Zavarivanje trenjem s miješanjem: jeftino zavarivanje čeličnih ploča i drugih materijala s visokom tačkom topljenja

Datum objave:

2025-06-11

Honda je razvila tehnologiju zavarivanja čelika i aluminijskih legura trenjem uz miješanje, pogodnu za serijsku proizvodnju, dok su japanski Univerzitet Tohoku i Hitachi razvili alat za miješanje od legure kobalta koji može zavarivati čelik, titan i druge metale visokog tališta. Primjena zavarivanja trenjem uz miješanje (FSW: zavarivanje trenjem uz miješanje), koja je na nivou serijske proizvodnje ranije bila ograničena na metale niskog tališta, poput aluminijskih, bakrenih i magnezijskih legura, počinje se širiti na čelik i druge metale višeg tališta*1.

*1 Pri standardnom atmosferskom pritisku tačka topljenja aluminija je 660℃, bakra 1083℃, a magnezija 651℃. Željezo se topi tek na 1539℃, a titan na 1727℃.

Toplota trenja omekšava metal do viskoznog stanja

Zavarivanje trenjem s miješanjem koristi alat cilindričnog vrha s izbočinom (iglom za miješanje). Iznad mjesta za zavarivanje dvije sučeono postavljene ploče (osnovnog materijala) ili dvije preklopljene ploče alat rotira i pritišće, zavarujući ih zajedno.

Toplota trenja između rotirajuće igle za miješanje i ploče omekšava metal oko igle do viskoznog stanja i omogućava ulazak igle u ploču. Omekšani metal zatim se miješa (plastično teče), spajajući ploče u cjelinu ili stvarajući metalne veze na njihovom spoju koje ih sjedinjuju.

Ranije je nedostajala glava za miješanje otporna na visoke temperature

Zavarivanje trenjem s miješanjem ima četiri prednosti:（1）zavarivanje bez taljenja osnovnog materijala (u čvrstom stanju) daje malo deformacija i grešaka, bolji kvalitet i niži trošak;（2）štedi više energije od zavarivanja taljenjem;（3）ne treba zaštitni gas;（4）ima malo buke i ne stvara prašinu. Djelotvorno je i za različite materijale, pa privlači pažnju industrije i obećava smanjenje mase izborom prikladnog materijala za svaki dio*2. Ipak, kako je uvodno navedeno, ranija serijska primjena bila je ograničena na metale niske tačke topljenja.

*2 U odnosu na zavarivanje u tečnoj fazi koje tali osnovni materijal — zavarivanje taljenjem — zavarivanje trenjem s miješanjem ima nižu temperaturu i lakšu kontrolu unosa toplote podešavanjem uslova. Zato lako smanjuje nastanak intermetalnih spojeva, glavnog uzroka slabije čvrstoće zavara. Tanji sloj tih spojeva povećava čvrstoću spoja. I pri zavarivanju trenjem s miješanjem pretjerano miješanje stvara mnogo intermetalnih spojeva.

Zavarivanje trenjem s miješanjem ranije je bilo ograničeno na metale niske tačke topljenja jer nije bilo jeftinog visokotemperaturno otpornog alata pogodnog za serijsku proizvodnju. Za aluminijske legure obično se koristi alat od alatnog čelika ili sličnog željeznog materijala. Za čelik i titanove legure visoke tačke topljenja na temperaturama njihovog omekšavanja omekšava i sam alat, jako se troši i postaje neupotrebljiv. Razvijeni su alati od keramike, volfram-renijskih legura i drugih neželjeznih materijala, ali veoma su skupi i neprikladni za serijsku proizvodnju.

Čelik može dobiti novu izloženu površinu bez miješanja

Honda je razvila tehnologiju spajanja preklopljenih osnovnih materijala čelika i aluminijske legure zavarivanjem trenjem s miješanjem. Glavno obilježje je miješanje samo aluminijske legure, bez miješanja čelika (donja slika na slici 1), čime se sprečava previsoka temperatura alata za miješanje.

Čelik i aluminijska legura mogu se spojiti bez miješanja čelika jer između njih nastaju metalne veze. Tehnologija ne miješa čelik nego uklanja njegov premaz i oksidni film, izlažući novu površinu koja stvara metalne veze s aluminijskom legurom aktiviranom miješanjem. Te veze spajaju čelik i aluminijsku leguru u cjelinu*3.

*3 Nakon prodora vode i sličnog između čelika i aluminijske legure nastaje bimetalna korozija (elektrohemijska korozija); ova tehnologija sprečava tu pojavu umetanjem silicijskog filma između čelika i aluminijske legure.

Honda je ovu tehnologiju primijenila na prednjem pomoćnom okviru novog „Accorda“ za sjevernoameričko tržište, uz više učinaka (slika 2): masa je smanjena za 25％ u odnosu na čelični okvir, a potrošnja električne energije pri zavarivanju za približno 50％. Promijenjena je i konstrukcija spoja pomoćnog okvira s ovjesom, uz povećanje krutosti montažnog mjesta za 20％ i doprinos boljim voznim performansama.

Širenje područja primjene novim materijalima

S druge strane, Univerzitet Tohoku, Hitachi i Hitachi Metals Precision Instruments razvili su jeftiniji visokotemperaturno otporan alat, proširujući primjenu zavarivanja trenjem s miješanjem (slika 3). Materijal su zajednički razvili Tohoku i Hitachi, a tehnologiju serijske proizvodnje materijala i livenog alata Hitachi i Hitachi Metals Precision. Alat zavaruje čelik, titanove i cirkonijeve legure i druge metale visoke tačke topljenja, uz planirani početak prodaje ujesen 2013. godine. Iako Hitachi Metals Precision Instruments navodi „cijena će se tek razmotriti“, očekuje se raspon pogodan za serijsku primjenu.

Univerzitet Tohoku i druge ustanove razvili su za alat za zavarivanje trenjem s miješanjem kobaltnu leguru s intermetalnim spojevima koji zadržavaju visoku čvrstoću i pri visokim temperaturama. Konkretno, Co3（Al，W）raspoređen je u leguri na bazi kobalta. Ključ je ravnomjerna fina raspodjela Co3（Al，W）, uz željenu količinu i oblik granica zrna. Zato se koriste razumniji sastav i termička obrada.

Trenutno predviđeni materijali za ovaj alat za miješanje su ugljični čelik, čelik visoke zatezne čvrstoće, titanove legure (Ti-6Al-4V i druge), čisti titan i bakrene legure. Neke je teško obrađivati tim alatom zbog čvrstoće i debljine, ali općenito su ciljni materijali oni kod kojih temperatura alata pri zavarivanju trenjem s miješanjem (temperatura spajanja) doseže najviše približno 1000℃.

Prethodna stranica

Produženje vijeka trajanja metalnih tijela: uspješno razvijeno samoobnavljajuće antikorozivno sredstvo Jufudun

FCSE | Istraživanje na granicama nauke: „samoobnavljajući“ antikorozivni premaz koji pokreće sunčeva svjetlost

Sljedeća stranica

Prethodna stranica:

Produženje vijeka trajanja metalnih tijela: uspješno razvijeno samoobnavljajuće antikorozivno sredstvo Jufudun

Sljedeća stranica:

FCSE | Istraživanje na granicama nauke: „samoobnavljajući“ antikorozivni premaz koji pokreće sunčeva svjetlost

Povezane vijesti

Predstavljanje proizvoda za mašinsku obradu 2026. godine Stručna rješenja za popravku metalnih površina mašinske opreme kompanije Wuhan Kaiming High-Tech

2026-08-15

Detaljno objašnjenje principa rada mašinske obrade 2026. godine Praktično popularno-naučno objašnjenje stručne popravke metalnih površina mašinske opreme

2026-07-31

Sveobuhvatni odgovori na česta pitanja o mašinskoj obradi 2026. godine Praktični vodič za otklanjanje procesnih kvarova i efikasnu optimizaciju

2026-07-16

Na šta paziti u cijelom procesu mašinske obrade 2026. godine Praktični vodič za smanjenje troškova, poboljšanje kvaliteta i izbjegavanje kvarova

2026-07-01

Pregled područja primjene mašinske obrade u svim industrijama 2026. godine Vodič za smanjenje troškova i povećanje efikasnosti uz prateću popravku metalnih površina

2026-06-16

Najnovije vijesti i kretanja u industriji mašinske obrade 2026. godine Sveobuhvatni pregled tehnološke nadogradnje, smanjenja troškova i povećanja efikasnosti proizvodnih preduzeća

2026-06-01

Podijeli na

Povratak na spisak