Исследователи из Департамента Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории энергетики (PNNL) в партнерстве с компаниями General Motors, Alcoa и TWB Co. LLC в корне изменили технологию сварки трением с перемешиванием (FSW) в сварочном процессе. Эта технология в настоящее время может быть применена для сварки алюминиевых листов разной толщины, что является ключевым фактором в производстве компонентов автомобилей, легких и одновременно прочных там, где это больше всего нужно.
Процесс, разработанный PNNL не только в 10 раз убыстряет скорость сварки по сравнению с существующими технологиями FSW, но и впервые полностью соответствует требованиям скоростных стандартов обработки крупногабаритных поверхностей. С его помощью создаются механически прочные и одновременно легковесные комплектующие, такие, например, как рама двери автомобиля, которая на 62% легче и на 25% дешевле, чем получаемая с использованием традиционных методов сварки.
Двухэтапный шестилетний проект финансируется Департаментом отдела энергетики по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии посредством неденежных вкладов партнеров от каждой из компаний-участниц.
Машина, работающая по технологии FSW, выглядит и функционирует как нечто среднее между сверлильным станком и швейной машинкой. Снижаясь над двумя металлическими листами, закрепленными впритык друг к другу, специальный контактный инструмент (бурт) с пином вращается над обоими стыками. Вдавливаясь и передвигаясь вдоль них, пин создает трение, которое нагревает, перемешивает и сваривает металл без его расплавления. Сварочный процесс образует шов 0,5 ММ, однако, он слишком тихоходен для производственных стандартов автомобильной промышленности.
PNNL создала десятки уникальных конструкций бурта различных формам, длин и диаметров пина. Они оправдали себя в отношении различных сварных параметров, таких как глубина, скорость вращения и угол инструмента. С помощью статистического анализа, лаборатория определила оптимальное сочетание спецификации инструмента и сварных параметров, которые могут поддерживать необходимее скоростные требования производства описываемых сварных работ.
Лаборатории PNNL создала спецификации бурта и сварки для компаний TWB Co. и GM. В TWB, в тесном сотрудничестве с GM, в дальнейшем самостоятельно сварили, отштамповали и испытали более 100 алюминиевых заготовок. GM также отштамповала свою первую полноразмерную раму внутренней двери, поставленную компанией TWB, − с полным отсутствием дефектов сварки алюминиевых листов различной толщины.
У TWB теперь имеется специальная FSW-машина на своём производственном объекте в городе Монро, штат Мичиган, собранная на основе технологии PNNL, которая может производить до 250 000 изделий в год.
