Zavarivanje trenjem s miješanjem: povoljno spajanje čeličnih ploča i drugih materijala visokog tališta

Objavljeno:

2025-06-11

Honda je razvila tehnologiju serijskog spajanja čelika i aluminijevih legura zavarivanjem trenjem s miješanjem. Japansko Sveučilište Tohoku i Hitachi razvili su alat od kobaltove legure koji zavaruje čelik, titanij i druge metale visokog tališta. Primjena zavarivanja trenjem s miješanjem (FSW: Friction Stir Welding), ranije u serijskoj proizvodnji ograničena na aluminijeve, bakrene i magnezijeve legure niskog tališta, počinje se širiti na čelik i druge metale višeg tališta*1.

*1 Pri standardnom atmosferskom tlaku talište aluminija iznosi 660 °C, bakra 1083 °C, a magnezija 651 °C. Kod željeza doseže 1539 °C, a kod titana 1727 °C.

Toplina trenja omekšava metal do viskoznog stanja

Zavarivanje trenjem s miješanjem spaja dvije sučeljene ili preklopljene ploče osnovnog materijala alatom s cilindričnim ramenom i izbočenim trnom za miješanje. Alat se iznad područja spoja istodobno okreće i pritišće te tako zavaruje ploče.

Toplina trenja između rotirajućeg trna i ploče omekšava okolni metal do viskoznog stanja pa trn prodire u ploču. Omekšani metal oko trna miješa se plastičnim tečenjem i povezuje dvije ploče. Odnosno, na njihovoj dodirnoj plohi stvara se metalna veza koja ih sjedinjuje.

Ranije su nedostajali alati za zavarivanje trenjem s miješanjem otporni na visoke temperature

Zavarivanje trenjem s miješanjem ima četiri prednosti: (1) osnovni materijal ne mora se taliti jer se spaja u čvrstom stanju, pa su deformacije i nedostaci mali, kvaliteta proizvoda bolja, a trošak niži; (2) troši manje energije od zavarivanja taljenjem; (3) ne traži zaštitni plin; (4) tih je i ne stvara prašinu. Vrlo je učinkovit i za spajanje različitih materijala te privlači veliku pozornost. Očekuje se da će izbor odgovarajućeg materijala za svako područje omogućiti smanjenje mase i druge učinke*2. No, kao što je navedeno na početku, serijska primjena ranije je bila ograničena na metale niskog tališta.

*2 U usporedbi sa zavarivanjem taljenjem, pri kojem se osnovni materijal tali i spaja u tekućoj fazi, zavarivanje trenjem s miješanjem odvija se pri nižoj temperaturi, a unos topline lako se regulira postavljanjem uvjeta zavarivanja. Zato je jednostavnije smanjiti nastajanje intermetalnih spojeva, glavnog uzroka smanjene čvrstoće zavara. Smanjenjem debljine sloja intermetalnih spojeva povećava se čvrstoća zavarenog spoja. I pri zavarivanju trenjem s miješanjem prekomjerno miješanje može stvoriti velike količine intermetalnih spojeva.

Zavarivanje trenjem s miješanjem ranije je bilo ograničeno na metale niskog tališta zbog nedostatka povoljnih visokotemperaturnih alata prikladnih za serijsku proizvodnju. Za aluminijeve legure obično se koriste alati od alatnog čelika i drugih čeličnih materijala. Pri zavarivanju čelika ili titanijevih legura ti alati omekšavaju pri temperaturama potrebnima da omekšaju metali visokog tališta. Jako se troše i postaju neuporabivi. Razvijeni su i alati od keramike, volfram-renijevih legura i drugih nečeličnih materijala, ali vrlo su skupi i neprikladni za serijsku proizvodnju.

Izlaganje svježe površine čelika bez njegova miješanja

Hondina tehnologija spajanja čelika i aluminijeve legure trenjem s miješanjem povezuje preklopljene osnovne materijale. Glavna joj je značajka da miješa samo aluminijevu leguru, a ne čelik (donji prikaz na slici 1). Tako sprječava previsoku temperaturu alata.

Čelik i aluminijeva legura mogu se spojiti bez miješanja čelika jer između njih nastaje metalna veza. Ta tehnologija zapravo ne miješa čelik, nego uklanja premaz i oksidni film s njegove površine. Tako se izlaže svježa čelična površina i povezuje metalnom vezom s aluminijevom legurom kojoj je miješanjem povećana aktivnost. Ta veza sjedinjuje čelik i aluminijevu leguru*3.

*3 Ako između čelika i aluminijske legure prodre voda ili slična tvar, nastaje bimetalna, odnosno galvanska korozija. Ova tehnologija to sprječava umetanjem silicijskog filma između čelika i aluminijske legure.

Honda je tu tehnologiju primijenila na prednjem pomoćnom okviru novog Accorda za sjevernoameričko tržište i ostvarila više učinaka (slika 2). Masa je u odnosu na izvorni čelični okvir smanjena za 25%, a potrošnja električne energije pri zavarivanju za približno 50%. Tehnologija je omogućila i promjenu spoja okvira i ovjesa, čija je krutost povećana za 20%, pridonoseći boljim voznim svojstvima.

Širenje područja primjene novim materijalima

S druge strane, Sveučilište Tohoku, Hitachi i Hitachi Metals Precision razvili su cjenovno pristupačniji alat otporan na visoke temperature, proširujući primjenu zavarivanja trenjem s miješanjem (slika 3). Materijal alata zajednički su razvili Sveučilište Tohoku i Hitachi, dok su tehnologiju serijske proizvodnje materijala i lijevanog alata zajednički razvili Hitachi i Hitachi Metals Precision. Alat omogućuje zavarivanje trenjem s miješanjem metala visokog tališta, poput čelika te titanijevih i cirkonijevih legura. Početak prodaje planiran je za jesen 2013. Iako je Hitachi Metals Precision naveo da će se „o cijeni razgovarati naknadno”, očekuje se razina pogodna za serijsku proizvodnju.

Materijal koji su Sveučilište Tohoku i druge ustanove razvili za alate za zavarivanje trenjem s miješanjem kobaltna je legura s raspodijeljenim intermetalnim spojevima koji zadržavaju visoku čvrstoću i pri visokim temperaturama. Konkretno, u leguri na osnovi kobalta raspodijeljen je Co3(Al, W). Ključno je postići finu i jednoliku raspodjelu Co3(Al, W), uz željeni udio i oblik granica zrna. Zato su primijenjeni prikladniji sastav i toplinska obrada.

Trenutačno predviđeni materijali za taj alat za zavarivanje trenjem s miješanjem obuhvaćaju ugljični čelik, čelik visoke vlačne čvrstoće, titanove legure poput Ti-6Al-4V, čisti titan i bakrene legure. Iako su neki materijali zbog čvrstoće, debljine i drugih razloga teško obradivi tim alatom, općenito je namijenjen materijalima pri čijem zavarivanju trenjem s miješanjem temperatura alata, odnosno temperatura spajanja, doseže najviše približno 1000℃.

Prethodna stranica

Za dulji vijek metalnih konstrukcija uspješno razvijen samozacjeljujući antikorozivni proizvod Jufudun

FCSE | Najnovija istraživanja: antikorozijski premaz koji se sam obnavlja uz djelovanje sunčeve svjetlosti

Sljedeća stranica

Prethodna stranica:

Za dulji vijek metalnih konstrukcija uspješno razvijen samozacjeljujući antikorozivni proizvod Jufudun

Sljedeća stranica:

FCSE | Najnovija istraživanja: antikorozijski premaz koji se sam obnavlja uz djelovanje sunčeve svjetlosti

Povezane vijesti

Ponuda strojne obrade za 2026.: stručna rješenja Wuhan Kaiming High-Techa za popravak metalnih površina strojeva

2026-08-15

Načela rada strojne obrade za 2026.: stručna znanja o popravku metalnih površina strojeva na razumljiv način

2026-07-31

Česta pitanja o strojnoj obradi za 2026.: praktični vodič za rješavanje procesnih problema i učinkovitu optimizaciju

2026-07-16

Mjere opreza u cijelom procesu strojne obrade za 2026.: praktični vodič za niže troškove, bolju kvalitetu i izbjegavanje kvarova

2026-07-01

Pregled primjena strojne obrade u svim industrijama za 2026.: vodič za smanjenje troškova i povećanje učinkovitosti uz obnovu metalnih površina

2026-06-16

Najnovije vijesti iz industrije strojne obrade u 2026.: cjelovit pregled tehnološke modernizacije, smanjenja troškova i povećanja učinkovitosti proizvodnih poduzeća

2026-06-01

Podijeli na

Povratak na popis