Friksjonsomrøringssveising: rimelig sveising av stålplater og andre materialer med høyt smeltepunkt

Publisert:

2025-06-11

Honda har utviklet teknologi for friksjonsomrøringssveising av stål og aluminiumlegeringer i masseproduksjon. Tohoku University i Japan og Hitachi har utviklet et verktøy av koboltlegering som kan sveise metaller med høyt smeltepunkt, som stål og titan. Friksjonsomrøringssveising (FSW: Friction Stir Welding), som tidligere i masseproduksjon var begrenset til metaller med lavt smeltepunkt som aluminium-, kobber- og magnesiumlegeringer, utvides nå til metaller med høyere smeltepunkt som stål*1.

*1 Ved normalt atmosfæretrykk er smeltepunktet for aluminium 660℃, for kobber 1083℃ og for magnesium 651℃. Jern har derimot et smeltepunkt på hele 1539℃ og titan på hele 1727℃.

Friksjonsvarme mykner metallet til en viskøs tilstand

Friksjonsomrøringssveising er en teknologi der et roterende verktøy med en utstikkende omrøringspinne på den sylindriske enden presses ned over sveisestedet på to plater (grunnmaterialet), enten kant mot kant eller overlappende, slik at platene sveises sammen.

Friksjonsvarmen mellom den roterende omrøringspinnen og platene mykner metallet rundt pinnen til en viskøs tilstand, slik at den roterende pinnen kan trenge inn i platen. Det myknede metallet rundt pinnen blandes deretter ved plastisk flyt, slik at de to metallplatene forenes, eller det dannes metallbindinger i skjøteflaten som binder dem sammen.

Tidligere manglet det røreverktøy som tålte høye temperaturer

Friksjonsomrøringssveising har fire fordeler: (1) Grunnmaterialet trenger ikke smelte (fastfasesveising), og dermed blir det lite deformasjon og få sveisefeil, noe som øker produktkvaliteten og reduserer kostnadene; (2) den bruker mindre energi enn smeltesveising; (3) det trengs ingen dekkgass; (4) støynivået er lavt, og det dannes ikke støv. Teknologien er også svært effektiv for sveising av ulike materialer og får derfor stor oppmerksomhet i bransjen. Ved å velge egnet materiale for hvert område forventes blant annet lavere vekt*2. Som nevnt i innledningen var materialene som tidligere kunne friksjonsomrøringssveises i masseproduksjon, imidlertid begrenset til metaller med lavt smeltepunkt.

*2 Sammenlignet med smeltesveising, der grunnmaterialet smeltes og sveisingen foregår i væskefasen, har friksjonsomrøringssveising lavere sveisetemperatur. Varmetilførselen kan derfor enkelt styres ved å stille inn sveisebetingelsene. Dette gjør det lett å redusere dannelsen av intermetalliske forbindelser, som er hovedårsaken til redusert sveisestyrke. Et tynnere lag av intermetalliske forbindelser kan øke styrken i sveiseområdet. For kraftig omrøring ved friksjonsomrøringssveising danner også store mengder intermetalliske forbindelser.

Friksjonsomrøringssveising var tidligere begrenset til metaller med lavt smeltepunkt fordi det manglet rimelige, varmebestandige sveiseverktøy egnet for masseproduksjon. Ved sveising av aluminiumlegeringer brukes vanligvis verktøy av verktøystål eller andre jernbaserte materialer. Ved sveising av metaller med høyt smeltepunkt, som stål og titanlegeringer, mykner også verktøyet ved temperaturene som trengs for å mykne disse metallene. Verktøyet slites da så kraftig at det ikke kan brukes. Selv om verktøy av ikke-jernbaserte materialer som keramikk og wolfram-rhenium-legeringer er utviklet, er de svært dyre og lite egnet for masseproduksjon.

Frisk ståloverflate kan eksponeres uten omrøring

Hondas teknologi for sveising av stål og aluminiumlegering med friksjonsomrøring brukes til å sammenføye overlappende grunnmaterialer av stål og aluminiumlegering. Hovedtrekket er at bare aluminiumlegeringen røres om, mens stålet ikke røres om (nederste bilde i figur 1). Dermed unngås for høy temperatur i sveiseverktøyet.

Stål og aluminiumlegering kan sveises sammen uten å røre om stålet fordi metallbindinger dannes mellom dem. Teknologien rører altså ikke om stålet, men fjerner belegget og oksidfilmen fra ståloverflaten. Dermed eksponeres frisk ståloverflate, som danner metallbindinger med aluminiumlegeringen som er aktivert gjennom omrøring. Disse metallbindingene forener stålet og aluminiumlegeringen*3.

*3 Når vann eller lignende trenger inn mellom stål og aluminiumslegering, kan galvanisk korrosjon oppstå. Denne teknologien hindrer dette ved å legge en silisiumfilm mellom stålet og aluminiumslegeringen.

Honda bruker teknologien i den fremre underrammen på den nye «Accord» for det nordamerikanske markedet og har oppnådd flere fordeler (figur 2). Vekten er redusert med 25％ sammenlignet med den tidligere stålunderrammen, og strømforbruket ved sveising er redusert med omtrent 50％. Teknologien er også brukt til å endre utformingen av festet mellom underramme og hjuloppheng, slik at stivheten i festepunktet økte med 20％ og bidro til bedre kjøredynamikk.

Utvid bruksområdene med nye materialer

Tohoku University, Hitachi og Hitachi Metals Precision utviklet på sin side et rimeligere røreverktøy som tåler høye temperaturer, og utvidet dermed anvendelsesområdet for friksjonsrørsveising (figur 3). Materialet i verktøyet ble utviklet av Tohoku University og Hitachi i fellesskap. Hitachi og Hitachi Metals Precision utviklet sammen teknologien for masseproduksjon av materialet og verktøyet (støpegods). Røreverktøyet kan brukes til friksjonsrørsveising av metaller med høyt smeltepunkt, blant annet stål, titanlegeringer og zirkoniumlegeringer. Salgsstart var planlagt til høsten 2013. Selv om Hitachi Metals Precision uttalte at «prisen vil bli drøftet senere», ble det anslått et prisnivå som muliggjør bruk i masseproduksjon.

Materialet som Tohoku University og andre har utviklet for verktøytapper til friksjonsomrøringssveising, er en koboltlegering med intermetalliske forbindelser som beholder høy styrke også ved høye temperaturer. Nærmere bestemt er Co3(Al,W) fordelt i en koboltbasert legering. Det avgjørende er å oppnå en jevn og finfordelt fordeling av Co3(Al,W), med en volumandel og korngrenseform nær den ønskede tilstanden. Til dette brukes en mer hensiktsmessig sammensetning og varmebehandling.

Materialene som foreløpig vurderes for dette røreverktøyet, er karbonstål, høyfast stål, titanlegeringer (som Ti-6Al-4V), rent titan og kobberlegeringer. Enkelte materialer er vanskelige å bearbeide med verktøyet på grunn av styrke og tykkelse, men generelt er målgruppen materialer der verktøytemperaturen (sammenføyningstemperaturen) ved friksjonsrøresveising maksimalt er rundt 1000℃.

Forrige side

Forlenget levetid for metallutstyr: Den selvreparerende korrosjonshemmeren Jufudun er ferdig utviklet

FCSE | Forskningsfronten: sollysdrevne «selvreparerende» korrosjonsbeskyttende belegg

Neste side

Forrige side:

Forlenget levetid for metallutstyr: Den selvreparerende korrosjonshemmeren Jufudun er ferdig utviklet

Neste side:

FCSE | Forskningsfronten: sollysdrevne «selvreparerende» korrosjonsbeskyttende belegg

Relaterte nyheter

Presentasjon av produkter innen maskinering i 2026: Wuhan Kaiming High-Techs faglige løsninger for reparasjon av metalloverflater på maskiner og utstyr

2026-08-15

Hvordan maskinering virker i 2026: fagkunnskap om reparasjon av metalloverflater på maskiner og utstyr

2026-07-31

Vanlige problemer ved maskinering i 2026: en grundig gjennomgang og praktisk veiledning i håndtering av prosessfeil og effektiv optimalisering

2026-07-16

Praktisk veiledning for hele maskineringsprosessen i 2026: reduser kostnader, forbedre kvaliteten og unngå feil

2026-07-01

Oversikt over maskineringsanvendelser på tvers av bransjer i 2026: veiledning i supplerende metalloverflatereparasjon for lavere kostnader og høyere effektivitet

2026-06-16

Siste nytt fra maskineringsbransjen i 2026: grundig gjennomgang av teknologioppgradering, kostnadsreduksjon og effektivisering for produksjonsbedrifter

2026-06-01

Del på

Tilbake til listen