едно.

Преди липсваха топлоустойчиви бъркалки

Заваряването чрез триене с разбъркване има четири предимства: (1) заварява без стопяване на основния материал (твърдофазно заваряване), с малко деформации и дефекти, което повишава качеството и намалява разходите; (2) спестява енергия спрямо заваряване чрез стопяване; (3) не изисква защитен газ; (4) нисък шум и липса на прах. То е много ефективно и за разнородни материали и привлича отраслово внимание с очаквани ползи като по-ниско тегло чрез подходящ избор на материал за всяко място*2. Както бе посочено в началото, преди серийната му употреба е била ограничена до нискотопими метали.

*2 В сравнение със заваряването в течна фаза, при което основният материал се стопява — заваряването чрез стопяване — заваряването чрез триене с разбъркване е с по-ниска температура и позволява лесен контрол на топловлагането чрез задаване на условията. Така лесно се намалява образуването на интерметални съединения — основната причина за понижена якост на заварката. Намаляването на дебелината на интерметалния слой повишава якостта на съединението. При прекомерно разбъркване и този метод образува голямо количество интерметални съединения.

Заваряването чрез триене с разбъркване преди е било ограничено до нискотопими метали поради липсата на евтини термоустойчиви инструменти, подходящи за серийно производство. За алуминиеви сплави обикновено се използват инструменти от инструментална стомана и други железни материали. При заваряване на високотопими стомани и титанови сплави тези инструменти също омекват при температурите за размекване на металите, износват се силно и стават неизползваеми. Вече са разработени инструменти от нежелезни материали като керамика и волфрам-рениеви сплави, но цената им е много висока и не е подходяща за серийно производство.

Без разбъркване се открива нова повърхност на стоманата

Разработената от Honda технология за заваряване на стомана и алуминиева сплав чрез триене с разбъркване съединява припокрити основни метали. Най-съществената особеност е разбъркването само на алуминиевата сплав, без стоманата（долната част на фигура 1）, което може да предотврати прегряването на инструмента.

Стомана и алуминиева сплав могат да се заварят без разбъркване на стоманата, защото между тях се образуват метални връзки. Технологията не разбърква стоманата, а отстранява покритието и оксидния филм от повърхността ѝ. Така се открива свежа стоманена повърхност и между нея и алуминиевата сплав, активирана чрез разбъркване, се образуват метални връзки. Тези връзки обединяват стоманата и алуминиевата сплав в едно*3.

*3 При навлизане на вода и други вещества между стомана и алуминиева сплав възниква биметална корозия（електрокорозия）; технологията я предотвратява чрез силициев филм между тях.

Хонда приложи технологията в предната подрама на новия „Акорд“ за северноамериканския пазар и постигна няколко ефекта (фиг. 2). Теглото намаля с 25％ спрямо предишната стоманена подрама, а електропотреблението при заваряване — с около 50％. Технологията бе използвана и за промяна на конструкцията на връзката между подрамата и окачването, повишавайки коравината на монтажното място с 20％ и допринасяйки за по-добри динамични характеристики на автомобила.

Разширяване на приложенията чрез нови материали

От друга страна, университетът Тохоку, Хитачи и Хитачи Метълс Пресижън Инструмънтс разработиха по-евтин термоустойчив разбъркващ инструмент и разшириха приложението на заваряването чрез триене с разбъркване (фиг. 3). Материалът е съвместно разработен от Тохоку и Хитачи; серийното производство на материала и инструмента (отливка) е успешно разработено от Хитачи и Хитачи Метълс Пресижън. Инструментът може да заварява високотопими стомана, титанови и циркониеви сплави чрез триене с разбъркване и е планиран за продажба от есента на 2013 г. Макар Хитачи Метълс Пресижън Инструмънтс да заявява „цената ще бъде обсъдена по-късно“, очаква се диапазон, подходящ за серийна употреба.

Материалът, разработен от университета Тохоку и други за инструменти за заваряване чрез триене с разбъркване, е кобалтова сплав с разпределени в нея интерметални съединения, запазващи висока якост и при високи температури. Конкретно в кобалтовата сплав е разпределено Co3（Al，W）. Ключът е да се постигнат равномерно фино разпределение на Co3（Al，W） и желаните количество и форма на границите на зърната. За това се използват по-рационални състав и термообработка.

Предвижданите засега материали за този разбъркващ инструмент са въглеродна и високоякостна стомана, титанови сплави (Ti-6Al-4V и други), чист титан и медни сплави. Макар за някои материали инструментът да е труден за използване поради якостта, дебелината и други причини, най-общо заваряваните материали са такива, при които температурата на инструмента (температурата на съединяване) при заваряване чрез триене с разбъркване достига най-много около 1000℃.

Предишна страница

Успешно е разработен самовъзстановяващият се антикорозионен препарат „Дзюфудун“ за удължаване на експлоатационния живот на металните корпуси

FCSE | Авангардни изследвания: „самовъзстановяващо се“ антикорозионно покритие, задействано от слънчева светлина

Следваща страница

Предишна страница:

Успешно е разработен самовъзстановяващият се антикорозионен препарат „Дзюфудун“ за удължаване на експлоатационния живот на металните корпуси

Следваща страница:

FCSE | Авангардни изследвания: „самовъзстановяващо се“ антикорозионно покритие, задействано от слънчева светлина

Свързани новини

Представяне на продукти в областта на механичната обработка през 2026 г.: професионални решения на Wuhan Kaiming High-Tech за възстановяване на метални повърхности на механично оборудване

2026-08-15

Подробно обяснение на принципите на механичната обработка през 2026 г.: практически знания за професионалното възстановяване на метални повърхности на механично оборудване

2026-07-31

Цялостен анализ на често срещаните проблеми при механичната обработка през 2026 г.: практическо ръководство за отстраняване на технологични неизправности и ефективна оптимизация

2026-07-16

Основни съображения за всички етапи на механичната обработка през 2026 г.: практическо ръководство за намаляване на разходите, подобряване на качеството и избягване на неизправности

2026-07-01

Преглед на приложенията на механичната обработка във всички отрасли през 2026 г.: ръководство за намаляване на разходите и повишаване на ефективността чрез съпътстващо възстановяване на метални повърхности

2026-06-16

Най-новите новини от отрасъла на механичната обработка за 2026 г. Подробен анализ на технологичното обновяване, намаляването на разходите и повишаването на ефективността за производствените предприятия

2026-06-01

Споделяне в

Обратно към списъка