Сварка трением: Информация о методе сварка трением
alexxlab | 12.04.2023 | 0 | Разное
Информация о методе сварка трением
- Главная
- |
- Азбука сварки – Справочный раздел
- |
- Другие методы сварки
Сварка трением относится к альтернативным сварочным методам и является подвидом сварки давлением. Сварка трением известна также как фрикционная сварка или «сварка без расплавления» и отличается отсутствием внешних источников тепла для ведения процесса. Нагрев и соединение свариваемых элементов осуществляется с помощью трения одного из соединяемых элементов относительно другого. Большую роль в процессе сваривания играет сила давления на заготовки и их проковка после сварки.
Сварка трением позволяет соединять как однородные, так и разнородные металлы. Швы, получаемые такой сваркой, отличаются высоким качеством и прочностью.
Особенным преимуществом сваривания деталей трением является значительная экономия энергии по сравнению с дуговой сваркой. Кроме того, снижение расходов достигается за счет экономии расходных материалов.
Область применения
Сварка трением подходит для работы с металлами и термопластами и может применяться для соединения различных элементов судов, машин, техники, приборов т.д. Соответственно данный метод сварки сегодня эффективно применяется в машиностроении, судостроении, при производстве сельскохозяйственной и многих других видов техники. Кроме того, в некоторых случаях к сварке трением прибегают на предприятиях нефтегазовой отрасли, ядерной энергетики, авиакосмической промышленности.
Техника проведения сварки
В основе сварочного процесса лежит трение свариваемых деталей. Трение вызывается вращением одной детали относительно другой. Под действием силы трения разрушаются оксидные пленки на поверхности соединяемых элементов, и происходит разогрев материала до пластичного состояния.
Металл начинает разрушаться, а наиболее пластичные объемы выдавливаются из места стыка. Одновременно с этим на обе свариваемых детали оказывается давление, постоянное или возрастающее. После остановки вращения образуется сварное соединение. От силы давления в том числе зависит прочность соединения деталей. Для дополнительной прочности после остановки к неподвижным деталям должно быть приложено проковочное усилие.
Сварка трением может проводиться с использованием вставки между деталями. В этом случае основное соединение образуется за счет материала вставки.
Сварка трением, принцип, применение, схема и технология
Сварка трением берет свое начало в 1956 году, в Советском Союзе. С 60-х годов она начала развиваться в других странах и впоследствии получила широкое признание. Сварка трением представляет собой разновидность сварки давлением, при которой нагрев металла происходит путем трения одной из соединяемых частей изделия.
Окончательное соединение происходит в конце процесса, когда применяется проковочное усилие. Этот вид сварки используется в авиастроении, автомобилестроении.
Сварка металла трением — это уникальный процесс соединения двух металлов, при котором механическая энергия трения или вращения одной из заготовок превращается в тепловую, где генерирование теплоты происходит именно в месте нужного соединения. В процессе нагрева детали прижимаются с постоянным давлением или нарастающим. После необходимого нагрева, расплава металла, соединения путем давления сварка завершается осадкой и резким прекращением вращения.
При сварке металла трением в зоне соединения в результате давления происходит разрушение жировых пленок и окислов, которые мешают прочному соединению.
Сильно разогретый металл, до температуры плавления, при сильном сжатии побуждает атомы металлов врастать друг в друга, что вызывает монолитность изделия. Таким образом, сварка металла трением включает в себя процесс:
- прочное закрепление деталей, при котором одна из них подвижная, а другая нет;
- разогрев металла механическим путем до пластичного состояния, плавления;
- процесс разрушения окислов, жировых пленок, мешающих прочности сварного шва;
- кромки горячего металла устанавливают металлические связи на атомном уровне;
- прекращение вращательных движений, давления, режим застывания деталей.
В 1990-е годы был разработан метод сварки трением металлов с перемешиванием. Этим способом варятся стыковые швы листового цветного металла: алюминия, титана, их сплавов, а также стали. Также свариваются все сплавы с температурой плавления до 18000С, можно соединять разнородные металлы. Для этого используют инструмент в форме стержня с наконечником, который углубляется в свариваемую деталь и проходит по всей необходимой длине свариваемой детали. Инструмент вращается с очень большой скоростью, происходит сильное трение, вызывающее нагрев металла до пластичного состояния. Происходит перемешивание расплавленной массы с вращающимся инструментом и его вытеснение в свободное пространство позади инструмента. В результате такого процесса устанавливаются металлические связи и происходит соединение металлов. По окончании работы инструмент выводят за пределы заготовки. Ключевые критерии сварки трением металлов
- скорость сварки;
- частота вращательных движений;
- сила прижимания инструмента, его перемещение, с учетом свариваемого металла, его толщины;
- размеры такого инструмента и угол его наклона.
Достоинства такой сварки:
- не нужна большая мощность;
- локальная зона разогрева, точность разогрева;
- быстрота сварки;
- точность соединения;
- отсутствие брызг.
Сварка трением оборудование
Сварка трением оборудование предназначено для выполнения высокоточной задачи по соединению двух металлов. Одним из передовых станков является ПСТ-80. Он оборудован гидравлическими зажимами, сенсорным экраном для контроля, управления и программирования цикла сварки, гидростанцией и станцией смазки. Может сваривать металл из жаропрочной стали, конструкционной, шов сечения состоит из мелкозернистой структуры. Сварка трением оборудование модели МАСТ-10 предназначена для стыковой сварки черных металлов, цветных, их сплавов. Машина полуавтоматическая, автоматизированные операции, кроме загрузки деталей. Модели ПСТ-12, ПСТ-20, ПСТ-50 замечательно выполняют свою работу сваривания, образуют качественный шов, быстрота работы.
Что такое сварка трением? – TWI
В действительности кажущаяся гладкой поверхность состоит из множества микроскопических выступов, называемых неровностями. Когда одна поверхность движется относительно другой, эти неровности взаимодействуют, см. рис. 1, создавая трение — силу, противодействующую движению между двумя или более взаимодействующими поверхностями. Взаимодействие этих неровностей за счет упругой и пластической текучести приводит к выделению тепла. Сварка трением использует это явление для соединений. Индуцированное механическое движение сварки трением генерирует тепло, в результате чего соединяемые материалы размягчаются и становятся вязкими. Находясь в размягченном состоянии, механическое движение процесса смешивает материалы для создания связи. Способ, которым происходит смешивание тепла трения и материала, в значительной степени зависит от используемого процесса сварки трением, из которых существует четыре основных процесса: сварка трением с перемешиванием (FSW), точечная сварка трением с перемешиванием (FSSW), линейная сварка трением (LFW). и ротационная сварка трением (RFW).
FSW и FSSW используют специальный инструмент для создания теплоты трения и механического перемешивания. FSW работает с использованием нерасходуемого инструмента, который вращается и погружается в стык двух заготовок. Затем инструмент перемещается через интерфейс, и тепло трения заставляет материал нагреваться и размягчаться. Затем вращающийся инструмент механически смешивает размягченный материал для образования связи; см. рис. 2(а). FSSW является вариантом FSW и работает, вращая, погружая и отводя неплавящийся инструмент в две заготовки в конфигурации соединения внахлестку, чтобы сделать «точечный» сварной шов. При FSSW перемещение инструмента по заготовке не происходит; см. рис. 2(б).
Для LFW и RFW не требуется нерасходуемый инструмент, т. е. отдельные соединяемые детали используются для создания теплоты трения и механического перемешивания. LFW работает путем линейного колебания одной заготовки относительно другой под действием сжимающей силы. Трение между колеблющимися поверхностями приводит к выделению тепла, в результате чего материал интерфейса размягчается и механически смешивается; см. рис. 2(с). RFW похож на LFW, за исключением того, что заготовки часто имеют круглую форму и вращаются относительно друг друга; см. рис. 2(г). Во время LFW и RFW заготовки обычно укорачиваются («выгорают») в направлении сжимающей силы, образуя заусенец. Во время выгорания загрязняющие вещества на границе раздела, такие как оксиды и посторонние частицы, выбрасываются во вспышку. После очистки от примесей происходит смешивание чистого металла с металлом, в результате чего образуется целостная связь. Хотя при сварке трением создаются очень высокие температуры, материал остается в твердом состоянии (т. е. не происходит плавления).
Сварка трением предлагает множество преимуществ для производственного сектора, в том числе:
- Остается в твердом состоянии, что позволяет избежать многих дефектов, связанных со сваркой плавлением, таких как поры и трещины затвердевания.
- Обеспечивает сравнительно низкие температуры по сравнению со сваркой плавлением, что снижает образование интерметаллидов, позволяя соединять широкий спектр похожих и разнородных материалов. Деформация сварного компонента также уменьшается.
- Возможность соединения многих «несвариваемых» алюминиевых сплавов, в частности серий 2xxx и 7xxx.
- Не требует присадочного металла, флюса и защитного газа.
- В большинстве случаев не требует специальной подготовки кромок.
- Простота автоматизации, высокая повторяемость процесса и независимость от человека, что приводит к очень низкому уровню брака.
- Способность производить сварные швы с механическими свойствами, сравнимыми или превосходящими свойства основного материала для ряда комбинаций сходных и разнородных материалов.
- Возможность уменьшить количество материалов, необходимых для изготовления компонента, путем соединения меньших заготовок для производства преформы, которая впоследствии подвергается механической обработке до требуемых размеров.
Чтобы узнать больше об отдельных процессах сварки трением, их микроструктуре, механических свойствах и промышленном применении, перейдите по следующим ссылкам:
- Сварка трением с перемешиванием
- Линейная сварка трением
- Вращательная сварка трением
- Точечная сварка трением с перемешиванием
- Приварка шпилек трением
- Сварка конической пробкой трением
- Основной поток
Если вы хотите узнать больше о процессе, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Сварка трением: процесс, типы и преимущества
Сварка трением, как следует из названия, использует трение для сварки соединений. В процессе соединения не применяется внешнее тепло.
Следовательно, сварка трением — это не процесс сварки плавлением, а процесс сварки в твердом состоянии, при котором получаемое соединение часто бывает таким же прочным, как основной металл. Этот метод сварки используется в нескольких отраслях промышленности для соединения деталей.
Давайте подробно рассмотрим принцип работы этой техники и ее преимущества.
СВЯЗАННЫЕ: ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА: ВИДЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
Процесс сварки трением
Если вы потрите ладони друг о друга, вы заметите, что ваши ладони станут горячими. По мере дальнейшего увеличения давления и скорости вы начнете чувствовать себя теплее.
Тот же принцип выделения тепла за счет трения используется при сварке трением, когда металлические части трутся друг о друга с чрезвычайно высокой скоростью и давлением.
Это взаимодействие между двумя поверхностями приводит к механическому трению. Даже если два свариваемых материала могут показаться гладкими невооруженным глазом, на микроскопическом уровне есть неровности. Этих неровностей достаточно, чтобы возникло трение между их поверхностями.
Когда два материала подвергаются сварке трением, относительное движение друг друга и приложенное к ним давление вызывают выделение тепла в точках контакта. По мере продолжения процесса тепловыделение также увеличивается, и два материала начинают становиться вязкими в точках контакта.
Опять же, движение между ними способствует смешиванию двух частей в точках их контакта, создавая связь или сварку.
Различные типы сварки трением
Любой процесс сварки, в котором для создания соединения используется трение, можно назвать сваркой трением. Однако в основном существует четыре типа процессов сварки трением.
Давайте кратко пройдемся по каждому из них, чтобы понять тонкие различия между ними.
Ротационная сварка трением: Один из двух материалов вращается над поверхностью другого, где требуется сварка. В процессе используется сжимающая осевая сила и высокие скорости вращения.
Самый популярный
Эта комбинация приводит к пластификации двух материалов, что в конечном итоге приводит к их соединению.
Линейная сварка трением: В этом типе сварки трением один из материалов колеблется по отношению к другому на высоких скоростях с большими сжимающими силами при возвратно-поступательном движении. Возникающее в результате тепло, генерируемое на поверхностях, вызывает пластификацию металла, а оксиды или загрязняющие вещества на уровне поверхности выгорают или удаляются по бокам.
Сварка трением с перемешиванием: Сварка трением с перемешиванием использует специальный инструмент с цилиндрическим уступом и профилированным штифтом для создания сварных швов. Штифт водят по шву двух заготовок до тех пор, пока плечо не упрется в шов.
Инструмент затем вращается там, где трение между уступом и швом размягчает металл. Профилированный штифт перемещается линейно по линии шва, перемешивая мягкий металл и создавая при этом связь.
Точечная сварка трением с перемешиванием: Точечная сварка трением с перемешиванием — это один из типов сварки трением с перемешиванием с одним существенным отличием.
При сварке трением с перемешиванием инструмент перемещается вдоль шва заготовок. Однако при точечной сварке трением с перемешиванием инструмент вращается на месте, а не перемещается.
Он вращается и создает сварной шов, а инструмент поднимается вверх, создавая выходное отверстие, куда был впрыснут профилированный штифт.
Скорость, с которой происходит относительное движение, и давление, прикладываемое к заготовкам, зависит от величины тепла, необходимого для создания сварного шва между двумя металлическими частями. Для стали сварка трением генерирует где-то между 900 и 1300 по Цельсию .
Инерционная сварка: это то же самое, что сварка трением?
Многие используют инерционную сварку и сварку трением как синонимы. Однако инерционная сварка является разновидностью сварки трением.
Точнее, инерционная сварка — это разновидность вращательной сварки трением. Она получила название инерционной сварки из-за того, как происходит вращение.
В этом методе соединения одна из заготовок остается неподвижной, а другая устанавливается на шпиндель. Шпиндель вращается с высокой скоростью, создавая трение между двумя металлическими поверхностями.
Здесь максимальное число оборотов шпинделя является фиксированным и зависит от типа материала, который он удерживает, и температуры, которой он должен достичь, чтобы сварить две детали вместе.
Как только шпиндель достигает максимальной скорости вращения, привод отключается, и неподвижная заготовка вдавливается во вращающуюся заготовку. Заготовка продолжает вращаться сама по себе благодаря силе инерции, возникающей из кинетической энергии.
Каковы преимущества сварки трением?
Не все методы сварки обеспечивают одинаковые результаты соединения. Следовательно, тип сварки выбирают на основе свойств, придаваемых соединению в процессе сварки.
Рассмотрим некоторые преимущества сварки трением:
Позволяет соединять разнородные металлы: Одним из основных преимуществ сварки трением является то, что ее можно использовать для соединения разнородных металлов.
Некоторые из распространенных биметаллических фрикционных соединений:
- Алюминий по стали
- Медь к алюминию
- Титан в медь
- Сплав никеля со сталью
Как правило, любой ковкий металл можно сваривать трением. Это дает больше свободы инженерам, поскольку они могут создавать биметаллические конструкции благодаря сварке трением.
Соединения меди с алюминием обычно считаются неразборными, но при сварке трением это возможно.
Нет внешнего применения тепла или потока: Сварка трением не требует внешнего тепла или флюса, что делает процесс простым и менее грязным.
Минимум дефектов или отсутствие дефектов: Одним из преимуществ сварки в твердом состоянии является то, что она содержит минимум дефектов или вообще не содержит дефектов по сравнению со сваркой плавлением. Те же эффекты переносятся на сварку трением.
Очень быстрый процесс: Сварка трением считается одним из самых быстрых методов сварки, работая в два или даже в 100 раз быстрее, чем обычная сварка плавлением.
Не требует большой подготовки поверхности: Механически обработанные, распиленные или срезанные поверхности можно соединять с помощью сварки трением.