В 1991 г. Британским институтом сварки (TWI) был разработан новый метод получения сварных соединений, получивший общепринятое название «сварка трением с перемешиванием» (СТП) [1 – 5]. В работе [6] предлагалось использовать другое название – «способ соединения с использованием активации на поверхности раздела фаз». В последующие годы проходило интенсивное изучение данного процесса, направленное на совершенствование технологии и оборудования, результатом чего стало внедрение данного способа за рубежом в производство высокотехнологичных изделий в таких отраслях как вагоно-, судо-, авиастроение и других. Исследователи данного процесса считают, что если 10% общего объема формирования соединений в США заменить СТП, то будет достигнуто 1,28 · 1013 БТЕ/год сбережений энергии и на 500 фунтов/год меньше выделений парникового газа. Расчетная ежегодная экономическая выгода промышленности США от внедрения СТП $4,9 млрд/год [7].
Сварка трением с перемешиванием относится к процессам соединения материалов в твердой фазе.
Сущность процесса заключается в следующем
Для сварки используют инструмент, состоящий из двух основных частей, а именно: заплечика (утолщенная часть) и штыря (выступающая часть). Вращающийся с высокой скоростью инструмент в месте стыка вводится в соприкосновение с поверхностью заготовок так, чтобы штырь внедрился в заготовки на глубину примерно равную их толщине, а заплечик коснулся их поверхности. После чего инструмент перемещается по линии соединения со скоростью сварки. Нагретый в результате работы сил трения до пластического состояния и перемешанный вращающимся инструментом материал вытесняется в освобождающийся позади движущегося по линии стыка инструмента и ограниченный сверху заплечиком объем, в котором и формируется шов. По окончании сварки вращающийся инструмент поднимают и выводят из стыка.
Рисунок 1 – Схема процесса сварки трением с перемешиванием
СТП применяют в основном для соединения материалов со сравнительно низкой температурой плавления, прежде всего алюминиевых и магниевых сплавов.
Первые эксперименты были проведены на алюминиевых сплавах системы Al – Mg – Si (серия 6000), которые показали высокое качество полученных соединений [8 – 11]. Дальнейшее развитие СТП позволило сваривать алюминиевые сплавы систем Al – Cu (серия 2000) [12 – 15], Al – Mg (серия 5000) [16 – 18], Al – Zn – Mg – Cu (серия 7000) [19 – 22], Al – Li (серия 8000) [23]. Также выполнена сварка сплавов серии 1000 [24, 25]. О результатах по сварке трением с перемешиванием магниевых сплавов сообщается в работах [26 – 28]. Также предприняты успешные попытки сварки данным способом медных [29 – 31], цинковых [32], никелевых [7] и титановых сплавов [6, 33], а также сталей [34 – 38]. С помощью СТП сваривают алюминиевые сплавы толщиной от 0,2 мм [25] до 75 мм за один проход [39]. Скорость сварки при СТП достигает 2 – 3 м/мин на сплаве 6082 толщиной 5мм [40]. В [7] сообщается о проведенных в 2005 году в GKSS – GmbH (США) работах по сварке методом СТП тонких алюминиевых пластин со скоростью 780″/мин.