Простые изменения в технике могут привести к большим улучшениям, говорят исследователи A*STAR, изучающие, как скорость сварки и размещение материалов влияют на качество сварки между разнородными сплавами. Они обнаружили, что предел прочности при растяжении увеличивается с увеличением скорости сварки и становится еще выше, когда более мягкий сплав помещается на продвигающуюся сторону сварного шва.
Сварка трением с перемешиванием является относительно новым методом соединения плоских листов металлов и сплавов. Он больше всего подходит для соединения алюминия и сплавов на основе алюминия — материалов , сварка которых традиционно затруднена или невозможна. Кроме того, он имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки, в том числе лучший внешний вид сварного шва, улучшенные механические свойства, повышенную безопасность и более низкие затраты на настройку.
Сварка трением с перемешиванием, впервые продемонстрированная в 1991 году, в настоящее время широко применяется в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую и электронную. Недавний всплеск исследовательского интереса был сосредоточен на том, как лучше всего применять сварку трением с перемешиванием на разнородных сплавах; в частности, как температура, напряжения и потоки материала влияют на качество сварных швов между алюминиевыми сплавами AA6061 и AA7075 — конструкционными материалами, широко используемыми в конструкции колесных проставок, фюзеляжей самолетов и корпусов роботов.
Юнфэн Гуо и его команда из Сингапурского института производственных технологий A*STAR взялись за изучение механических свойств и микроструктуры сварных швов между AA6061 и AA7075 для пяти различных режимов сварки. Они обнаружили, что более высокая скорость сварки приводит к более качественным сварным швам, поскольку выделяется меньше тепла от трения. В результате более низкая температура означала, что у расплавленных материалов было мало времени для рекристаллизации, и, следовательно, размер их зерен стал меньше. Точно так же размещение алюминиевого сплава AA6061 на продвигающейся стороне привело к улучшению сварных швов, поскольку выделялось меньше тепла от трения.
Исследователи изучили «луковые кольца» — характерные узоры, образующиеся во время сварки трением с перемешиванием (см. изображение) — как на продвигающейся, так и на отступающей сторонах сварного шва. Они обнаружили, что в зоне рекристаллизации образовались множественные вихри, когда более мягкий алюминиевый сплав A6061 был помещен на продвигающуюся сторону сварного шва. Эти вихри улучшали перемешивание материалов и, следовательно, улучшали механические свойства сварного шва.
Полученные результаты имеют важное значение для материаловедения и разработки нового поколения машин для сварки трением с перемешиванием. «Соединение разнородных материалов — это проблема, с которой часто сталкиваются в промышленности, — говорит Го. «Сварка трением с перемешиванием позволяет сваривать разнородные материалы там, где сварка плавлением была бы неуместна».
