Математические модели.

Одной из программ для создания математических моделей сварки трением с перемешиванием является STIR3D^TM software. В ней происходит симуляция процесса фрикционной сварки. Сущность симуляции заключается в том, что динамика внутри сварной зоны может быть исследована с помощью 3-D Navier-Stoke уравнений и на принципах нелинейной механики. Образцы рассчитаны с использованием уравнений кинематики и динамики жидкостей. Такой подход обеспечивает последовательное и объединенное применение соответствующих уравнений математики и физики и приносит результаты, которые соответствуют реальным сварочным процессам.

Параметры которые вводятся в STIR3D software включают в себя геометрию инструмента, свойства материалов, операционные условия такие как скорость сварки, скорость вращения фрезы, угол наклона фрезы и глубина её погружения. STIR3D software создает широкий набор выходных данных для анализа и моделирования. Туда входят:

• 3-D скорость материала и распределение давления

• температура и создание температурных областей

• распределение силы на всей поверхности инструмента

• Сила инструмента и вращающийся момент

Промышленное применение. Сварка перемешиванием в авиакосмической промышленности

Технология сварки перемешиванием активно используется в авиастроении в производстве коммерческих и военных воздушных судов. Подразделение компании Boeing (США) применяет этот вид сварки для тонких соединений встык, внахлест и T-образных соединений, а также толстых стыковых. В производстве сложных деталей авиатехники также существует большая потребность в сварке на изогнутых участках. Компания Boeing продемонстрировала криволинейную сварку перемешиванием сложной створки шасси самолета, а также многослойных элементов со свариванием Т-образных соединений. Самолет-истребитель, на котором применялся этот вид сварки, уже прошел успешные полетные испытания.

Корпорация Eclipse Aviation Corporation (США) приняла решение использовать сварку перемешиванием вместо традиционной клепки. Это было первое применение данной технологии в производстве самолетов для коммерческой авиации и сопровождалось рекордным снижением времени и стоимости сборки воздушных судов. Применение сварки перемешиванием при изготовлении легкого пассажирского самолета Eclipse 500 позволило отказаться от 7000 единиц заклепок и крепежей. Сварка заменила все связанные с этими процессами операции и привела к значительному росту производительности – в 4 раза по сравнению с автоматизированной клепкой и в 20 раз – по сравнению с ручной. Кроме того, по сравнению с клепкой повысилась (до 3 раз) прочность соединений, а также улучшились характеристики их усталостной прочности. Тестирование полноразмерного, сваренного перемешиванием полого цилиндра, имитирующего фюзеляж самолета, показало, что усталостная стойкость такого фюзеляжа превысит срок службы самого самолета в несколько раз. Согласно руководству по эксплуатации Eclipse 500, изданному в 2006 году, самолету гарантируется минимальный срок службы 10 000 часов или 10 лет, в зависимости от того, что наступит раньше.

Авиационно-космической промышленностью США с помощью сварки перемешиванием изготавливаются из высокопрочных алюминиевых сплавов крупные отсеки для спутников. Первая ракета с отсеком-модулем, расположенным между ступенями и сваренным таким методом, была успешно запущена в августе 1999 года. В отчете компании Boeing отмечалось, что «особая конструкция спутниковых ракетоносителей Delta II и Delta IV, полученная с использованием сварки трением с перемешиванием, позволила снизить себестоимость производства на 60% и сократить производственный цикл с 23 до 6 дней».