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.

Zrobotyzowana konserwacja w przemyśle chemicznym

Wykonywanie zadań konserwacyjnych i kontrolnych w krytycznych obszarach przy użyciu autonomicznego robota — to zadanie realizuje firma Evonik, działająca w branży chemii specjalistycznej, w ramach projektu innowacyjnego realizowanego z trzema partnerami w jednym z zakładów c...

odpornosc-chemiczna-posadzek-zywicznych-co-oznacza-fot-4
Partner kategorii:

Odporność posadzek żywicznych na chemię – co oznacza w praktyce?

Odporność chemiczną materiału należy rozpatrywać w odniesieniu do ściśle określonych substancji, które mogą pojawić się na jego powierzchni. Warto pamiętać o tym, że chemia to nie tylko silnie działające detergenty, paliwa czy specjalistyczne środki stosowane w przemyśle, ale ...

STAL_11-12_22_Piotr_Kurp_Hubert_Danielewski_PRZEMYSLOWE_TECHNOLOGIE_CIECIA_BLACH_iStock-1223281150
Partner kategorii:

Przegląd przemysłowych technologii cięcia blach

Odkąd metal i jego stopy stały się powszechnie wykorzystywane na skalę przemysłową, jednym z podstawowych półproduktów stały się blachy płaskie.  Obecnie produkty z blach płaskich stanowią znaczną część metalowego rynku obróbki metali. ...

Partner kategorii:

Czym kierować się przy wyborze wycinarki laserowej?

Technologia laserowego cięcia metali niewątpliwie zrewolucjonizowała przemysł. Obecnie na polskim rynku jest wiele firm dostarczających wycinarki laserowe. Czym kierować się przy wyborze takiego urządzenia? Przyjrzyjmy się temu nieco bliżej, odwołując się do kilk...

STAL_11-12_22_WSPOLPRACA_DROGA_DO_DYNAMICZNEGO_ROZWOJU_FOT_2
Partner kategorii:

„Działamy na zasadzie partnerstwa”. Współpraca drogą do dynamicznego rozwoju

Kompleksowa integracja produkcji to proces wielowymiarowy, wymagający cierpliwości, czasu, komunikacji, a przede wszystkim profesjonalnego podejścia i zrozumienia potrzeb konkretnego zakładu. O blaskach i cieniach procesu wdrażania oprogramowania w wywiadzie z re...

STAL_11-12_22_Hubert_Danielewski_ZLACZA_ZAKLADKOWE_JEDNO_ORAZ_ROZNOIMIENNE_iStock-595744716
Partner kategorii:

Spawanie laserowe złączy zakładkowych jedno- oraz różnoimiennych − analiza problemu

Technologie spawalnicze w ciągu ostatniego dziesięciolecia rozwijają się bardzo szybko, zwłaszcza za sprawą metod wykorzystujących skoncentrowany strumień energii, takich jak spawanie elektronowe, plazmowe oraz laserowe.

produkcja-polprzewodnikow-fot-1
Partner kategorii:

Europa musi pilnie rozpocząć produkcję półprzewodników

Szacuje się, że popyt na najnowocześniejsze chipy, generowany przez szybki rozwój technologii, takich jak sieci 5G, 6G oraz sztuczna inteligencja, będzie odpowiadał za ponad 40 proc. europejskiej konsumpcji półprzewodników do 2030 roku. Jednocześnie niedawno wprowadzone restry...

awaria-czy-usterka-fot-5
Partner kategorii:

Awaria czy usterka?

Czy awaria i usterka maszyny to to samo? Jakie są między nimi różnice i co na co wpływa? Artykuł wyjaśnia subtelną, ale istotną różnicę między tymi dwoma zjawiskami. Język jakim się posługujemy ma znaczenie. I to nie tylko w literatu...

cynk-a-ochrona-przeciwkorozyjna-stali-przeglad-zastosowan-fot-2
Partner kategorii:

Rola cynku w ochronie przeciwkorozyjnej stali – przegląd zastosowań

Metaliczny cynk, w różnych postaciach, jest nadal masowo i z doskonałymi rezultatami wykorzystywany w wielu technikach ochrony przed korozją konstrukcji i wyrobów stalowych eksploatowanych w różnych warunkach – w atmosferze, wodzie i ziemi. Niniejsze opracowanie ma na celu wsk...

reklama
reklama

Relacje

Katalog produktów

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.