obr1

Zváranie FSW je pomerne nová technológia spájania kovov ako je napr. Al a Al zliatiny, Mg zliatiny, ale aj oceľ, Ti a pod. v pevnom stave. Proces bol vyvinutý Wayneom Thomasom na TWI (The Welding Institute) v roku 1991. Teploty, ktoré vznikajú v oblasti zvaru predstavujú zvyčajne 80 až 90 % teploty tavenia kovu.

 

Pri zváraní je rotujúci nástroj so špe­ciálne upraveným hrotom a ra­menom vtláčaný do rozhrania zváraných kovov. Ohrev nastá­va v dôsledku trenia a plastickej deformácie materiálov.

 

Poznatky zo zvárania metódou FSW

Dostupné informácie ohľadom zvára­nia FSW zliatin na báze Mg sú obmedze­né. Z uvedeného dôvodu je preto dôležité sledovať súčasný stav v oblasti zvariteľnos­ti týchto kovov. Na South China University of Technology boli vyhotovené zvary kom­binovaných kovov. Použila sa Al zliati­na s označením 5052 s Mg zliatinou AZ 31 hrúbky 6 mm. V porovnaní so základným materiálom bola mikroštruktúra oblasti pre­miešania výrazne zjemnená.

Zvary bez prítomnosti defektov boli vyho­tovené pri otáčkach nástroja 600 ot/min a rýchlosti zvárania 40 mm/min. Veľkosť zrna v oblasti premiešania dosahovala hod­noty z intervalu 100 až 300 nm.

V uvedenom prípade bol pri zváraní použi­tý špeciálny Cu blok s kontinuálnou cirku­láciou tekutého dusíka, čo zabezpečilo zvý­šenie rýchlosti ochladzovania. Zjemnenie zrna bolo dokumentované aj pri zváraní vy­sokopevnej ocele DP 590, hrúbky 1,6 mm. Zjemnenie zrna nastalo v dôsledku dynamic­kej rekryštalizácie austenitu. Štúdie sa zaobe­rajú aj tokom materiálu a vývojom štruktúry pri zváraní Mg zliatiny AZ 31 metódou FSW. Bolo zistené, že rameno nástroja má výrazný vplyv na tok materiálu v hornej časti zvarov. Materiál najskôr prechádza komplexnou de­formáciou vyplývajúcou z kombinovaného vplyvu rotujúceho ramena a hrotu nástroja.

Známe sú aj experimenty z oblasti hybrid­ného zvárania laser – FSW s použitím ďal­šieho kovu (Ni fólia) za úcelom eliminácie tvorby intermetalických fáz na báze Al-Mg. Zvárané boli kovy AZ31 a Al zliatina s ozna­čením A6061-T6. Hrúbky základných kovov boli 4 mm. V ďalšom prípade boli pri zváraní FSW zliatiny AZ31 v TMOO a v oblasti pre­miešania pozorované rovnoosé zrná.

Hrúbka zváraného materiálu bola 2 mm. Nástroj bol vyrobený z ocele H13. Veľkosť zrna v oblasti premiešania klesala so zvyšo­vaním rýchlosti zvárania v dôsledku nižšieho tepelného príkonu.

Väčšina zvarov vyhotovených na zliatine AZ31, hrúbky 4,95 mm bola pri skúške ťa­hom porušená na rozhraní medzi oblasťou premiešania a TMOO na postupujúcej stra­ne zvaru. Výskum bol realizovaný aj v oblas­ti vyhotovovania preplátovaných FSW spo­jov. Wei et al. realizovali zváranie Mg zliatiny AZ 31 s nehrdzavejúcou oceľou SUS302.

Chowdhury a kolektív sa zaoberali hodno­tením vplyvu druhu závitu na únavovú pev­nosť zvarov vyhotovených na zliatine AZ 31. Boli použité dva nástroje s rôznymi hrotmi. Jeden hrot mal vyhotovený pravotočivý závit a druhý ľavotočivý. Únavová pevnosť spojov bola vyššia v prípade zvarov vyhotovených nástrojom s ľavotočivým závitom. V spolu­práci JWRI (Joining and Welding Research Institute), Osaka University a Harbin Institute of Technology boli analyzované zvary kom­binácie Mg zliatin AZ 31 a AZ 80 (hrúbky 3 mm).

Skupina okolo Kannana študovala náchyl­nosť na korózne praskanie pod napätím ple­chu zo zliatiny AZ31 zváraného metódou FSW. Výsledky poukázali na vyššiu odolnosť zvaru proti koróznemu praskaniu v porovna­ní so samotným základným materiálom. Pri testovaní v koróznom prostredí vznikla trhli­na v oblasti premiešania, kým u vzoriek skú­šaných na vzduchu boli trhliny pozorované v TMOO.

 

Záver

Príspevok poskytuje stručný prehľad z oblas­ti zvárania metódou FSW horčíkových zlia­tin. Uvedené materiály sa dostávajú čoraz do popredia, vďaka svojim fyzikálnym a iným vlastnostiam. Dominujúcim je pomer pev­nosti ku hmotnosti. V rámci výskumu na Katedre zvárania MTF STU bolo úspešne vy­riešené zváranie explóziou Mg zliatiny s hli­níkom. V budúcnosti bude pozornosť za­meraná na zváranie a zvariteľnosť rôznych druhov Mg zliatin tak v pevnom stave ako aj tavnými technológiami, či spájkovaním. Na základe literárnej rešerše sa ako veľmi perspektívna javí Mg zliatina s označením AZ 31. Konkrétny výskum bude realizovaný v spolupráci s VÚZ-PI SR Bratislava, ktorý dis­ponuje s novo inštalovaným zariadením na zváranie metódou FSW z Číny.

 

TEXT: Miroslav Sahul a kol. FOTO: archív redakcie

Spoluautori: Tomáš Kupec, Tomáš Kramár, Jozef Ondruška, MTF, katedra zvárania, STU v Trnave. Školitel: Prof. Ing. Milan Turňa, CSc.

Poďakovanie:

Príspevok je realizovaný s podporou Grantovej agentúry VEGA MŠVVŠ SR a SAV, projekt č. 1/0842/09.