Zastosowanie zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW) do wykonywania połączeń doczołowych wysokowytrzymałych stopów aluminium stosowanych w przemyśle zbrojeniowym

Otrzymywanie wysokiej jakości połączeń spójnościowych umacnianych wydzieleniowo stopów aluminium stanowi jedną z decydujących batalii na froncie rozwoju współczesnej techniki. Jest też istotnym motorem postępu przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego i zbrojeniowego.

Przykładami wysokowytrzymałych stopów aluminium wykorzystywanych w konstrukcjach wojskowych są:

  • AA2519, znajdujący zastosowanie jako materiał na pancerze bojowych wozów piechoty [1]
  • AA7075, stosowany na poszycie i elementy konstrukcji nośnej samolotów bojowych [2], opancerzenie [3] oraz komponenty amunicji podkalibrowej [4].

Wysokie parametry wytrzymałościowe tych materiałów ulegają znacznej redukcji w wyniku realizacji połączeń spójnościowych z wykorzystaniem tradycyjnych technik spawalniczych [5, 6]. Z uwagi na rozpuszczanie się wydzieleń faz umacniających przyjmuje się, że wytrzymałość umacnianego wydzieleniowo stopu aluminium po procesie spawania jest bliska jego wytrzymałości w stanie wyżarzonym [7].

Technika zgrzewania tarciowego z przemieszaniem – FSW

Opracowana u schyłku minionego stulecia technika zgrzewania tarciowego z przemieszaniem − FSW (ang. friction stir welding) stanowi istotny przełom w zakresie spajania stopów aluminium, w tym także umacnianych wydzieleniowo [5, 8, 9]. Spajanie techniką FSW polega na wprowadzeniu pomiędzy stykające się krawędzie łączonych elementów obracającego się narzędzia z odpowiednio uformowanym kołnierzem a także trzpieniem. Ciepło, wytworzone przez tarcie kołnierza dociśniętego do powierzchni spajanych elementów, doprowadza materiał do stanu uplastycznienia. Jednocześnie narzędzie przemieszcza się wzdłuż linii styku łączonych elementów i tworzy złącze poprzez mieszanie uplastycznionego materiału swoim trzpieniem. Powstała na skutek znacznego odkształcenia plastycznego w podwyższonej temperaturze zgrzeina charakteryzuje się drobnoziarnistą strukturą, co przekłada się na korzystne właściwości wytrzymałościowe połączeń [5, 10].

Rozpatrując stopy umacniane wydzieleniowo, takie jak AA2519-T62 i AA7075-T651, należy uwzględnić fakt, że temperatura procesu zgrzewania prowadzi do częściowego przestarzenia a także rozpuszczenia faz umacniających w łączonych materiałach [11, 12]. Nie są to jednak zmiany tak daleko idące jak w przypadku całkowitego stopienia materiału zachodzącego w procesie spawania, przez co połączenia FSW tej grupy materiałów na ogół deklasują konwencjonalne techniki spajania pod względem wytrzymałości złączy [5].

Metodologia

Stopami wykorzystanymi w badaniach były AA2519-T62 oraz AA7075-T651 w postaci blach o grubości 5 mm. Połączenia doczołowe zostały wykonane przy użyciu maszyny ESAB FSW Legio 4UT (rys. 1) z wykorzystaniem tego samego zestawu parametrów dla obu materiałów:

400 obr./min prędkości obrotowej narzędzia i 100 mm/min prędkości posuwu narzędzia (prędkości zgrzewania).

STAL_9-10_22_Robert_Kosturek_POLACZENIA_DOCZOLOWE_STOPOW_ALUMINIUM_RYS_1
Rys. 1. Realizacja procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem; zdjęcie: autor

Obserwacje makrostruktury otrzymanych połączeń zostały przeprowadzone na mikroskopie konfokalnym Olympus LEXT OLS 4100. Struktura materiału została ujawniona poprzez trawienie odczynnikiem Kellera o składzie:

  • 20 ml H2O,
  • 5 ml 63% HNO3,
  • 1 ml 36% HCl,
  • 1 kropla 40% HF przez czas 10 sekund.

Pomiary mikrotwardości wykonano zgodnie z normą PN-EN ISO 6507 za pomocą mikrotwardościomierza Struers DURA SCAN 70, zadając obciążenie 0,98 N. Ścieżki pomiarowe zostały poprowadzone w połowie wysokości zgrzewanych elementów. Podstawowe właściwości mechaniczne połączeń zostały wyznaczone w statycznej próbie rozciągania zrealizowanej na maszynie wytrzymałościowej Instron 8802 MTL zgodnie z normą ASTM E8/E8M-13a.

inwestycje na robotyzację

Inwestycje w robotyzację wciąż niedostateczne

Do 2025 roku prawie połowa polskich firm planuje wdrożenie nowych technologii. Dużych przedsiębiorców interesuje zwłaszcza inwestycja w robotyzację i mają na to zaplanowane budżety. Mniejsze firmy również skorzystałyby na automatyzacji procesów, ale brakuje im instrumentów w...

Partner kategorii:

Megatrendy w produkcji stali na najbliższe lata

Ostatnie lata to prawdziwa rewolucja w przemyśle. W jakim stanie znajduje się obecnie polskie hutnictwo? Jakie są perspektywy produkcji stali? Na te pytania odpowiada dr hab. inż. Bożena Gajdzik, prof. Politechniki Śląskiej.

polska-branza-elementow-zlacznych

Polska branża elementów złącznych. Wyzwania w 2024 roku

Wraz z dynamicznym rozwojem technologii i ewolucją wymagań rynkowych, branża przemysłowa, zwłaszcza segment elementów złącznych, stoi przed szeregiem wyzwań. Polska, będąca jednym z kluczowych graczy na rynku europejskim  w dziedzinie produkc...

STAL_1-2_24_Zbigniew_Brytan_DRUK_3D_WIZJA_PROJEKTU_SYNAM_iStock-1778608288
Partner kategorii:

Rozwój materiałów i procesów w druku 3D: wizja projektu SynAM pod kierownictwem Politechniki Śląskiej

Z artykułu dowiesz się: jakie możliwości daje technologia wytwarzania addytywnego;jakie problemy pozostają do rozwiązania w związku z rozwojem tej dziedziny;na czym polega projekt SynAM.

telematyka-w-transporcie-korzysta-z-niej-4-na-10-polskich-firm

4 na 10 polskich firm korzysta z telematyki w transporcie

Według międzynarodowej organizacji, zajmującej się bezpieczeństwem dostaw w branży zaawansowanych technologii, w pierwszym półroczu 2023 roku odnotowano w 67 krajach w rejonie EMEA blisko 50 tys. przestępstw dokonanych na przewożony towar. W Europie najwięcej takich sytuacji m...

Partner kategorii:

Mazak Emo Encore – wyjątkowe dni otwarte w Pradze

W dniach 31 stycznia – 1 lutego w Pradze odbyły się dni otwarte Mazak Emo Encore. Goście mieli okazję nie tylko wysłuchać prelekcji poświęconych najważniejszym technologicznym dokonaniom firmy, ale także zobaczyć na żywo działan...

Wybrane maszyny i urządzenia stosowane w procesach gięcia

W niniejszym artykule dokonano przeglądu maszyn i urządzeń wykorzystywanych w procesach gięcia rur, profili, drutu oraz sprężyn. Przedstawiono charakterystykę giętarek wybranych producentów dostępnych na rynku polskim. Urządzenia podzielono na: giętarki trzpieniowe, giętarki b...

Metody łamania wiórów w obróbce skrawaniem cz. I

Z artykułu dowiesz się: jak klasyfikowane są wióry;jak powinien wyglądać cykl łamania wiórów;co wpływa na sposób łamania. Jednym z najczęściej stosowanych sposobów wytwarz...

metawersum w fabryce przemysłowej

Inteligentne fabryki kluczowym trendem dla ponad 80 proc. przedstawicieli sektora przemysłowego

Zastosowanie nowoczesnych technologii cyfrowych pozwala obniżyć koszty produkcji nawet o jedną trzecią! Po latach funkcjonowania w niestabilnej rzeczywistości geopolitycznej i gospodarczej, przedstawiciele sektora przemysłowego z...

dach-hali-stalowej-rodzaje-wady-i-zalety-zastosowania-fot-2

Konstrukcja dachu hali stalowej

Dach w każdym budynku, niezależnie od jego rozmiarów jest niebywale istotnym elementem, który wraz ze ścianami tworzy wygrodzenie kubatury wewnętrznej obiektu chroniąc ją przed zewnętrznymi zjawiskami atmosferycznymi. Dach, jak...

seminarium obróbki laserowej

Analiza możliwości cięcia laserowego 3D za pomocą lasera gazowego CO2

Z artykułu dowiesz się: czym jest obróbka 3D i cięcie 3D;jakie elementy wpływają na innowacyjność procesu cięcia;o badaniach nad wykorzystaniem laserów gazowych CO2. Czy m...

Partner kategorii:

Kontrola głębokości wtopienia w czasie rzeczywistym w procesie spawania laserowego z wykorzystaniem interferometrycznego pomiaru odległości − cz. II

Z artykułu dowiesz się: jak były wykonywane badania poprawności pomiaru głębokości wtopienia laserowego;z jakich urządzeń skorzystano podczas pomiarów;jakie uzyskano wyniki pomiarowe.

jednodniowa-konferencja-axon-media-z-obszaru-ur-w-legnicy
Partner kategorii:

Spotkanie branżowe z obszaru UR w Polsce – Konferencja Techniczna w Legnicy

Już 5 marca 2024 roku w legnickim hotelu Qubus odbędzie się wydarzenie skierowane do przedstawicieli działów UR - „Niezawodność i Utrzymanie Ruchu w zakładach produkcyjnych”. To dobra okazja, by zapoznać się z nowinkami z branży, wysłuchać specjalistów i podnieść kompetencje, ...

logo-na-elewacji-zmora-kierownika-budowy-i-gw-fot-3

Logo na elewacji – zmora Kierownika Budowy i GW

W branży budowlanej, zwłaszcza w przypadku budynków przemysłowych, takich jak hale i obiekty wielkopowierzchniowe oznakowania są tak samo istotne jak pozostałe elementy wyposażenia. Jednak, gdy nadchodzi moment umieszczenia logo na ...

czyszczenie laserowe
Partner kategorii:

Bezpieczeństwo pracy z laserami czyszczącymi

Na czym polega technologia czyszczenia laserowego i jakie są jej zalety? Co wyróżnia lasery czyszczące spośród innych technologii? Uniwersalność procesu czyszczenia laserowego sprawia, że może być z powodzeniem stosowan...

sektor-nieruchomosci-handlowych-a-biura-parki-handlowe-atrakcyjniejsze

Parki handlowe atrakcyjniejszymi aktywami niż biurowce

Parki handlowe i obiekty typu convenience umocniły w minionym roku swoją pozycję na rynku transakcji inwestycyjnych w Polsce. W 2024 roku sektor nieruchomości handlowych nadal będzie przyciągał inwestorów tego typu aktywami, które uważane są za jedną z najbezpieczniejszych opc...

Relacje

Katalog produktów

Sklep

STAL Metale & Nowe Technologie 11-12/23

STAL Metale & Nowe Technologie 11-12/23

Zamów
Nowoczesne Hale 1/2024

Nowoczesne Hale 1/2024

Zamów
Utrzymanie Ruchu 1/2023

Utrzymanie Ruchu 1/2023

Zamów
Fastener 1/2023

Fastener 1/2023

Zamów
Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Zamów
Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Zamów
Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Zamów
Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Zamów
Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Zamów
Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Zamów
Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Zamów
Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Zamów
Poznaj nasze serwisy

Nasze strony wykorzystują pliki cookies. Korzystanie z naszych stron internetowych bez zmiany ustawień przeglądarki dotyczących plików cookies oznacza, że zgadzacie się Państwo na umieszczenie ich w Państwa urządzeniu końcowym. Więcej szczegółów w Polityce prywatności.