Hàn ma sát khuấy (FSW) có thể ứng dụng trên hợp kim titan không?

Vào năm 2014, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã khởi xướng một chương trình điều tra khả năng hàn khuấy ma sát (FSW) như một phương pháp sản xuất để chế tạo thùng nhiên liệu titan cho các chương trình không gian trong tương lai.

TWI, hợp tác với Airbus Defense and Space ở Stevenage, đã phát triển một đề xuất để tiến hành nghiên cứu khả thi về FSW cho các hợp kim titan phù hợp với thùng nhiên liệu của phương tiện phóng.

Dự án kéo dài hai năm bắt đầu vào tháng 12 năm 2014 và bao gồm hai giai đoạn công việc, với mục đích chính là nâng mức độ sẵn sàng về công nghệ của FSW của hợp kim titan từ TRL3 lên TRL6 cùng với khả năng giảm chi phí so với phương pháp sản xuất thông thường hiện tại thùng nhiên liệu đẩy.

1. Phát triển, mô tả đặc điểm và xác nhận quy trình và hệ thống FSW cần thiết để hàn (các) hợp kim titan
2. Sản xuất hai thùng trình diễn bằng titan bằng quy trình FSW. Quá trình sản xuất sẽ được so sánh với các phương pháp kỹ thuật thông thường hiện tại về chi phí, độ tin cậy, hiệu quả và tác động môi trường.

Phương pháp sản xuất hiện tại cho các bộ phận của thùng nhiên liệu bao gồm rèn Ti-6Al-4 có độ dày 15-30mm được gia công xuống độ dày 1–2mm sẵn sàng cho hàn EB hoặc TIG. Thời gian mua sắm dài để rèn (lên đến một năm) cùng với việc gia công và hàn khiến thùng nhiên liệu đẩy trở thành một trong những vật dụng đắt nhất trên tàu vũ trụ.

Các phương pháp chế tạo thùng nhiên liệu đẩy hiện nay có một số nhược điểm:

• rèn chi phí cao
• Thời gian giao hàng dài để rèn
• Quy trình gia công chi phí cao
• Tỷ lệ mua để bay cao
• Hạn chế quy trình hàn dựa trên sự kết hợp

Sau khi kết thúc đánh giá này, nhóm sau đó đã mua vật liệu rèn và đúc cho các thử nghiệm sơ bộ.

Một thiết kế xe tăng trình diễn đại diện đã được phát triển và đồng ý với ESA và Airbus.

Các thử nghiệm hàn sử dụng những phát triển gần đây của TWI trong công cụ hàn khuấy ma sát vai cố định (SSFSW) cho đến nay đã cho thấy kết quả xuất sắc, tạo ra các mối hàn chất lượng cao và quan trọng là chứng minh sự kéo dài có ý nghĩa trong vòng đời của công cụ.

TWI có kế hoạch tiếp tục phát triển các thông số hàn được hỗ trợ bởi chế độ thử nghiệm toàn diện. Dự án sẽ sử dụng các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy và phá hủy để cho phép xác minh chất lượng mối hàn và vật liệu.

Quá trình thiết kế và sản xuất đồ gá và đồ gá đang được tiến hành. TWI dự kiến ​​sẽ tiến hành sản xuất các thùng nhiên liệu đẩy trình diễn vào cuối năm 2016.