Сварка высокоскоростным трением: метод перемешивания, плюсы и минусы, технология

Содержание

Принцип действия

Технология сварки с помощью трения стоит особняком среди прочих методов сварки. Для нагрева свариваемых деталей используется тепло, выделяемое при трении заготовок друг о друга.

Наиболее распространено использование трения вращения, при этом вращается одна из свариваемых заготовок либо вкладка (или накладка) между ними.

Заготовки сильно прижимают друг к другу, постепенно увеличивая силу прижима. В точке контакта деталей и происходит нагрев.

За счет трения и высокой температуры разрушаются окисные пленки и следы посторонних загрязнений. Поверхности заготовок притираются одна к другой, разрушаются микро выступы, поверхность выравнивается, и атомы металлов получают возможность вступать в близкое взаимодействие. Кристаллические связи возникают на короткое время и быстро разрываются за счет движения заготовок друг относительно друга.

Схема сварки трением

Процесс разделяется на следующие этапы:

  • Снятие оксидных пленок.
  • Нагрев поверхностей до температуры пластичности, создание и разрушение фрагментов кристаллических решеток
  • Останов вращения, кристаллизация зоны контакта, образование сварного шва.

После того, как температура плавления достигнута, вращение останавливают и увеличивают силу прижима.

Механические свойства и микроструктура

Механические свойства алюминиевых сплавов, сваренных трением с перемешиванием, оказались лучше, чем у других сварочных процессов, таких как дуговая сварка.

Что касается механических свойств этот процесс обычно имеет три основных микроструктурных области; сварной слепок, зона термомеханического воздействия и зона термического влияния.

Хотя и сам сварной являются «зонами термомеханического воздействия», они рассматриваются отдельно, когда речь идет о микроструктурных особенностях. Это связано с тем, что сварной шов испытывает динамическую рекристаллизацию, а зона тремического влияния – нет. Однако точный состав и степень микроструктурного состава в этих зонах зависит от материала и условий обработки. Они могут, например, меняться в зависимости от таких факторов, как параметры и конструкция используемого сварочного инструмента.

История появления

История сварки трением с перемешиванием (СТП) началась в 1991 году. Это была инновационная разработка Британского Института Сварки (TWI). Спустя несколько лет технология была использована в строительстве самолетов и морских судов.

Первыми компаниями, запустившими новую технологию в производство, были норвежская Marine Aluminium и американская Boeing. На своих предприятиях они использовали сварочное оборудование концерна ESAB, специализирующегося на разработках в области ротационной сварки трением (РСТ).

С 2003 года компания непрерывно ведет исследования возможностей сварки трением с перемешиванием. Например, были разработаны способы сваривания алюминиевых сплавов и их модификаций, применяющихся в областях строительства самолетов, морских судов и железнодорожных контейнеров.

В авиастроении была найдена возможность заменить заклепочные соединения сварными. Причем скорость сварки методом СТП значительно превышает скорость электродуговой. Сварной шов длинной 6 метров может быть сформирован за одну минуту, тогда как скорость сварки обычным способом достигает всего 0,8-2 м/мин при толщине детали 0,5 см.

В каких сферах применяется

Такие сферы производства, как автомобилестроение, постоянно работают над тем, как увеличить прочностные качества изделия при уменьшении его массы. В связи с этим непрерывно идет внедрение новых материалов, которые были ранее не свойственны ввиду сложности обработки. Все чаще силовые элементы, такие как подрамники, а иногда и кузова целиком, делают из алюминия или его сочетания с другими материалами.

погружение бурта в алюминий

Так, в 2012 году компания “Хонда” применила аддитивные технологии и сварку трением с перемешиванием для производства подрамников для своих автомобилей. Они внедрили сочетание стали и алюминия.

При производстве сварных элементов кузова из алюминия может возникать прожиг листов металла. Этого недостатка лишена СТП. Кроме того, что потребление электричества снижается в 1,5-2 раза, снижаются затраты на расходные материалы, такие как сварочная проволока, защитные газы.

Кроме производства автомобилей СТП применяется в следующих областях:

  1. Строительное производство: алюминиевые опорные фермы, пролеты мостов.
  2. Железнодорожный транспорт: рамы, колесные тележки, вагоны.
  3. Судостроение: переборки, элементы конструкции.
  4. Авиастроение: топливные баки, части фюзеляжа.
  5. Пищепром: различные емкости для жидких продуктов (молоко, пиво).
  6. Производство электротехники: корпуса электродвигателей, параболические антенны.

    кислородная емкость

Кроме алюминиевых сплавов сварка трением с перемешиванием применяется для получения соединений меди, например, при производстве медных контейнеров для захоронения отработанного радиоактивного топлива.

Оснащение

В оснащение могут входить различные компоненты, это зависит от цены набора и сферы внедрения. В обычный набор входит: сварочная машинка, станка, снимающего грат, а еще бота или манипулятора, с его помощью можно смещать заготовки имеющие большие размеры.

Для настройки оснащения необходимо устанавливать такие параметры: величина болванки, скорость сварки трением и мощность привода шпинделя.

У опытных сварщиков не возникнет проблем с настройкой большей части этих опций, но при расчете силы привода возникают трудности.

Преимущества перед другими видами сварки

СТП имеет множество достоинств. Среди них:

  1. Нетоксична. В отличие от других разновидностей, здесь нет горения электрической дуги, благодаря которой расплавленный металл испаряется в зоне сварки.
  2. Увеличение скорости формирования шва, благодаря чему снижается время производственного цикла.
  3. Снижение затрат на электроэнергию в два раза.
  4. Отсутствие необходимости в дальнейшей обработке сварного шва. Инструмент для сварки трением с перемешиванием в процессе работы формирует идеальный шов, не требующий зачистки.
  5. Нет необходимости в дополнительных расходных материалах (сварочной проволоки, технических газов, флюсов).
  6. Возможность получения соединений металлов, недоступных для остальных видов сварки.
  7. Нет необходимости в особой подготовке сварочных кромок, за исключением очистки и обезжиривания.
  8. Получение однородной структуры шва без пор, в результате чего становится проще контроль качества, который регламентирован для сварки трением с перемешиванием ГОСТ Р ИСО 857-1-2009.

структура шва

Понятие и определение сварки трением

Сварка трением — это технологический процесс изготовления сварного соединения, который происходит за счёт использования тепловой энергии, возникающей на контактных поверхностях соединяемых заготовок, прижатых с усилием друг к другу и при этом, одна из заготовок движется относительно другой.

После прерывания, или полной остановки движения заготовки, сварка трением прекращается приложением усилия проковки.

Как и при других методах сварки давлением, сварное соединение получается в результате совместной пластической деформации соединяемых участков сварных заготовок. Но отличительной особенностью процесса сварки трением является получение тепловой энергии непосредственно в зоне соединения за счёт трансформирования работы, направленной на преодоление сил трения между заготовками. Эти силы возникают при взаимном перемещении трущихся поверхностей свариваемых заготовок.

Технология и области применения сварки трением на токарном станке

Чтобы соединить две детали требуется сдвинуть атомы вещества настолько, чтобы между ними начали работать силы межатомного сцепления.

Для достижения контакта используют температуры, размягчающие металл:  вольтову дугу, кислородно-ацетиленовую горелку, луч лазера и т.д.

Читайте также:  Разрушающие методы контроля сварных соединений: механические и металлографические исследования

Но есть способ, при котором дополнительный источник тепла не используется. Это сварка металла трением.

Понятие и определение

Процесс перехода кинетической (двигательной) энергии в тепловую известен с незапамятных времен. Заключается он в том, что при трении предметов друг о друга их температура повышается и может достичь точки плавления.

На этом принципе и основан способ соединения двух металлических или пластиковых изделий с помощью трения. Способ этот считается одной из разновидности сварки давлением.

Область применения

Сварка трением быстро приобрела популярность. С ее помощью оказалось возможным быстро и точно соединять детали. Причем из металлов, которые другим способом соединить сложно. К примеру, сталь с титаном, медь с алюминием и т.п.

Нагрев только поверхностных слоев дал возможность сваривать изделия, не допуская  температурных деформаций. Соединять изделия, прошедшие чистовую обработку без порчи  поверхности.

  • Такой способ соединения используют для редких, дорогостоящих металлов, уменьшая их расход за счет отсутствия шва, выгорания и разбрызгивания.
  • Преимущества и недостатки
  • Из минусов, точнее — ограничений метода можно назвать следующие:
  • необходимость громоздкого оборудования;
  • низкая универсальность процесса: невозможно либо невыгодно сваривать тяжелые, крупные изделия, ограничена конфигурация свариваемых элементов;
  • требование точного соблюдения технологических регламентов;

Вместе с тем, методика:

  • позволяет выполнять сварное соединение металлов, плохо или совсем не поддающихся другим способам, скажем, соединить алюминиевый брусок с титановой пластиной;
  • дает экономию энергозатрат, особенно при поточном изготовлении типовых деталей;
  • точно выдерживает характеристики соединений;
  • чтобы подготовить поверхность заготовок не требуется особых мероприятий, от большинства загрязнений она очиститься в процессе соединения;
  • не требует специфических расходных и вспомогательных материалов;
  • качество соединения не уступает основному металлу не только по прочности, но по пластичности и упругости;
  • обладает высокими экологическими качествами: отсутствует УФ излучение, нет разбрызгивания горячего металла, пыли, вредных газов.

Высокую экономичность метода подтверждает скорость окупаемости оборудования. Она редко превышает год. При активном использовании составляет несколько месяцев.

Виды и схемы

При относительной единообрáзности принципов,  методик и схем  насчитывается более десятка.

  1. Сварка трением с непрерывным приводом. Самый первый способ, с которого методика  началась. Две детали, одна из которых неподвижна, вторая прижимается к ней одновременно вращаясь. Как только металл размягчится, вращение останавливают, детали сжимают.
  2. Инерционная сварка. Развитие предыдущего метода. Вращающаяся заготовка раскручивается до определенной скорости, а затем продолжает вращаться по инерции.
  3. Комбинированный вид сварки  сочетает два предыдущих.  До определенного  момента вращение обеспечивает привод. Затем его отключают, а заготовку по достижению точно определенной скорости и усилия резко останавливают.
  4. Колебательная сварка трением. Или как ее еще называют вибрационная. Отличием является не вращательное, а возвратно поступательное движение с высокой частотой.
  5. Сварка трением с перемешиванием. Специфический вид позволяющий получить уникальные результаты.  Сварка перемешиванием производится вращением особого валика, при неподвижных соединяемых деталях. Размягчая металл, такой наконечник погружается на определенную глубину, а затем перемещается по  стыку свариваемых деталей, продолжая вращение. При этом метал  перемешивается, образуя цельный стык.
  6. Орбитальная сварка трением. Отличается перемещением изделия по определенной орбите (обычно по окружности). При этом сама деталь не вращается.
  7. Радиальная сварка трением. Способ используют для соединения трубчатых заготовок. Сами детали при этом обычно неподвижны, а относительно них (внутри или снаружи) вращается еще одна — кольцеобразная.
  8. Роликовая сварка. С успехом используется для соединения тонких плоских элементов. Нагрев создает вращающийся ролик. Он перемещается по наложенным внахлест листам, оставляя за собой шов.
  9. Штифтовая сварка. Служит для создания точечных соединений, ремонта каверн и раковин. Температура создается вращающимся штифтом.
  10. Линейная сварка. Принцип схож с колебательной, при большей траектории перемещения. Иногда для соединения достаточно переместить деталь лишь в одном направлении.
  11. Ротационная сварка. Нередко встречающееся понятие — обобщенное название всех типов,  при которых заготовки вращаются относительно своей оси. Сюда входит радиальная, инерционная, сварка трением с перемешиванием и пр.
  12. Наплавка с помощью сварки трением. Служит для образования слоя покрытия одного металла другим. Деталь вращается, одновременно перемещаясь, при этом ее металл словно намазывается на основу. Таким образом возможно получить толстый нержавеющий защитный слой, либо поверхностный сплав двух металлов.

Кроме перечисленных основных типов существуют и другие разновидности,  отличающиеся незначительными нюансами.

Технология

При движении свариваемых трением деталей происходит ряд последовательных процессов:

  • под воздействием механических нагрузок разрушаются пленки окислов и загрязнения;
  • заготовки разогреваются, металл выдавливается из стыка, одновременно вынося все загрязнения;
  • вращение резко прекращается, при этом давление на детали не убирается, а часто увеличивается.

Опыт показал, что оптимальное значение размеров свариваемых элементов лежит в пределах от нескольких миллиметров, до 100-150 см. Бoльшие размеры требуют резкого увеличения мощности привода, переставая быть рентабельными.

Наилучший эффект получается при использовании деталей с одинаковыми свариваемыми поверхностями. Исходя из этой особенности, в процессе подготовки, заготовки специально подрезают, выравнивая их торцы.

Сварочный процесс, выполняемый за счет трения, включает две переменных:

Скорость вращения и давление. Подбор этих параметров зависит от сочетания металлов, составляя наиболее сложную составляющую процесса. На 80% расчеты основаны  на экспериментальных данных.

Динамические нагрузки возникающие при этом способе  в ряде случаев требует дополнительной термической обработки. При этом она не требуется для низколегированных и некоторых классов высоколегированных сталей.

Оборудование

Машины для соединения таким способом, как правило имеют схожее устройство. Это привод с клиноременной передачей, вращающаяся бабка для крепления одной детали, неподвижная для другой.

Отличает их мощность, осевое усилие вращения, проковки, размер и форма деталей которые с их помощью удается сварить и пр.

Некоторые модели оборудованы дополнительными фрезерными устройствами для снятия, выдавливаемого из зоны стыка металла.

Подготовка

В ходе проектирования заготовок для последующей сварки важно учитывать ряд факторов:

  • возможности сварочного оборудования;
  • степень свариваемости материалов;
  • закрепление заготовок в сварочной машине;
  • стоимость подготовительных мероприятий к сварке заготовок и последующей обработки сварных швов;
  • соблюдение необходимой степени соосности и углового размещения заготовок;
  • формирование равномерного температурного режима и одинаковых условий деформации;
  • правильный выбор припусков по длине и диаметрам заготовок.

Обеспечение требуемой соосности зависит от степени надёжности закрепления деталей в зажимных устройствах агрегата. В этом контексте актуальным параметром становится уровень жёсткости свариваемых элементов по длине их выхода из зажимов. Если длина выхода меньше необходимого размера, то это приводит к температурному отпуску зажимных устройств.

При фрикционной сварке состояние соединяемых поверхностей в наименьшей степени влияет на качество сварных соединений, чем при иных методах сварки давлением. Поверхности для соединения могут быть получены в процессе резки на гильотине, дисковой пилой. Неровности можно устранить, используя притирку, или увеличением времени нагрева.

Особенности процесса сварки

К особенностям сварки трением относят:

  • Способность к свариванию разнородных материалов, например, сварить сталь алюминий. При этом не требуются присадочные материалы и сложное оборудование.
  • Применимость для неразъемного соединения деталей из меди, свинца, титана без деформации заготовок.
  • Максимальная эффективность достигается при работе с заготовками от 6 до 100 миллиметров диаметром.
  • Незаменимость в создании сложных технологий и выпуске ковано-сварных, штампованно-сварных и сварочно — литых изделий.
  • Способность соединять материалы с низко свариваемостью. Этим методом можно сварить заготовки, не свариваемые никакими другими методами, например, алюминиевые и стальные.

Схема производства сварки трением

Нагревание при сварке трением широко используется и для сваривания деталей из термопластичных пластиков.

Читайте также:  Сварка плавлением: сущность процесса, классификация, источники нагрева

Преимущества сварки трением

К важным преимуществам технологии сварки трением относят:

  • Производительность. Весь сварочный процесс занимает от нескольких секунд до нескольких минут. Существенно меньше времени занимают также и подготовительно — завершающие операции. По этому параметру технология превосходит контактную электросварку.
  • Эффективность использования энергии. Нагрев происходит очень быстро и в весьма ограниченной закрытой области, потери энергии на обогрев окружающего пространства ничтожны по сравнению с другими сварочными технологиями. Преимущество по энергозатратам может быть десятикратным.
  • Отличное качество шва. При корректно подобранном технологическом режиме зона сварного шва и околошовные области станут практически идентичны по своему строению и характеристикам основному металлу. Кроме того, в шовном материале практически отсутствуют дефекты: пористость, каверны, трещины, посторонние включения.
  • Высокая стабильность характеристик швов внутри партии деталей. Если точно выдерживать режим, параметры деталей будут отличаться на доли процента. Это позволяет контролировать качество выборочно и позволяет сэкономить много времени и средств. Если одна деталь из партии прошла разрушающий контроль, то можно принимать технически обоснованное решение о годности всей партии.
  • Нет необходимости в предварительной механической зачистке поверхности зоны шва и околошовной области. Она выполняется на первом этапе технологического процесса. Поскольку на подготовительно — завершающие операции времени уходит больше, чем на собственно сварку, это преимущество дает возможность для весьма заметной экономии.
  • Способность к свариванию разнородных металлов и сплавов. Успешно свариваются такие пары металлов, которые просто невозможно сварить другими методами: стальные сплавы с алюминиевыми, алюминиевые с медными, сталь с титаном и т.д.
  • Экологичность технологии. Сведены к минимуму как загрязнение окружающей среды, так и вредные факторы воздействия на здоровье людей: высокое напряжение, брызги расплавленного металла, ультрафиолетовое излучение, пожароопасность и другие.

Кроме того, сварка трением легко поддается механизации и автоматизации. Это особенно важно при крупносерийном и массовом производстве. Несколько несложных повторяющихся операций легко алгоритмизируются и могут выполняться по программе без участия человека.

Особенности и сферы применения

СТП широко используется во многих сферах производства. В авиаракетостроении её применяют для формирования конструкций фюзеляжа или панелей с различными назначениями. Если говорить о судостроении, она служит для сварки корпуса небольших кораблей. И это далеко не все, такая популярность объясняется высоким качеством образующегося соединения.

Межатомные связи при сварке могут обеспечить прочность, которая будет равна или быть на более высоком уровне, чем основной материал. Качество таких швов обычно выдерживает большие нагрузки и надёжно служит на протяжении долгого времени.

Сварка трением соединяет металлы, находящиеся в твердом состоянии. В этом случае используется специальный вращающийся инструмент, он состоит из бурта, профилированного основания и наконечника с профилем, он перемещается вдоль стыка заготовок, подвергающихся соединению. Далее происходит тепловыделение с последующим соединением материала. Давление бурта на стыке, способствует пластической деформации и течению свариваемого металла, который перемешивается профилированным наконечником.

Достоинства СТП

Исследование СТП позволило подобрать режимы сварки при соединении различных групп сплавов. Несмотря на то, что изначально СТП разрабатывалась для работы с металлами с низкой температурой плавления, такими как алюминий (660 °C), впоследствии стала применяться для соединения никеля (1455 °С), титана (1670 °C), железа (1538 °C).

разогрев от трения

Исследования показывают, что шов, полученный таким способом, полностью соответствует по своей структуре металлу свариваемых деталей и имеет более высокие показатели прочности, меньшие затраты трудоемкости и низкую остаточную деформацию.

Правильно подобранный режим сварки гарантирует соответствие материала шва и свариваемого металла по следующим показателям:

  • усталостная прочность:
  • прочность на изгиб и растяжение;
  • ударная вязкость.

Сварка трением с перемешиванием

Этот метод был разработан и внедрен в 1991 году.

Первоначально этот метод был разработан для алюминия и алюминиевых сплавов, так как при сварке плавлением большая часть материала уходило на оформление сварочного шва, так же при оплавлении терялись пластические свойства алюминия.

После внедрения метода и высоких результатов выяснилось, что метод сварки вращением с перемешиванием подходит для широкого диапазона металлов.

Основные сферы применения:

  • судостроение, особенно подводный флот, где необходимы полностью герметичные сварные соединения;
  • строительство космических объектов и шатлов;
  • хранилища и баки для хранения криогенных газов и жидкостей, которые обладают повышенной летучестью.

Самыми уникальными изделиями, которые производятся с элементами вращательной сварки, являются медные контейнеры, предназначенные для хранения отходов ядерной промышленности.

Как проверяется качество сварного шва

Качество сварки проверяется двумя разновидностями контроля. Первый подразумевает разрушение опытного образца, полученного в результате соединения двух деталей. Второй допускает проверку без разрушения. Применяются такие методы, как оптический контроль, аудиометрическое исследование. Оно помогает определить наличие пор и неоднородных включений, ухудшающих характеристики шва. Результаты звукового контроля представляют собой диаграмму, наглядно показывающую места отклонения акустического эха от нормы.

Недостатки сварки трением

Как и у любой реально действующей технологии, фрикционному свариванию присущ и ряд недостатков:

  • Применимость к ограниченному набору форм заготовок. Хотя бы одна из них должна иметь форму тела вращения. Способ не подходит для сваривания протяженных прямых и криволинейных швов, оболочек сложной формы, монтажа строительных конструкций, корпусов механизмов и транспортных средств. Однако в машиностроении более 75% деталей имеют круглое сечение или более сложную форму тел вращения.
  • Громоздкое оборудование. Универсальный или специализированный станок требует стационарной установки, подведения электропитания. Это делает невозможным применение метода в полевых условиях.
  • Ограниченный размер детали. Длина привариваемой детали ограничена вылетом бабки станка, диаметр — вылетом кулачков патрона.
  • Радиальная деформация текстуры в зоне шва и в околошовных областях. При сильных динамических нагрузках возможна концентрация усталостных напряжений и возникновение микротрещин и других дефектов. Снижается также и коррозионная стойкость. Чтобы избежать ‘этих явлений, на заготовке оставляют грат. Дополнительная трудоемкость затрачивается на снятие грата по конструктивным требованиям.

Недостатки, ограничивающие использование метода, не позволяют считать фрикционную сварку универсальной технологией. Однако в сфере своей применимости она обладает значительными преимуществами перед другими методами.

Недостатки метода

При многочисленных достоинствах метод сварки трением имеет сопутствующие минусы:

  1. Отсутствие мобильности. СТП предполагает соединение неподвижных деталей, жестко закрепленных в пространстве. Это накладывает на оборудование для сварки трением с перемешиванием определенные свойства, такие как неподвижность.
  2. Низкая универсальность. Громоздкое оборудование настраивается на выполнение однотипных операций. В связи с этим приспособления для сварки проектируются под конкретные задачи. Например, для сваривания автомобильных боковин на конвейере, и ни для чего другого.
  3. Сварочный шов имеет радиальную структуру. В связи с этим при определенных видах деформации или при работе детали в агрессивной среде может накапливаться усталость сварного шва.

Сварка трением с перемешиванием: виды, технология, оборудование

Существует большое многообразие сварочных методов. Среди них есть такой экзотический процесс, как сварка трением с перемешиванием. Его отличительной чертой является отсутствие расходных материалов, таких как электроды, сварочная проволока, защитные газы. Недавно разработанный метод обретает широкое распространение.

Основные параметры которые влияют на свойства шва

Стоит учитывать, что некоторые параметры оказывают влияние на основные качества образующегося шва. К основным можно отнести:

  1. Скорость перемещения инструмента определяет силу трения, возникающую между режущей поверхностью и заготовкой. От этого зависит также температура.
  2. Частот вращения инструмента также оказывает влияние на температуру в зоне обработке.
  3. Угол наклона инструмента также оказывает влияние на особенности проведения сварки трение с перемешиванием.
  4. Геометрические размеры применяемого прибора выбираются в зависимости от того, какой нужно получить соединение.
  5. Усилие прижатия и перемещения также можно считать наиболее важными параметрами.
Читайте также:  Сварка алюминия полуавтоматом - советы сварщику

При рассмотрении способа сварки трением отметим, что подобная технология сегодня активно развивается. Это связано с тем, что естественный процесс нагрева не приводит к появлению внутренних деформаций и иных дефектов.

Виды сварки трением

За полвека были разработаны и активно применяются несколько разновидностей фрикционного сваривания деталей. Они обладают своими особенностями, делающими их эффективными в своей области использования.

Сварка с перемешиванием

Технология была разработана и начала применяться в конце ХХ века. Суть метода заключается в использовании вращающегося штыря с заплечиками. Штырь изготавливают из тугоплавкого сплава высокой прочности. Вращаясь и нагревая металл, он проникает в него по линии контакта заготовок. За счет вращательного движения, в которое вовлекаются поверхностные слои размягченного нагревом металла заготовок, происходит перемешивание этих слоев. Так обеспечивается равномерность структуры и характеристик шовного материала.

Сварка трением с перемешиванием

Радиальная сварка

Применяется для соединения труб. В месте стыка на трубы с минимальным зазором надевают металлическое кольцо, которое вращается вокруг них. За счет трения вращения происходит нагрев торцов соединяемых труб. Кольцо обычно изготавливают из того же сплава, что и свариваемые трубы.

Радиальная сварка трением

Штифтовая сварка

Технология разработана для проведения ремонтов. В ремонтируемой детали сверлят отверстие, в него вводят стержень из такого же сплава, что и сама деталь. В ходе вращения штифта выделяется большое количество тепла, нагревающего металл. Это один из немногих мобильных способов сварки трением.

Штифтовая сварка трением

Линейная сварка

В отличие от остальных технологий, использующих трение, в этой вращение не применяется. Детали двигаются друг относительно друга прямолинейно, возвратно – поступательно и нагреваются до необходимой температуры. В этот момент движение прекращают и сильно прижимают заготовки друг к другу. Излишки металла в состоянии пластичности частично выдавливается из зоны сварки, образуется сварочный шов. Существует вариант технологии, при котором обе свариваемые детали неподвижны, а зоне шва о них трется инструмент специальной формы.

Линейная сварка трением

Машина для сварки трением

Специализированное устройство используется для создания надежных сварных соединений методом пластической деформации материалов, которые находятся в твердом состоянии. Высокопроизводительная машина обладает массой положительных характеристик:

  1. Производительность высокого класса.
  2. Качество конечных результатов сварки отменное.
  3. При использовании машинной сварки создается возможность контролировать качество всей партии продукции.
  4. Обеспечивается сварка материалов разнородной природы.
  5. Безопасность при работе: отсутствует УФ-излучение, исключаются опасные выделения газов и нагретые металлические брызги.

При относительных требованиях к заготовкам любая машина подобного типа может собираться, учитывая особенности конкретного заказчика. Такой подход решает проблему создания нового производства, основанного на этой уникальной технологии.

Сварка труб трением

Сварочные работы по технологии трения позволяют не использовать присадочные материалы либо свойства защитных газов при создании прочного шва. Соединение металлических труб происходит без образования пустот при 3 см. толщине. Хорошие качественные соединения получаются даже при сварке алюминиевых сплавов, которые при использовании альтернативных технологий не показывают гарантированного качественного результата. Подобная технология сварки доказывает свою эффективность при работе со сплавами других металлов: медных, магниевых даже титановых.

Радиальная разновидность сварки трением широко применяется при создании герметичных швов на трубопроводах и отдельных цилиндрических конструкций. Соединение труб на неповоротных участках предполагает неподвижное расположение двух концов трубопровода. Непосредственно в зазор вставляется дополнительная нагреваемая вставка, которая перед операцией проковки будет автоматически удаляться. Соединение труб этим методом сварных работ позволяет создать цельную поверхность с одинаковыми показателями толщины сварного шва и его прочности. Этим способом выполняются работы на значимых участках трубопроводов, от которых требуются стандарты прочности и безопасности.

Особенности формирования соединений при применении СТП

Как ранее уже было отмечено, сварка трением с перемешиванием характеризуется достаточно большим количеством особенностей. Среди ключевых моментов, касающихся формирования соединения, можно отметить нижеприведенную информацию:

Читайте также:  Выполнение сварки меди и ее сплавов в домашних условиях

  1. Нагрев металла проводится постепенно до температуры, которая не приводит к изменению основных свойств.
  2. Температура повышается только в одном локальном месте. За счет этого обеспечивается высокое качество получаемого соединения.
  3. При соблюдении рекомендаций по проведению рассматриваемой процедуры дефекты возникают крайне редко. Именно поэтому в большинстве случаев достаточно провести визуальный осмотр места соединения для контроля качества.

Современное оборудование позволяет получать минимальный шов, которые после финишной обработки практически незаметен. Обширное распространение рассматриваемого метода также можно связать с тем, что она подходит для работы с труднообрабатываемыми металлами.

Сварка трением с перемешиванием – активно развивающаяся технология, которая сегодня все чаще внедряется в различное производство.

Что влияет на качество СТП

Сварка трением с перемешиванием — это процесс постоянно развивающийся. Но уже сейчас можно выделить несколько параметров, влияющих на качество соединения:

  1. Усилие, создаваемое инструментом.
  2. Скорость подачи сварочной головки.
  3. Величина бурта.
  4. Окружная скорость вращения стержня.
  5. Угол наклона.
  6. Усилие подачи стержня.

Манипулирование характеристиками сварки позволяет достигать соединения разнородных металлов. Например, алюминия и лития. Литий благодаря своей малой плотности и высокой прочности может выступать как легирующий компонент деталей из алюминиевых сплавов, что позволяет применять эту технологию в аэрокосмической отрасли.

Сварка трением с перемешиванием может с легкостью заменить ковку, штамповку, литье, когда они применяются для производства деталей из трудно сочетающихся металлов. Например, сталей со структурой аустенита и перлита, стали из алюминия или бронзы.

Сварочный шов при сварке трением

Первоначально под действием силы трения с металлических поверхностей удаляются пленки оксидов.

При активном вращении металл приобретает пластичность из-за нагрева, две кромки начинают контактировать межатомной совместной связью, после сдавливания двух кромок расплавленный жидкий металл вытесняется за пределы кромок.

Вытесненный жидкий металл после остывания и формирует сварочный шов в неразъемном соединении.

Вообще сварку трением принято считать видом сварки, в котором происходит преобразование вращательного движения (механической энергии) в термическую, которая необходима для создания неразъемного соединения между металлами.

При электродуговой сварке сварочные кабеля используются для передачи электрического тока от инвертора или баласного реостата к «держаку». Узнайте подробности прочитав публикацию о требованиях для сварочного кабеля.

Работа дуговой электрической сварки с баласного реостата или инверторного преобразователя практически невозможна без использования выпрямителей. Детали в этой статье.

Область применения

Технология находит наиболее широкое применение в машиностроении, прежде всего — в инструментальном производстве. Используется она и при сборке внутрикорпусных изделий атомных реакторов. Соединение трением заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов популярно в электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли. Используется технология и в транспортном машиностроении. Радиальный метод применяется в производстве техники для добывающих и перерабатывающих отраслей.

Сравнительно недавно фрикционная сварка стала использоваться в кораблестроении и пищевом машиностроении.

Технология демонстрирует эффективность и тенденцию к вытеснению традиционных методов сваривания в таких областях, как:

  • для замены паяных и клепаных соединений;
  • для замены контактной электросварки;
  • для восстановления изделий и сложного инструмента;
  • для приваривания заготовок к подготовленным поверхностям.


Сварка трением в декоре


Оборудование для линейной сварки


Оборудование для сварки перемешиванием

Отдельно следует отметить, что использование технологии дает особые преимущества там, где выдвинуты высокие требования к экологичность производственного процесса. Высокая энергоэффективность, отсутствие брызг расплавленного металла, вредных испарений и продуктов сгорания, ультрафиолетового излучения и минимальная пожароопасность делают метод особенно выгодным.

Источники

  • https://SevenTools.ru/svarka/sovremennoe-sostoyanie-svarki-treniem.html
  • https://pressadv.ru/metally-svarka/treniem-s-peremeshivaniem.html
  • https://milling-master.ru/instrumenty/instrument-dlya-svarki-treniem-s-peremeshivaniem.html
  • https://NiceSpb.ru/prisposobleniya/instrument-dlya-svarki-treniem-s-peremeshivaniem.html
  • https://armatool.ru/svarka-treniem-s-peremesivaniem-aluminievyh-splavov/
  • https://nzmetallspb.ru/tehnologii/svarka-treniem-s-peremeshivaniem-alyuminievyh-splavov.html
  • https://NpfGeoProm.ru/svarka/treniem-s-peremeshivaniem.html
  • https://FB.ru/article/465462/svarka-treniem-s-peremeshivaniem-vidyi-tehnologiya-oborudovanie

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию