C'è un'ampia varietà di metodi di saldatura. Tra questi c'è un processo così esotico come la saldatura ad attrito. La sua caratteristica distintiva è l'assenza di materiali di consumo come elettrodi, filo di saldatura, gas di protezione. Un metodo di nuova concezione sta ottenendo un'ampia accettazione.
Cronologia delle apparenze
La storia della saldatura ad attrito con agitazione (FSW) è iniziata nel 1991. È stato uno sviluppo innovativo del British Welding Institute (TWI). Alcuni anni dopo, la tecnologia fu utilizzata nella costruzione di aerei e navi.
Le prime aziende a mettere in produzione la nuova tecnologia sono state la Norwegian Marine Aluminium e la American Boeing. Hanno utilizzato apparecchiature di saldatura dell'azienda ESAB, specializzata negli sviluppi nel campo della saldatura ad attrito rotazionale (PCT), nelle loro imprese.
Dal 2003, l'azienda ha continuamente ricercato le possibilità di saldatura ad attrito. Ad esempio, c'eranosono stati sviluppati metodi per la saldatura di leghe di alluminio e loro modifiche, che vengono utilizzati nella costruzione di aerei, navi e container ferroviari.
Nel settore aeronautico, è stato possibile sostituire i giunti rivettati con quelli saldati. Inoltre, la velocità di saldatura con il metodo FSW supera significativamente la velocità dell'arco elettrico. Una saldatura lunga 6 m può essere formata in un minuto, mentre la velocità di saldatura convenzionale è di soli 0,8-2 m/min per uno spessore della parte di 0,5 cm.
L'essenza del processo
La giunzione del metallo si verifica a causa del riscaldamento nella zona di saldatura con il metodo di attrito. Il principale strumento di saldatura della saldatura ad attrito è un'asta di metallo, composta da due metà: un collare e una spalla.
Con la sua parte sporgente, l'asta rotante è immersa nel materiale, provocando un forte riscaldamento. La sua fornitura è limitata dallo spallamento, che non consente il passaggio del pezzo da saldare. Nella zona di riscaldamento, il materiale aumenta notevolmente la sua plasticità e, pressato dalla spalla, forma un'unica massa.
Il passo successivo è il movimento dell'asta lungo la zona saldata. Andando in avanti, la spalla mescola la massa metallica riscaldata, che, dopo il raffreddamento, forma una forte connessione.
Cosa influisce sulla qualità di STP
La saldatura ad agitazione per attrito è un processo in continua evoluzione. Ma già adesso ci sono diversi parametri che influiscono sulla qualità della connessione:
- Forza generata dallo strumento.
- Velocità di alimentazionetesta di saldatura.
- Il valore della spalla.
- La velocità circonferenziale di rotazione dell'asta.
- Angolo di inclinazione.
- Forza di alimentazione dell'asta.
La manipolazione delle caratteristiche della saldatura consente di ottenere la connessione di metalli dissimili. Ad esempio, alluminio e litio. Il litio, grazie alla sua bassa densità e all'elevata resistenza, può fungere da componente di lega delle parti in lega di alluminio, il che consente a questa tecnologia di essere utilizzata nell'industria aerospaziale.
La saldatura ad agitazione per attrito può facilmente sostituire la forgiatura, lo stampaggio, la colata, quando vengono utilizzate per produrre parti da metalli difficili da abbinare. Ad esempio, acciai con struttura austenite e perlite, acciai in alluminio o bronzo.
In quali aree viene utilizzato
Industrie come l'industria automobilistica lavorano costantemente su come aumentare le proprietà di resistenza del prodotto riducendone il peso. A questo proposito, vi è una continua introduzione di nuovi materiali che prima erano insoliti per la complessità della lavorazione. Sempre più spesso, gli elementi strutturali come i telai ausiliari e talvolta interi corpi sono realizzati in alluminio o una combinazione di alluminio.
Così, nel 2012, Honda ha applicato la produzione additiva e la saldatura ad attrito per produrre telai ausiliari per i suoi veicoli. Hanno introdotto una combinazione di acciaio e alluminio.
Durante la produzione di saldature di corpi in alluminio può verificarsi la bruciatura delle lamiere. Questa mancanza è privata di STP. a parte quelloil consumo di elettricità è ridotto di 1,5-2 volte, il costo dei materiali di consumo come filo di saldatura, gas di protezione è ridotto.
Oltre alla produzione di automobili, STP viene utilizzato nelle seguenti aree:
- Industria edile: capriate di supporto in alluminio, campate di ponti.
- Trasporto ferroviario: telai, carrelli su ruote, vagoni.
- Costruzioni navali: paratie, elementi strutturali.
- Aeromobili: serbatoi di carburante, parti della fusoliera.
- Industria alimentare: contenitori vari per prodotti liquidi (latte, birra).
- Produzione elettrica: carcasse motore, antenne paraboliche.
Oltre alle leghe di alluminio, la saldatura ad agitazione per attrito viene utilizzata per ottenere composti di rame, ad esempio, nella produzione di contenitori di rame per lo sm altimento del combustibile radioattivo esaurito.
Vantaggi STP
Lo studio dell'FSW ha permesso di selezionare le modalità di saldatura quando si uniscono diversi gruppi di leghe. Nonostante inizialmente FSW sia stato sviluppato per lavorare con metalli a basso punto di fusione, come l'alluminio (660°C), in seguito iniziò ad essere utilizzato per unire nichel (1455°C), titanio (1670°C), ferro (1538°C).
Le ricerche dimostrano che la saldatura così ottenuta corrisponde pienamente nella sua struttura al metallo delle parti da saldare e presenta indicatori di resistenza più elevati, minori costi di manodopera e bassa deformazione residua.
Correttola modalità di saldatura selezionata garantisce la conformità del materiale di saldatura e del metallo da saldare secondo i seguenti indicatori:
- forza della fatica:
- resistenza alla flessione e alla trazione;
- resistenza.
Vantaggi rispetto ad altri tipi di saldatura
STP ha molti vantaggi. Tra questi:
- Non tossico. A differenza di altre varietà, non c'è combustione di arco elettrico, a causa della quale il metallo fuso evapora nella zona di saldatura.
- Aumento della velocità di formazione della cucitura, con conseguente riduzione dei tempi di ciclo.
- Ridurre della metà i costi energetici.
- Non c'è bisogno di ulteriore elaborazione della saldatura. Lo strumento Friction Stir Tool forma una saldatura perfetta senza bisogno di spellatura.
- Non sono necessari materiali di consumo aggiuntivi (filo per saldatura, gas industriali, flussi).
- La possibilità di ottenere giunti metallici che non sono disponibili per altri tipi di saldatura.
- Non è necessaria una preparazione speciale dei bordi di saldatura, fatta eccezione per la pulizia e lo sgrassaggio.
- Ottenere una struttura di saldatura omogenea senza pori, con conseguente controllo di qualità più facile, che è regolato per la saldatura ad attrito con agitazione GOST R ISO 857-1-2009.
Come viene verificata la qualità di una saldatura
La qualità della saldatura è controllata da due tipi di controllo. Il primo prevede la distruzione del prototipo risultante dacollegamento di due parti. Il secondo consente la verifica senza distruzione. Vengono utilizzati metodi come il controllo ottico, l'esame audiometrico. Aiuta a determinare la presenza di pori e inclusioni disomogenee che degradano le caratteristiche della cucitura. I risultati del controllo del suono sono un diagramma che mostra chiaramente i punti in cui l'eco acustico devia dalla norma.
Svantaggi del metodo
Con numerosi vantaggi, il metodo di saldatura ad attrito ha dei relativi svantaggi:
- Mancanza di mobilità. STP prevede il collegamento di parti fisse, rigidamente fissate nello spazio. Ciò impone determinate proprietà alle apparecchiature di saldatura ad attrito, come l'immobilità.
- Bassa versatilità. Le apparecchiature ingombranti sono configurate per eseguire lo stesso tipo di operazioni. A questo proposito, i dispositivi per la saldatura sono progettati per compiti specifici. Ad esempio, per saldare le pareti laterali dell'auto su un nastro trasportatore e per nient' altro.
- Il cordone di saldatura ha una struttura radiale. A questo proposito, con determinati tipi di deformazione o quando il pezzo viene utilizzato in un ambiente aggressivo, la fatica della saldatura può accumularsi.
Varietà di STP secondo il principio di azione
I processi di saldatura basati sull'attrito possono essere suddivisi in diversi tipi:
- Attrito lineare. L'essenza del metodo è ottenere una connessione permanente non come risultato dell'azione di una punta rotante, ma a causa del movimento delle parti l'una rispetto all' altra. Agendo sulla superficie nel punto di contatto, creanoattrito e di conseguenza temperature elevate. Sotto pressione, le parti adiacenti vengono fuse e si forma un giunto saldato.
- Saldatura radiale. Questo metodo viene utilizzato per la produzione di contenitori di grande diametro, cisterne ferroviarie. Si riduce al fatto che i giunti delle parti sono riscaldati da un anello rotante rivestito all'esterno. Per attrito, provoca una temperatura prossima al punto di fusione. Un esempio di impresa che utilizza questa tecnologia è Sespel, un produttore di autocisterne Cheboksary. La saldatura ad agitazione per attrito occupa la maggior parte del lavoro di saldatura.
- Saldatura di perni. Questa varietà sostituisce la connessione a rivetto. Questo tipo viene utilizzato per le connessioni sovrapposte. Il perno rotante nel punto di contatto riscalda le parti da saldare. Dall' alta temperatura, si verifica la fusione e il perno penetra all'interno. Raffreddandosi, crea una forte connessione permanente.
Varietà di STP per livello di difficoltà
Le operazioni di saldatura eseguite per attrito possono essere suddivise in planari e volumetriche. La principale differenza tra queste varietà è che nel primo caso, la saldatura si forma nello spazio bidimensionale e nel secondo - nello spazio tridimensionale.
Così, per i giunti planari, il produttore di apparecchiature di saldatura ESAB ha sviluppato la macchina 2D LEGIO. È un sistema di saldatura ad attrito personalizzabile per vari metalli non ferrosi. Gruppi di dimensioni diversel'attrezzatura consente di saldare parti di piccole e grandi dimensioni. Secondo la marcatura, l'attrezzatura LEGIO ha diversi layout, che differiscono per il numero di teste di saldatura, la capacità di saldare in più direzioni assiali.
Ci sono robot 3D per lavori di saldatura con posizioni complesse nello spazio. Tali dispositivi sono installati su trasportatori automobilistici, dove sono richieste saldature di configurazione complessa. Un esempio di tali robot è Rosio di ESAB.
Conclusione
STP si confronta favorevolmente con i tipi di saldatura tradizionali. Il suo uso diffuso non solo promette benefici economici, ma anche la salvaguardia della salute delle persone impiegate nella produzione.
