Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem w zastosowaniu do stali

W toku finansowanego ze środków UE projektu "High integrity low distortion assembly" (HILDA) osiągnięto przełomowe postępy w doskonaleniu tej techniki zgrzewania stali. Partnerzy projektu wykazali, że metodą zgrzewania tarciowego w przemieszaniem (FSW) można spajać wszystkie gatunki stali używane w przemyśle stoczniowym.

Szczególnie dużo uwagi poświęcono testom mechanicznym spoin tarciowych z przemieszaniem na stali gatunku DH36. Pierwszym krokiem doświadczalnym na drodze do wyznaczenia limitów procesu FSW było scharakteryzowanie mikrostruktury.

Badania mikrostruktury dodatkowo przyniosły informacje na temat wad procesowych spoiny, które mogą negatywnie wpływać na jej wytrzymałość. Brak wad pozwala upewnić się, że wybrane parametry procesu spawania przyniosły odpowiednio wysoką jakość.

Dobieranie parametrów spawania to złożony proces obejmujący wiele wzajemnie powiązanych i dotychczas niedostatecznie poznanych zmiennych. Aby wypełnić tę lukę w wiedzy, połączono techniki modelowania mikrostrukturalnego i globalnego w celu poznania najważniejszych parametrów spawania i uzyskania możliwości prognozowania warunków po zakończeniu spawania.

Celem projektu jest stworzenie podstaw naukowych dla niezawodnego procesu zgrzewania tarciowego stali z przemieszaniem. Projekt HILDA poszerzy dostępną wiedzę metalurgiczną w celu prognozowania zmian fazowych i naprężeń występujących po zespawaniu. Wszystko to pozwoli stworzyć dla stoczni w UE opłacalny proces spawalniczy minimalizujący zniekształcenia materiału.

Popularyzacja metody FSW w zastosowaniu do stali wymaga jeszcze poprawy produktywności (szybkości spawania, trwałości oprzyrządowania i kosztów), poszerzenia zakresu możliwych geometrii spoin oraz gatunków i grubości stali, oraz opracowania stabilnych i przewidywalnych procesów wraz ze strategią zapewniania jakości.

Prace projektu HILDA dowiodły, że możliwe jest spawanie doczołowe stali, a parametry procesu sugerują, że po opracowaniu narzędzi z odpowiedniego materiału i o odpowiedniej konstrukcji powinno być możliwe spawanie stali również w innych geometriach, w tym zakładkowych i prostopadłych. Taka możliwość istnieje już w przypadku innych materiałów, na przykład aluminium.

Dokonano porównania kosztów i zalet spawania stali metodą FSW w jej obecnej, jeszcze niedojrzałej postaci, z kosztami istniejących technik zgrzewania stali, przede wszystkim spawania MIG, spawania łukiem krytym i hybrydowego spawania laserowego. Zidentyfikowano obszary, w których zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem może obniżyć koszty, zwiększyć bezpieczeństwo i poprawić jakość spoin, odnotowując jednocześnie potencjalne wady tej metody.