Sudarea prin frecare cu element activ rotitor: sudarea la cost redus a tablelor de oțel și a altor materiale cu punct de topire ridicat

Data publicării:

2025-06-11

Honda a dezvoltat o tehnologie adecvată producției de serie pentru sudarea oțelului și a aliajelor de aluminiu prin frecare cu element activ rotitor, iar Universitatea Tohoku din Japonia și Hitachi au dezvoltat o sculă de amestecare din aliaj de cobalt care poate suda metale cu punct de topire ridicat, precum oțelul și titanul. Aplicațiile sudării prin frecare cu element activ rotitor (FSW: Friction Stir Welding), anterior limitate la scară de serie la metale cu punct de topire scăzut precum aliajele de aluminiu, de cupru și de magneziu, încep să se extindă la metale cu punct de topire mai ridicat, precum oțelul*1.

*1 La presiune atmosferică standard, punctul de topire al aluminiului este de 660℃, al cuprului de 1083℃, iar al magneziului de 651℃. În schimb, cel al fierului ajunge la 1539℃, iar al titanului la 1727℃.

Căldura de frecare înmoaie metalul până la o stare vâscoasă

Sudarea prin frecare cu amestecare este o tehnologie care utilizează o sculă de amestecare cilindrică având la capăt o proeminență (pin de amestecare). Dinspre partea de sus a zonei ce trebuie sudată a două plăci (materiale de bază) așezate cap la cap sau suprapuse, scula este rotită și presată simultan, îmbinând cele două plăci prin sudare.

Căldura produsă prin frecarea dintre pinul de amestecare în rotație și placă înmoaie metalul din jurul pinului până la o stare vâscoasă, permițând pinului rotativ să pătrundă în placă. Astfel, metalul înmuiat din jurul pinului se amestecă (are loc curgerea plastică), unind cele două plăci metalice într-un singur corp, sau la suprafața de îmbinare a celor două plăci se formează legături metalice care le unesc.

Anterior lipseau sculele de amestecare rezistente la temperaturi înalte

Sudarea prin frecare cu amestecare are următoarele patru avantaje: （1）deoarece îmbinarea se realizează fără topirea materialului de bază (sudare în fază solidă), deformările și defectele de sudare sunt reduse, ceea ce permite îmbunătățirea calității produselor și reducerea costurilor; （2）consumă mai puțină energie decât sudarea prin topire; （3）nu necesită gaz de protecție; （4）produce zgomot redus și nu generează praf. În plus, tehnologia este foarte eficientă și pentru sudarea materialelor diferite, atrăgând astfel o atenție deosebită în sector; se așteaptă obținerea unor efecte precum reducerea masei prin alegerea materialelor potrivite pentru fiecare zonă*2. Totuși, după cum s-a menționat la începutul articolului, materialele pentru care sudarea prin frecare cu amestecare putea fi utilizată anterior la nivelul producției de serie erau limitate la metale cu punct de topire scăzut.

*2 Comparativ cu sudarea în fază lichidă, care topește materialul de bază, adică sudarea prin topire, sudarea prin frecare cu amestecare are o temperatură mai scăzută, iar aportul termic poate fi controlat ușor prin stabilirea condițiilor de sudare. Astfel poate fi redusă cu ușurință formarea compușilor intermetalici, principala cauză a scăderii rezistenței îmbinării sudate. Reducerea grosimii stratului de compuși intermetalici poate crește rezistența zonei sudate. Și în sudarea prin frecare cu amestecare, amestecarea excesivă produce cantități mari de compuși intermetalici.

Motivul pentru care utilizarea sudării prin frecare cu amestecare era anterior limitată la metale cu punct de topire scăzut a fost lipsa unor scule de amestecare ieftine, rezistente la temperaturi înalte și adecvate producției de serie. La sudarea aliajelor de aluminiu prin frecare cu amestecare se folosesc, de regulă, scule fabricate din materiale feroase precum oțelul de scule. Când asemenea scule sunt folosite pentru sudarea oțelului, aliajelor de titan și a altor metale cu punct de topire ridicat, în intervalul de temperatură înaltă necesar înmuierii acestor metale se înmoaie și scula, provocând o uzură severă care o face inutilizabilă. Deși au fost dezvoltate scule din materiale neferoase precum ceramica și aliajele de wolfram-reniu, acestea sunt foarte scumpe și nu sunt potrivite pentru producția de serie.

Expunerea unei suprafețe proaspete a oțelului fără a-l amesteca

Tehnologia dezvoltată de Honda pentru sudarea oțelului cu aliajul de aluminiu prin frecare cu amestecare este utilizată pentru îmbinarea materialelor de bază din oțel și aliaj de aluminiu suprapuse. Principala sa caracteristică este că amestecă doar aliajul de aluminiu, fără să amestece oțelul (imaginea de jos din figura 1). Astfel se previne creșterea excesivă a temperaturii sculei de amestecare.

Oțelul și aliajul de aluminiu pot fi sudate împreună fără amestecarea oțelului deoarece între ele se formează legături metalice. Cu alte cuvinte, această tehnologie nu amestecă oțelul, ci îndepărtează pelicula de acoperire și pelicula de oxid de pe suprafața lui. În acest mod este expusă suprafața proaspătă a oțelului și se formează legături metalice cu aliajul de aluminiu a cărui activitate a fost mărită prin amestecare. Aceste legături metalice unesc oțelul și aliajul de aluminiu într-un singur corp*3.

*3 Pătrunderea apei sau a altor substanțe între oțel și aliajul de aluminiu provoacă coroziune bimetalică (electrocoroziune); această tehnologie previne fenomenul prin introducerea unei pelicule de siliciu între oțel și aliajul de aluminiu.

Honda a utilizat această tehnologie la subcadrul frontal al noului „Accord” destinat pieței nord-americane, obținând multiple efecte (figura 2). Mai exact, masa a fost redusă cu 25％ față de subcadrul anterior din oțel, iar consumul de energie electrică la sudare a scăzut cu aproximativ 50％. De asemenea, tehnologia a fost folosită pentru modificarea structurii zonei de montare a suspensiei pe subcadru, crescând rigiditatea zonei de montare cu 20％ și contribuind astfel la îmbunătățirea performanțelor dinamice ale vehiculului.

Extinderea domeniilor de aplicare prin materiale noi

Pe de altă parte, Universitatea Tohoku, Hitachi și compania Hitachi Kinzoku Seimitsu Kiki au dezvoltat o sculă de amestecare cu preț relativ redus și rezistentă la temperaturi înalte, extinzând astfel domeniul de aplicare al sudării prin frecare cu amestecare (figura 3). Materialul utilizat pentru această sculă a fost dezvoltat în comun de Universitatea Tohoku și Hitachi, iar tehnologia de producție de serie a materialului și a sculei (piesă turnată) a fost dezvoltată cu succes în comun de Hitachi și Hitachi Kinzoku Seimitsu. Scula poate fi utilizată pentru sudarea prin frecare cu amestecare a metalelor cu punct de topire ridicat, precum oțelul și aliajele de titan și de zirconiu, comercializarea fiind prevăzută să înceapă în toamna anului 2013. Deși Hitachi Kinzoku Seimitsu Kiki a declarat că „prețul va fi discutat ulterior”, se estimează că acesta va fi stabilit într-un interval care să permită utilizarea la nivelul producției de serie.

Materialul dezvoltat de Universitatea Tohoku și de alte organizații pentru sculele de sudare prin frecare cu amestecare este un aliaj de cobalt în care sunt distribuiți compuși intermetalici ce își păstrează rezistența ridicată chiar și la temperaturi înalte. Mai exact, Co3（Al，W） este distribuit într-un aliaj pe bază de cobalt. Esențial este ca Co3（Al，W） să aibă o distribuție fină și uniformă, iar cantitatea distribuită și forma limitelor de grăunte să se apropie de starea dorită. Pentru aceasta au fost adoptate o compoziție și o metodă de tratament termic mai adecvate.

Materialele avute în vedere în prezent pentru utilizarea acestei scule de amestecare sunt oțelul carbon, oțelul de înaltă rezistență la tracțiune, aliajele de titan (Ti-6Al-4V etc.), titanul pur și aliajele de cupru. Deși unele materiale sunt greu de prelucrat cu această sculă din cauza rezistenței, grosimii și altor factori, în linii mari, sunt vizate materialele pentru care temperatura sculei de amestecare (temperatura de îmbinare) în timpul sudării prin frecare cu amestecare ajunge la cel mult aproximativ 1000℃.

Pagina anterioară

Prelungirea duratei de viață a corpurilor metalice: a fost dezvoltat cu succes agentul anticoroziv cu autoreparare Jufudun

FCSE | Cercetare de frontieră: acoperire anticorozivă cu «autoreparare» activată de lumina solară

Pagina următoare

Pagina anterioară:

Prelungirea duratei de viață a corpurilor metalice: a fost dezvoltat cu succes agentul anticoroziv cu autoreparare Jufudun

Pagina următoare:

FCSE | Cercetare de frontieră: acoperire anticorozivă cu «autoreparare» activată de lumina solară

Știri conexe

Prezentarea produselor de prelucrare mecanică în 2026: soluții profesionale Wuhan Kaiming High-Tech pentru repararea suprafețelor metalice ale echipamentelor mecanice

2026-08-15

Explicarea detaliată a principiilor prelucrării mecanice în 2026: informații practice despre repararea profesională a suprafețelor metalice ale echipamentelor mecanice

2026-07-31

Analiza completă a problemelor frecvente de prelucrare mecanică în 2026: ghid practic pentru remedierea defecțiunilor de proces și optimizarea eficientă

2026-07-16

Precauții pentru întregul proces de prelucrare mecanică în 2026: ghid practic pentru reducerea costurilor, îmbunătățirea calității și evitarea defecțiunilor

2026-07-01

Inventarul aplicațiilor prelucrării mecanice în toate industriile în 2026: ghid pentru reducerea costurilor și creșterea eficienței prin repararea complementară a suprafețelor metalice

2026-06-16

Cele mai recente știri din industria prelucrării mecanice în 2026: analiză completă a modernizării tehnologice, reducerii costurilor și creșterii eficienței pentru întreprinderile de producție

2026-06-01

Distribuiți pe

Înapoi la listă