ZAVARIVANJE LEGURE ALUMINIJUMA 5086 FSW POSTUPKOM

Darko Bajić, Sanja Miljani

Ključne riječi: zavarivanje, FSW, trenje, čelo alata, trn alata, mehanička svojstva

Sažetak: Pri konvencionalnim postupcima elektrolučnog zavarivanja aluminijuma i njegovih legura, pored velike visprenosti zavarivača, neophodna je kvalitetna priprema stranica spoja, dodatni elektrodni materijal, gasna zaštita zone zavarivanja i adekvatni parametrizavarivanja. Zahvaljujući razvoju princima FSW postupka, kvaliteta zavarivanja aluminija i njegovih legura, prije svega, zavisi od geometrije alata za zavarivanje i parametara zavarivanja: brzine rotacije, aksijalne sile i brzine translatornog kretanja alata.

1. UVODZavarivanje trenjem koristi kombinaciju toplotne i mehaničke energije tako što se trenjem između dva elementadobiva toplina na dodirnim površinama. Bar jedan od ova dva elementamora vršiti rotaciono kretanje. Oslobođena toplota na kontaktnoj površini dva elementa materijal u tjestasto stanje, a djelovanjem osne sile ostvaruje se zavareni spoj.Zahvaljujući istiskivanju dijela materijala, u tom vijencuizbacuju se oksidi i nečistoće,pa je mikrostruktura spoja povoljna.Kod elemenata kvadratnog poprečnog presjeka, primjenom tehnike rotacije jednog ili oba elementa daje rezultate i moguće je izvršiti spajanje materijala pod uslovom da im se podužne ose poklapaju.Zavisno od raspoložive opreme, elemente pravougaonog poprečnog presjeka je takođe moguće zavariti trenjem. Potrebna toplota se generiše pomjeranjem, najčešće jednog elementa ili istovremeno suprotnosmjerno pomjeranje oba radna elementa. Zavarivanje trenjem miješanjem ili FSW zavarivanje (eng. Friction Stir Welding)patentirano je 1991. godine od strane TheWeldingInstituteofCambridgeU.K.(TWI). Prvenstveno je bilo namjenjeno zavarivanju aluminijuma i kao takvo je patentirano. Usled habanja alata za zavarivanje, postupak se najviše komercijalno koristi za zavarivanje mekih materijala: aluminijuma, bakra, cinka, magnezijuma, a u posljednje vrijeme i jednog broja čeličnih materijala.Zahvaljujući razvoju, prije svega novih materija i mašina alatki, FSW postupak ima primjenu praktično u svim granama industrije, a posebno u avio, željezničkoj, automobilskoj i procesnoj industriji.Shematski prikaz FSW postupka zavarivanja dat ja na slici 1.

Shematski prikaz zavarivanja trenjem miješanjemSlika 1. Shematski prikaz zavarivanja trenjem miješanjem

2. UTICAJNI PARAMETRIFSW POSTUPKA

Kvalitetu zavarenih spojeva izvedenih postupkom zavarivanja trenjem sa miješanjem determiniran je s više parametara kao i karakteristikama materijala koji učestvuju u procesu zavarivanja. Determinišući parametri i karakteristike materijala utiču na brzinu i količinu generiranje toplote, temperaturno polje, temperaturu hlađenja, obrtni moment i snagu. Najveći utjecaj na kvalitetu zavarivanja trenjem miješanjem imaju sljedeći parametri [3-8]:

  • Brzina obrtanja alata,
  • Brzina zavarivanja – translatorna brzina,
  • Sila u pravcu osealata –aksijalna sila ,
  • Nagibni ugao alata,
  • Odnos brzine rotacije i brzine zavarivanja,
  • Geometrija alata

Tri osnovna parametra su:Brzina obrtanja alata(ugaona brzina-ω): tokom procesa FSW zavarivanja je konstantna (1001600o/min), jer svaka promjena predstavlja rizik koji dovodi do oštećenja alata. Translatorna brzina: je brzina zavarivanja također. Njen izbor zavisi prvenstveno od mehaničkih svojstava zavarivanog materijala i njegove debljine, kao i od usvojene brzine obrtanja alata. Aksijalna sila (Fa): omogućava prodiranje alata u osnovni materijal (slika 2). Maksimalnu vrijednost se postiže u trenutku prodiranja trna kroz materijal koji se zavaruje, a minimalnu vrijednost na završetku faze prodiranja, kada se formira početna rupa (eng. Keyhole). U literaturi se aksijalna sila često naziva i sila zavarivanja.

Sile koje djeluju na alat tokom procesa zavarivanjaSlika 2. Sile koje djeluju na alat tokom procesa zavarivanja

Da bi se dobio kvalitetno zavareni spoj FSW postupkom potrebna je optimalna kombinacija vrijednosti navedenih parametara koje je za sada isključivo moguće utvrditi eksperimentalnim metodama. Termo-fizičke karakteristike materijala koji se zavaruju i njihova debljina su dva osnovna faktora koja utiču na vrijednost parametara.Proces FSW zavarivanja dva radna elementa se odvija kroz dvije faze[1]:

  • generisanje toplote u osnovnom materijalu i
  • zavarivanje

Dodatne informacije možete preuzeti na linku u nastavku.