Třecí svařování promíšením: levné svařování ocelových plechů a dalších materiálů s vysokou teplotou tání

Datum zveřejnění:

2025-06-11

Honda vyvinula technologii svařování oceli a hliníkových slitin třecím svařováním s promíšením vhodnou pro sériové výrobky. Japonská univerzita Tóhoku a Hitachi vyvinuly promíchávací nástroj z kobaltové slitiny, který umožňuje svařovat kovy s vysokou teplotou tání, například ocel a titan. Využití třecího svařování s promíšením (FSW: Friction Stir Welding), které bylo dříve v sériové výrobě omezeno na kovy s nízkou teplotou tání, jako jsou hliníkové, měděné a hořčíkové slitiny, se začíná rozšiřovat i na ocel a další kovy s vyšší teplotou tání*1.

*1 Za standardního atmosférického tlaku je teplota tání hliníku 660℃, mědi 1083℃ a hořčíku 651℃. U železa však dosahuje až 1539℃ a u titanu až 1727℃.

Třecí teplo změkčuje kov na vazkou hmotu

Třecí svařování s promíšením je technologie, při níž promíchávací nástroj s výstupkem (promíchávacím čepem) na konci válce rotuje a je přitlačován shora na místo svařování dvou desek (základních materiálů) spojených na tupo nebo dvou přeplátovaných desek, čímž se obě desky svaří dohromady.

Třecí teplo vznikající mezi rotujícím promíchávacím čepem a deskou změkčuje kov kolem čepu na vazkou hmotu, což umožňuje zasunutí rotujícího čepu do desky. Změklý kov kolem čepu se tak promíchává (dochází k plastickému toku), čímž se obě kovové desky spojí v jeden celek, nebo se na styčných plochách obou desek vytvoří kovové vazby, které je spojí dohromady.

Dříve chyběly promíchávací nástroje odolné vysokým teplotám

Třecí svařování s promíšením má následující čtyři výhody: (1) protože umožňuje svařovat bez tavení základního materiálu (svařování v tuhé fázi), vzniká málo deformací a vad svaru, což zvyšuje kvalitu výrobků a snižuje náklady; (2) je energeticky úspornější než tavné svařování; (3) nepotřebuje ochranný plyn; (4) má nízkou hlučnost a nevytváří prach. Technologie je navíc velmi účinná i při svařování různých materiálů, a proto přitahuje značnou pozornost odvětví. Volba vhodného materiálu pro jednotlivá místa slibuje snížení hmotnosti a další přínosy*2. Jak však bylo uvedeno na začátku článku, materiály použitelné pro třecí svařování s promíšením v sériové výrobě byly dříve omezeny na kovy s nízkou teplotou tání.

*2 Ve srovnání se svařováním v kapalné fázi, tedy tavným svařováním, které taví základní materiál, má třecí svařování s promíšením nižší svařovací teplotu a nastavením podmínek svařování lze snadno řídit vnesené teplo. Proto lze snadno omezit vznik intermetalických sloučenin, hlavního viníka snižování pevnosti svaru. Zmenšením tloušťky vrstvy intermetalických sloučenin lze zvýšit pevnost spoje. I při třecím svařování s promíšením vzniká při nadměrném promíchávání velké množství intermetalických sloučenin.

Využití třecího svařování s promíšením bylo dříve omezeno na kovy s nízkou teplotou tání kvůli nedostatku levných promíchávacích nástrojů odolných vysokým teplotám a vhodných pro sériovou výrobu. Pro třecí svařování hliníkových slitin s promíšením se obvykle používají nástroje z nástrojové oceli a dalších železných materiálů. Při svařování oceli, titanových slitin a dalších kovů s vysokou teplotou tání takovým nástrojem nástroj v teplotní oblasti potřebné ke změknutí těchto kovů sám změkne, silně se opotřebovává a nelze jej používat. Nástroje z neželezných materiálů, například keramiky a slitin wolframu a rhenia, sice byly vyvinuty, ale jsou velmi drahé a pro sériovou výrobu se nehodí.

Odhalení čerstvého povrchu oceli bez promíchávání

Technologie vyvinutá Hondou pro spojování oceli a hliníkových slitin třecím promíšením slouží ke spojování přeplátovaných základních materiálů z oceli a hliníkové slitiny. Její hlavní vlastností je promíchávání pouze hliníkové slitiny bez promíchávání oceli (spodní část obrázku 1). Tím lze zabránit příliš vysoké teplotě promíchávacího nástroje.

Ocel a hliníkovou slitinu lze svařit bez promíchávání oceli díky vytvoření kovových vazeb mezi ocelí a hliníkovou slitinou. Technologie tedy ocel nepromíchává, ale odstraňuje z jejího povrchu povlak a oxidický film. Tím se obnaží čerstvý povrch oceli a mezi ním a hliníkovou slitinou, jejíž aktivita se zvýšila promícháváním, vznikají kovové vazby. Právě tyto vazby spojují ocel a hliníkovou slitinu v jeden celek*3.

*3 Po vniknutí vody apod. mezi ocel a hliníkovou slitinu dochází k bimetalické korozi (elektrochemické korozi). Tato technologie jí zabraňuje vložením křemíkového filmu mezi ocel a hliníkovou slitinu.

Honda tuto technologii použila u předního pomocného rámu nového modelu „Accord“ určeného pro severoamerický trh a dosáhla více přínosů (obrázek 2). Konkrétně se hmotnost oproti původnímu ocelovému pomocnému rámu snížila o 25 % a spotřeba elektřiny při svařování klesla přibližně o 50 %. Technologie byla navíc použita ke změně konstrukce místa uchycení zavěšení k pomocnému rámu, jehož tuhost vzrostla o 20 %, což přispělo ke zlepšení jízdní dynamiky vozidla.

Rozšíření oblastí využití pomocí nových materiálů

Univerzita Tóhoku, Hitachi a společnost Hitachi pro kovové přesné přístroje na druhé straně vyvinuly relativně levný promíchávací nástroj odolný vysokým teplotám, a rozšířily tak využití třecího svařování s promíšením (obrázek 3). Materiál použitý v nástroji společně vyvinuly univerzita Tóhoku a Hitachi a technologii sériové výroby materiálu i nástroje (odlitku) úspěšně společně vyvinuly Hitachi a Hitachi Metals Precision. Nástroj lze použít pro třecí svařování s promíšením ocelí, titanových a zirkoniových slitin a dalších kovů s vysokou teplotou tání a zahájení prodeje je plánováno na podzim roku 2013. Společnost Hitachi pro kovové přesné přístroje sice uvedla, že „cena bude ještě projednána“, očekává se však cenové pásmo umožňující použití v sériové výrobě.

Materiálem vyvinutým univerzitou Tóhoku a dalšími pro promíchávací nástroje třecího svařování s promíšením je kobaltová slitina s rozptýlenými intermetalickými sloučeninami, které si zachovávají vysokou pevnost i za vysokých teplot. Konkrétně je ve slitině na bázi kobaltu rozptýlena fáze Co3（Al，W）. Klíčem je dosáhnout rovnoměrného jemného rozptýlení Co3（Al，W） a přiblížit množství rozptýlené fáze i tvar hranic zrn požadovanému stavu. Proto byly použity vhodnější složení a metody tepelného zpracování.

V současnosti se u tohoto promíchávacího nástroje předpokládá použití pro uhlíkové oceli, vysokopevnostní oceli, titanové slitiny (Ti-6Al-4V apod.), čistý titan a měděné slitiny. U některých materiálů je použití nástroje obtížné kvůli pevnosti, tloušťce a dalším příčinám. Obecně však jde o materiály, u nichž při třecím svařování s promíšením dosahuje teplota promíchávacího nástroje (teplota spojování) nanejvýš přibližně 1000℃.

Předchozí stránka

Prodloužení životnosti kovových těles: úspěšně vyvinut samoopravný antikorozní přípravek Jufudun

FCSE | Výzkum na hranicích poznání: „samoopravný“ antikorozní povlak poháněný slunečním světlem

Další stránka

Předchozí stránka:

Prodloužení životnosti kovových těles: úspěšně vyvinut samoopravný antikorozní přípravek Jufudun

Další stránka:

FCSE | Výzkum na hranicích poznání: „samoopravný“ antikorozní povlak poháněný slunečním světlem

Související zprávy

Představení služeb strojního obrábění 2026: odborná řešení Wuhan Kaiming High-Tech pro opravy kovových povrchů strojních zařízení

2026-08-15

Podrobný výklad principů strojního obrábění 2026: praktické odborné informace o opravách kovových povrchů strojních zařízení

2026-07-31

Úplný přehled běžných problémů strojního obrábění v roce 2026: praktická příručka k řešení technologických poruch a účinné optimalizaci

2026-07-16

Na co dbát v celém procesu strojního obrábění v roce 2026: praktická příručka ke snížení nákladů, zvýšení kvality a předcházení poruchám

2026-07-01

Přehled využití strojního obrábění ve všech odvětvích 2026: příručka ke snížení nákladů a zvýšení efektivity s využitím doprovodných oprav kovových povrchů

2026-06-16

Nejnovější zprávy z obráběcího průmyslu v roce 2026: komplexní rozbor technické modernizace, snižování nákladů a zvyšování efektivity výrobních podniků

2026-06-01

Sdílet na

Zpět na seznam