Zváranie trením s premiešavaním: lacné zváranie oceľových plechov a ďalších vysokotaviteľných materiálov

Dátum zverejnenia:

2025-06-11

Honda vyvinula technológiu zvárania ocele a hliníkových zliatin trením s premiešavaním vhodnú pre sériové výrobky; japonská Univerzita Tohoku a Hitachi vyvinuli nástroj z kobaltovej zliatiny na zváranie ocele, titánu a ďalších vysokotaviteľných kovov. Použitie zvárania trením s premiešavaním (FSW: Friction Stir Welding), doteraz pri sériovej výrobe obmedzené na nízkotaviteľné hliníkové, medené a horčíkové zliatiny, sa začína rozširovať na oceľ a ďalšie vysokotaviteľné kovy*1.

*1 Pri štandardnom atmosférickom tlaku je teplota tavenia hliníka 660℃, medi 1083℃ a horčíka 651℃. Pri železe dosahuje až 1539℃ a pri titáne až 1727℃.

Trecie teplo zmäkčuje kov na viskóznu hmotu

Zváranie trením s premiešavaním je technológia spájania dvoch dosiek (základného materiálu) na tupo alebo s prekrytím. Nástroj s výstupkom (miešacím kolíkom) na konci valca sa nad zváraným miestom otáča a pritláča a tým dosky spojí.

Trecie teplo medzi otáčajúcim sa miešacím kolíkom a plechom zmäkčí okolitý kov na viskóznu hmotu a umožní kolíku preniknúť do plechu. Zmäknutý kov okolo kolíka sa premieša (plasticky tečie) a spojí oba plechy alebo sa na styčnej ploche vytvoria kovové väzby, ktoré ich spoja do celku.

V minulosti chýbali miešacie nástroje odolné proti vysokým teplotám

Zváranie trením s premiešavaním má tieto štyri výhody: (1) nevyžaduje roztavenie základného materiálu (zváranie v tuhom stave), takže vzniká málo deformácií a zvarových chýb, zlepšuje sa kvalita a znižujú náklady; (2) spotrebuje menej energie než tavné zváranie; (3) nepotrebuje ochranný plyn; (4) je málo hlučné a nevytvára prach. Veľmi účinne spája aj rozdielne materiály, preto priťahuje záujem odvetvia; vhodnou voľbou materiálu pre jednotlivé miesta sa očakáva napríklad zníženie hmotnosti*2. Ako však uvádza úvod, materiály použiteľné pri sériovom zváraní trením s premiešavaním sa doteraz obmedzovali na kovy s nízkou teplotou tavenia.

*2 V porovnaní s tavným zváraním, ktoré roztavuje základný materiál, prebieha trecie premiešavacie zváranie pri nižšej teplote a tepelný príkon sa dá ľahko regulovať nastavením podmienok zvárania. Preto možno ľahko obmedziť vznik intermetalických zlúčenín, ktoré sú hlavnou príčinou zníženia pevnosti zvaru. Zmenšením hrúbky vrstvy intermetalických zlúčenín možno zvýšiť pevnosť spoja. Aj pri trecom premiešavacom zváraní však nadmerné premiešavanie vytvára veľké množstvo intermetalických zlúčenín.

Dôvodom predchádzajúceho obmedzenia zvárania trením s premiešavaním na nízkotaviteľné kovy bol nedostatok lacných nástrojov odolných proti vysokým teplotám a vhodných na sériovú výrobu. Pri hliníkových zliatinách sa zvyčajne používajú nástroje z nástrojovej ocele alebo iných oceľových materiálov. Pri zváraní ocele, titánových zliatin a ďalších vysokotaviteľných kovov takéto nástroje mäknú v teplotnej oblasti potrebnej na zmäknutie zváraného kovu a silné opotrebovanie ich znemožňuje používať. Boli vyvinuté aj neoceľové nástroje z keramiky a volfrámovo-réniových zliatin, no sú veľmi drahé a nevhodné na sériovú výrobu.

Odkrytie čerstvého povrchu ocele bez premiešavania

Technológia Honda na zváranie ocele a hliníkových zliatin trením s premiešavaním spája prekrývajúce sa základné materiály. Jej hlavnou vlastnosťou je premiešavanie iba hliníkovej zliatiny, nie ocele (spodná časť obrázka 1), čo zabraňuje nadmernému ohrevu nástroja.

Oceľ možno spojiť s hliníkovou zliatinou bez premiešavania ocele vďaka kovovým väzbám medzi nimi. Technológia oceľ nepremiešava, ale odstraňuje jej povlak a oxidickú vrstvu. Tak sa odkryje čerstvý oceľový povrch a vytvoria sa kovové väzby s hliníkovou zliatinou aktivovanou premiešavaním. Tieto väzby spoja oceľ a hliníkovú zliatinu do celku*3.

*3 Ak medzi oceľ a hliníkovú zliatinu prenikne voda alebo podobné látky, dochádza ku galvanickej korózii (elektrokorózii). Táto technológia jej zabraňuje vložením kremíkového filmu medzi oceľ a hliníkovú zliatinu.

Honda použila túto technológiu na prednom pomocnom ráme nového modelu „Accord“ pre severoamerický trh a dosiahla viacero výsledkov (obrázok 2). Hmotnosť sa oproti pôvodnému oceľovému rámu znížila o 25％ a spotreba elektriny pri zváraní približne o 50％. Technológia tiež umožnila zmeniť konštrukciu spoja pomocného rámu so zavesením kolies a zvýšiť tuhosť montážneho miesta o 20％, čím prispela k lepším jazdným vlastnostiam vozidla.

Rozšírenie oblastí použitia novými materiálmi

Univerzita Tohoku, Hitachi a Hitachi Metals Precision zároveň vyvinuli cenovo dostupnejší nástroj odolný proti vysokým teplotám, čím rozšírili využitie trecieho premiešavacieho zvárania (obrázok 3). Materiál nástroja spoločne vyvinuli Univerzita Tohoku a Hitachi; jeho technológiu sériovej výroby a výroby nástroja ako odliatku úspešne vyvinuli Hitachi a Hitachi Metals Precision. Nástroj umožňuje trecie premiešavacie zváranie kovov s vysokým bodom tavenia, ako oceľ, titánové a zirkóniové zliatiny; predaj bol plánovaný na jeseň 2013. Hoci Hitachi Metals Precision uvádza, že „o cene sa bude ešte rokovať“, očakáva sa cenové pásmo vhodné pre sériovú výrobu.

Tohoku University a ďalší výskumníci vyvinuli pre nástroje na trecie zváranie premiešavaním materiál z kobaltovej zliatiny, v ktorom sú rozptýlené intermetalické zlúčeniny zachovávajúce vysokú pevnosť aj pri vysokých teplotách. Konkrétne je v zliatine na báze kobaltu rozptýlený Co3(Al,W). Kľúčové je dosiahnuť jemné a rovnomerné rozptýlenie Co3(Al,W), požadovaný podiel a tvar hraníc zŕn. Na tento účel sa použilo vhodnejšie zloženie a tepelné spracovanie.

V súčasnosti sa predpokladá použitie tejto zváracej hlavy na uhlíkovú oceľ, vysokopevnostnú oceľ, zliatiny titánu (Ti-6Al-4V a ďalšie), čistý titán a zliatiny medi. Hoci sa na niektoré materiály táto hlava pre ich pevnosť či hrúbku používa ťažko, vo všeobecnosti ide o materiály, pri ktorých pri trecom zváraní premiešavaním dosahuje hlava teplotu spájania najviac približne 1000℃.

Predchádzajúca stránka

Predĺženie životnosti kovových zariadení: úspešný vývoj samoopravného inhibítora korózie Jufudun

FCSE | Najnovší výskum: „samoopravné“ protikorózne povlaky aktivované slnečným svetlom

Nasledujúca stránka

Predchádzajúca stránka:

Predĺženie životnosti kovových zariadení: úspešný vývoj samoopravného inhibítora korózie Jufudun

Nasledujúca stránka:

FCSE | Najnovší výskum: „samoopravné“ protikorózne povlaky aktivované slnečným svetlom

Súvisiace aktuality

Predstavenie obrábacích produktov v roku 2026: profesionálne riešenia opráv kovových povrchov strojov od Wuhan Kaiming High-Tech

2026-08-15

Podrobný výklad princípov obrábania v roku 2026: odborné poznatky o opravách kovových povrchov strojov

2026-07-31

Úplný prehľad častých problémov obrábania v roku 2026: praktická príručka riešenia technologických porúch a účinnej optimalizácie

2026-07-16

Zásady celého procesu obrábania v roku 2026: praktická príručka znižovania nákladov, zvyšovania kvality a predchádzania poruchám

2026-07-01

Prehľad použitia obrábania vo všetkých odvetviach v roku 2026: príručka znižovania nákladov a zvyšovania efektívnosti pomocou opráv kovových povrchov

2026-06-16

Najnovšie informácie z odvetvia obrábania v roku 2026: podrobný prehľad technologickej modernizácie, znižovania nákladov a zvyšovania efektívnosti výrobných podnikov

2026-06-01

Zdieľať na

Späť na zoznam