Сварка трением с перемешиванием кузовных частей автомобиля

Как за счет нового метода сварки деталей, автомобили стали легче, а дизайн интересней

Метод сварки трением с перемешиванием (СТП) придуман и запатентован в 1991 году промышленным исследовательским Институтом сварки недалеко от Кембриджа, Англия. Метод был известен в СССР и в 1967 году запатентован Ю. В. Клименко, но не коммерциализирован. В середине 1990-х две скандинавские алюминиево-экструзивные компании стали первыми использовать технологию в своих целях. Затем метод получил распространение в авиакосмической промышленности и постепенно проник в автомобильную сферу.

Классическая сварка бывает дуговой и контактной

При дуговой сварке по дуге бежит электрический ток, дуга касается места соединения двух кусков металла расплавляя место соприкосновения до расплавленного состояния. Для увеличения массы, к месту соединения прикладывают сварочную проволоку присадочного металла. За счет термообработки метал становиться мягче и деформируется, атомные связи смешиваются и после застывания на месте сварочного шва образуется твердое соединение.
Контактная сварка применяется на конвейерных сборках. По месту соединения двух деталей бежит ток, расплавляя метал. После размокания, зону соединения сжимают и детали, застывая, скрепляются.
В противоположность классическим методам, сварка трением с перемешиванием это твердотельный метод сварки, т.е. он не соединяет детали за счет расплавления металла. Связь между металлами возникает за счет давления и трения.

Как работает

При сварке трением с перемешиванием быстро вращающийся инструмент медленно погружают в стык свариваемых деталей на глубину, примерно равной толщине соединяемых кромок. Затем инструмент двигается вдоль линии стыка соединяемых деталей. При этом опорный бурт, вращаясь, энергично давит на поверхность кромок. За счет внутреннего трения материал разогревается и деформируется. Одновременно вращающийся наконечник обеспечивает перемешивание материала и его вытеснение в освобождающееся позади инструмента пространство.
Преимущества СТП в том, что можно сварить разные виды металлов друг с другом, например сталь с алюминием. До изобретения СТП это было трудоемким, дорогостоящим процессом, а хрупкое соединение, которое часто было результатом попыток такой сварки, не подходило для несущих конструкций.

В каких автомобилях применяют метод трения с перемешиванием

Методом трения с перемешиванием крепят стальные шипы к алюминиевой панели внутри багажника Mazda MX-5/Miata.

Передний подрамник в Honda Accord, несущий на себе вес двигателя и некоторые компоненты подвески, сделан на половину из стали и алюминия. Соединительные швы между сталью и алюминием, за счет СТП формируют новое железоалюминиевое химическое соединение – Fe4A113, такое же прочное, как при обычной сварке однородных металлов. Химическое соединение Fe4A113, образующееся между сталью и алюминием, уменьшает вероятность коррозии от соприкосновения двух разных металлов (гальваническая или биметаллическая коррозия).

Модели в которых применяют сварку трением с перемешиванием:

2013 Honda Accord (передний подрамник);
2010 Toyota Prius (задняя дверь);
2007 Audi R8 (часть пространственной рамы);
2006 Mazda MX-5 Miata (багажник и капот);
2005 Ford GT (часть пространственной рамы);
2004 Mazda RX-8 (задняя дверь и капот);
2003 Lincoln Town Car L (элементы подвески);
2001 Volvo V70 (рама заднего сидения).

Плюсы

• Можно точечно сварить тонкие листы алюминия, как в случае с панелями багажника MX-5;
• Классическая сварка плавлением может случайно прожечь дырки в свариваемых тонких листах алюминия, а с СТП такие повреждения менее вероятны, так как термического воздействия намного меньше;
• По сравнению со сваркой плавлением, при СТП нужно в 2-5 раз меньше электроэнергии;
• В отличие от дуговой сварки кузова автомобиля, которая добавляет вес в виде швов из сварочной проволоки присадочного металла, СТП вес не добавляет. Применяя СТП автопроизводителям удается уменьшить вес автомобиля, что снижает его расход топлива;
• Методом СТП можно сваривать разнородные металлы, что дает возможность использовать в конструкции кузова больше алюминия, снижая вес автомобиля.