V roce 1991 byla patentována nová technologie svařování (Friction Stir Welding = FSW), která vytváří pevné spoje mezi součástmi z hliníkových slitin s využitím tření. V principu jde o to, že spojení dvou hliníkových součástí probíhá za vysokých teplot, které nepřesahují bod tavení slitiny.
Zdrojem tepla je rotační nástroj, který se pohybuje podél spáry. Výhodou je vysoká kvalita spoje a jeho výborné mechanické vlastnosti, jako je pevnost a chování spoje při ohybu. Ve srovnání s ostatními metodami svařování má spoj vynikající únavové vlastnosti, protože neobsahuje vměstky a nečistoty. Spoje mohou být vytvořeny rychleji, při svařování nedochází k velkým deformacím a lze spojovat díly v tloušťkách od 1,6 do 30 mm. Nová technologie tak může nahradit klasické a většinou obtížné svařování součástí z hliníkových slitin v oborech jako je stavba lodí, letecký průmysl, výroba železničních vagónů, automobilový průmysl, chladírenství, a další.
Zavedení technologie FSW v civilním letectví bylo pomalejší, protože nově zaváděná technologie musí být plně zvládnutá a musí splňovat nároky na absolutní kvalitu vyrobených částí. FSW dosud využívá pouze jeden výrobce letadel a to firma Eclipse Aviation of Albuquerque v Novém Mexiku při výrobě lehkého dopravního letounu Eclipse 500. Díky použité technologii je cena letounu nižší než u konkurenčních strojů a ekonomické náklady na jednu letovou míli jsou ve srovnání s ostatními nízké
Rozložení teploty v průběhu svařování, symetrický model
O FSW technologii však uvažují i výrobci velkých dopravních letadel, kteří dosud při výrobě používají nýtování. Jedná se o výrobu ověřenou a spolehlivou avšak pomalou. Proto se evropský výrobce Airbusů, firma EADS (European Aeronautic Defence and Space), zabývá možností používat technologii FSW. Před investicí do nového zařízení je třeba brát v úvahu, že na velké letouny působí větší zatížení a mají kratší životnost než letadla menších kategorií. Je tedy nutné zvážit všechny příznivé i nepříznivé aspekty FSW. Hrají zde roli parametry jako je např. používaný materiál, průměr zařízení FSW a jeho další geometrie, rychlost svařování nebo přítlačná síla rotačního trnu.
Na zavedení nové technologie spolupracovalo několik institucí, mezi nimi také univerzita v Cambridge, která vytvořila teplotní model popisující proces svařování. K simulaci procesu posloužila 3D geometrie v programu COMSOL Multiphysics. Program řeší fyzikální úlohy popsané parciálními diferenciálními rovnicemi s následným řešením metodou konečných prvků. V tepelné analýze je vypočteno 3D teplotní pole vznikající předepsaným tepelným tokem mezi nástrojem a svařovaným materiálem. V průběhu simulace se zkoumají vlastnosti svařovaného materiálu a rozložení teplotního pole v blízkosti rotujícího svařovacího trnu. Pro výpočet byly použity dva nadstavbové moduly programu Heat Transfer a Chemical Engineering Modul.Svařování třením je složitý technologický proces, při němž probíhá mnoho změn a jeho simulace značnou měrou přispěla k řešení celé problematiky.
"Patented in 1991, Friction Stir Welding (FSW) has since been used widely to create strong joints in aluminum alloys. The aircraft industry has started to adapt this technology, and now the largest manufacturers - including Airbus - are studying how to cut manufacturing costs with it. First, though, they want computer simulations to help them fully understand the process before making massive investments in retooling their manufacturing lines." |