Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (FSW)

Tytułową metodę spawania opatentowano na początku lat 90. zeszłego wieku, czyli około dekadę wcześniej niż spawanie laserowe. Początkowo zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem (Friction Stir Welding, FSW) było jednak traktowane tylko jako ciekawostka, wykorzystywana w badaniach naukowych wyłącznie w laboratoriach. Szybko jednak stało się oczywiste, że dzięki licznym korzyściom, jakie zapewnia, warto jest zacząć wdrażać je na większą skalę również w przemyśle.

Wyróżnikiem tej techniki jest m.in. fakt, że materiały są ze sobą łączone bez konieczności ich podgrzewania do temperatury osiągającej punkt ich topnienia. To pozwala na spawanie tych, do których dotychczas proces ten nie miał zastosowania (albo był trudny) z powodu wysokiej temperatury ich topnienia. Niższa temperatura zgrzewania oznacza także mniejsze naprężenia, dzięki czemu nie jest wymagane tak dokładne pozycjonowanie spawanych płyt uwzględniające ewentualne przesunięcia w trakcie wykonywania spawu, jak w przypadku innych metod. Skraca to czas przygotowania, finalnie wpływając na wydajność produkcji.

Na czym polega spawanie metodą FSW?

Kolejną zaletą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem jest to, że nie wymaga korzystania z materiałów eksploatacyjnych, takich jak na przykład druty spawalnicze czy gazy osłonowe używane w spawaniu metodami, które zostały opisane na początku artykułu. Wpływa to na długoterminową opłacalność spawania. Tą metodą można też spawać płyty różnych grubości, materiały różnych typów, w tym o ekstremalnie wysokich temperaturach topnienia (stal węglowa, stal nierdzewna).

Ciepło w przypadku techniki FSW jest wytwarzane w wyniku tarcia, do którego dochodzi między powierzchnią łączonych materiałów a elementem roboczym zgrzewarki. Tym ostatnim zazwyczaj jest cylinder z wyprowadzoną końcówką. Obraca się on, przemieszczając się wzdłuż linii zgrzewu pomiędzy spawanymi płatami materiału (muszą być unieruchomione, aby się nie rozsunęły), z którą się styka i w którą w miarę przesuwania się coraz bardziej zagłębia się jego końcówka. Towarzyszące temu tarcie nagrzewa złącze, w obrębie którego materiał ulega uplastycznieniu, nie przekraczając jednak, jak wspomnieliśmy już wcześniej, punktu topnienia. Zazwyczaj osiągana temperatura nie przewyższa 80‒90% tej wartości.

Wraz z przemieszczaniem się cylindra uplastyczniony materiał ulega przemieszaniu, zaś stygnąc, tworzy jednorodny spaw. Istotne jest też to, że gotowa spoina jest "zimna", a oprócz tego pod względem właściwości, przy zachowaniu odpowiednich parametrów procesu, nie odbiega znacząco od materiału połączonych płatów.

Oprócz tego jakość spawów, które zostały wykonane metodą FSW, jest zwykle lepsza niż innymi technikami spawania. W takich przypadkach nie wymagają one zatem dodatkowej obróbki, jak szlifowanie, polerowanie czy prostowanie.