Сварка трением преимущества и недостатки: Преимущества и недостатки сварки трением с перемешиванием — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

что это такое, где применяется, особенности, достоинства и недостатки

На огромных предприятиях, выпускающих сельскохозяйственную технику, корабли, а также самолеты, используют методы, которые нельзя отнести к классическим.

Фактор такого решения в том, что вне зависимости от того насколько хорошо укомплектован состав сварщиков на производстве они не могут работать продуктивно из-за присутствия человечного фактора

Поэтому при возникновении таких ситуаций используют нестандартные технологии сварки. К ним относится сварка трением. О ней расскажем подробнее.

Содержание статьиПоказать

Справочная информация
Негативные и позитивные стороны
Применение
Разновидности
Процесс
Оснащение
Выводы

Справочная информация

Фрикционная или как еще ее называют сварка трением — сварка, которую используют для соединения металлов отличительных по химическому составу.

Основной принцип работы этой технологии заключается в трении деталей друг о друга, в результате чего они нагреваются, из-за возникшего теплу метал плавиться и формируется слияние деталей.

Однако помимо трения, во время производства большое значение имеет давление, оказываемое на эти детали, а еще следующая проковка болванок.

Принципы лежащие в основе фрикционной сварки крайне просты поэтому ее применяют в передовых производствах, так как такой метод повышает результат и качество продукции.

И для этого не требуются сотрудники с высокой квалификацией, а достаточно обычного сварщика которого обучили как верно налаживать оснащение, а все остальное сделает программа.

Негативные и позитивные стороны

Позитивные стороны заключаются в результативности работы, высоком качестве соединения, а также возможности соединять заготовки из металлов отличающиеся по химическому составу.

Также есть недочеты: из-за того что станки рассчитаны на работу с болванками конкретных габаритов нельзя работать с деталями разных размеров.

Также нельзя работать с деталями которые имеют S поперечного сечения 150 мм2. В других направлениях технология показала себя очень хорошо.

Применение

Фрикциионная сварка трением массово эксплуатируется в разработке кораблей, воздушных судов, создании сельхоз техники, деталей для атомной энергетики, электротехники и производств механизмов для нефтяной промышленности.

То есть область применения большая. Еще предоставленная разработка продемонстрировала себя действенной и в наиболее трудных и серьезных сферах изготовления, к примеру, ее используют при соединении комплектующих космических кораблей.

Разновидности

Подвиды сварки трением: инерционная, колебательная, с непрерывным приводом, а также радиальную и орбитальную. О каждой из них расскажем детально

С непрерывным приводом

Технологию придумали в середине 20-го века. Принцип ее работы достаточно прост и не претерпел изменений. Во время работы за станком одна болванка располагается неподвижно, а вторая вертится. Как только они контактируют, возникает осевое напряжение нагрева. Заготовки раскаляются и при получении определенной температуры деталь которая вращалась прекращает движение. После этого происходит проковка деталей. Ниже изображена методика работы данной технологии, где 1 это тормоз, а 2 и 3 болванки

Инерционная

Принцип ее работы довольно прост: во время вращения насаженного на шпиндель маховика скапливается энергия. Когда скорость вращения достигнет нужного значения, заготовки направляются друг на друга нагрузкой. После остановки шпинделя заканчивается и процесс сварки. Ниже на схематическом рисунке изображен принцип работы 1 – маховик 2, 3 – детали

Вибротрением

Известна как колебательная. Принцип работы в колебании под конкретным углом двух или одной детали. Сварка вибротрением употребляется время от времени, при этом более подходит для соединения термо- и реактопластов.

Орбитальная

Уделите внимание этому виду. В этом пункте мы кратко опишем принцип ее работы.

Суть способа в том что слияние происходит когда две детали вращаются одна вокруг другой. Потом происходит совмещение осей заготовок что вызывает их остановку и окончание сварки, после происходит проковка.

При таком виде сварки идет равномерное выделение тепла что позволяет беспрепятственно варить заготовки у которых большая площадь поперечного разреза. Ниже на рисунке, а – нагрев, б – проковка.

Радиальная

При использовании этой технологией используется 2 кольца – внешнее и внутренне. Они вращаются под конкретным углом, в результате выделяется тепло, которое плавит окончания трубок. При этом дополнительно можно оказывать давление на трубы.

Процесс

В этом пункте мы опишем сам процесс . Во-первых, нужно подготовить металл. Но если вы будете использовать сварку трением, это не занимает основное место так как она никак не влияет на свойства сварного соединения, а все шероховатости потом исправляются.

Поэтому детали можно разрезать дисковой пилой или просто ножницами по металлу.

Не переживайте если возникнут неровности, это можно исправить затиранием или просто сделать процесс нагревания более длительным.

Также можно не обращать внимания на внешние загрязнения метала так как при нагревании ржавчина, следы краски или масла исчезают.

Для получения качественного шва, нужно правильно установить режим сварки.

Для настройки режима необходимо учитывать много деталей и так как новичкам сложно устанавливать каждое значение ниже мы приведем оптимальный алгоритм следуя которому вы, по началу сможете задать оптимальные настройки однако что бы понимать суть процесса необходимо будет ознакомиться с регламентом.

Первый параметр, который выставляется — скорость вращения деталей. Все зависит от используемого металла: к примеру для заготовок из титана это 4 или 5, для деталей из алюминия и меди, или их сплавов хватит 2, а если нужно варить из черного металла то лучший вариант от 2,6 до 3

После этого настраивается удельное давление притирки: благодаря ему можно улучшить и ускорить процесс сварки трением. Стандарта здесь нет, так как все зависит от металла с которым вы будете работать.

Например при сварке трением деталей ил углеродистой стали мы задаем время притирки в пределах 1-3 секунд и выставляем значение в 10 Мегапаскалей. Но все равно напоминаем о важности ознакомления с нормативными документами.

Следующим шагом идет настройка удельного давления нагрева, здесь также все зависит от сплава с которым вы будете работать. Если деталь из низколегированной стали или углеродистой необходимое значение 30-60 Мегапаскалей.

Если же вы будете использовать инструментальную или например жаропрочную стали то значение составляет 60-120 Мегапаскалей, если из алюминия то вполне будет хватать 7-20 Мегапаскалей.

Также нужно помнить о настройки удельного давления проковки. Тут все зависит от пластических свойств выбранного метала. Например для алюминия достаточно 8 – 10 Рн (Мегапаскалей). Рекомендованое время проковки – до 3 секунд

Последний параметр это длительность торможения и длительность нагрева деталей. При установке этого параметра единых стандартов нет, можете пофантазировать и попробовать разные варианты.

Единственное что нужно помнить – длительность торможения должна быть небольшой.

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. Поэтому советуем применять последующую формулу:

Формула расчета

S — площадь сечения которое необходимо сварить, а N сталая величина значение которой 20 Вт/мм2.

Выводы

Технологии которые мы описали, это простой, однако действенный способ сварки трением. Если их использовать есть возможность повысить продуктивность, улучшить качество соединения, а и работать с разнородными металлами.

Был ли у вас опыт работы с этой технологией? Своим опытом можете поделиться в комментариях.

А также рекомендуем посмотреть с видео, где детально описывается технология сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.

Сварка трением: особенности процесса

Из этого материала вы узнаете:

Технология сварки трением
Основные разновидности сварки трением
Режимы сварки
Оборудование для сварки металла трением
Преимущества и недостатки сварки трением
Области применения сварки трением

Если говорить об особенностях технологии, то сварка трением гораздо проще, чем электродуговая или газовая.

Кроме того, данный метод может похвастаться высокой производительностью и минимальными потерями энергии. Именно поэтому он сегодня весьма востребован в различных сферах производства.

Фрикционная сварка была изобретена еще в Советском Союзе в 1956 году. С тех пор технология значительно усовершенствовалась, и сейчас существует несколько разновидностей подобного способа соединения деталей, каждая из которых используется в конкретной ситуации. Но давайте обо всем более подробно.

Технология сварки трением

Данная технология отличается от других способов сварки тем, что соединение заготовок осуществляется благодаря теплу, выделяемому при их трении между собой.

Чаще всего трение обеспечивают за счет вращения, при этом в движение приводится только одна деталь или вкладка, накладка между элементами будущей конструкции. Элементы прижимают между собой с большой силой, из-за чего детали нагреваются в месте соприкосновения.

VT-metall предлагает услуги:

Трение, высокая температура приводят к разрушению окисных пленок, удалению загрязнений. Благодаря тому, что заготовки притираются между собой, их поверхности выравниваются, исчезают мельчайшие неровности, а между атомами происходит близкое взаимодействие. На первых этапах обработки стабильности кристаллических связей мешает вращение.

Сварка трением состоит из таких шагов:

удаление оксидных пленок;
нагрев металла до пластичного состояния, формирование и разрушение кристаллических решеток;
остановка вращения, которая приводит к кристаллизации разогретого металла, образованию сварного шва.

После достижения температуры плавления нужно остановить движение, повысить силу прижима.

Основные разновидности сварки трением

За те полвека, что прошли с момента разработки сварки методом трения, были созданы несколько разновидностей данной технологии. Каждый из подходов имеет свои нюансы, что позволяет наиболее эффективно применять его в определенной области.

Метод линейной сварки трением

Металл нагревается при помощи поступательного движения: одна заготовка жестко фиксируется, а другая остается подвижной и совершает колебания, за счет чего кромки элементов соприкасаются. При достижении точки пластичности материала детали прижимают, они взаимно вжимаются, появляется общий слой молекул.

В итоге надежное соединение образуется по всей поверхности стыка, что важно при работе с деталями из различных металлов, имеющих схожую степень пластичности.

Метод сварки трением с перемешиванием

Эта технология появилась в Британии, причем произошло это не так давно – ее авторы получили патент только в конце прошлого века. Заготовки закрепляются таким образом, чтобы между их кромками проходил вращающийся инструмент в виде цилиндра со штырем и заплечиками, который должен обеспечивать силу трения. Кромки нагреваются вращением центрального штыря между сдавливаемыми деталями.

Движущийся стержень смешивает мягкий нагретый материал заготовок, тот вытесняется назад центробежной силой, перекрывая оставшийся между деталями зазор и образуя сварочный шов. Необходимые размеры валика устанавливаются при помощи заплечиков. После нескольких проходов стыка инструмент выходит за область деталей. На завершающем этапе горячий металл шва уплотняется сжатием.

Метод орбитальной сварки

В соответствии с данной технологией, детали взаимодействуют между собой при вращении в общей плоскости по разным орбитам. Такую сварку трением обычно применяют для обработки деталей со значительной площадью соприкосновения.

Основными показателями, регулируемыми в процессе работы, являются относительное смещение осей/эксцентриситет и скорость вращения. После того как металл приобрел требуемую степень нагрева, заготовки размещают по одной оси и сдавливают. Готовый шов подвергают проковке, чтобы придать диффузному слою более прочную структуру.

Метод радиальной сварки

Подход применяется при сварке стыков труб трением, где роль присадки выполняет разжимное кольцо. Последнее может устанавливаться двумя способами:

наружным – обод вращается поверх трубы, а внутрь ставится оправка, чтобы изделие не изменило форму под действием горячего кольца;
внутренним – кольцо находится в трубе, а оправка размещается с внешней стороны заготовки.

Вращение обода приводит к возникновению силы трения, которая разогревает кромки и поверхность самого кольца. Сжатие наружного или расширение внутреннего кольца позволяет сформировать сварной шов, обеспечивающий герметичное соединение, способное справляться со значительными нагрузками.

Метод инерционной сварки трением

В данном случае одна деталь крепится неподвижно, а другая устанавливается на маховик. Благодаря последнему достигаются такие показатели: скорость 11 м/с и угловое ускорение 150–300 рад/с2.

Металл разогревается при сближении раскрученного элемента и неподвижного благодаря силе инерции, накопленной маховиком. В этот момент двигатель станка для сварки трением уже выключен, а подвижную заготовку вдавливают в жестко зафиксированную, используя усилие в пределах 4 740 кг/см2.

Стоит пояснить, что данная величина подбирается в соответствии с толщиной деталей, видом, маркой сплава.

Когда заканчивается накопленная энергия и движение маховика прекращается, горячие кромки сцепляются, формируя единый диффузный слой.

Метод сварки трением с непрерывным ходом

Способ был открыт в середине XX века. Он предполагает нагрев металла при помощи жесткой фиксации одной из деталей и непрерывного вращения другой по общей оси. Движение прекращают при достижении точки пластичности и сдавливают детали с усилием. Так формируется диффузный слой, а поверхности спекаются.

Чтобы повысить плотность шва, стык проковывают. При сварке трением регулируют время разогрева поверхностей и степень сдавливания.

Метод штифтовой сварки

Технология позволяет укрепить изделия в месте дефекта. В первую очередь, в детали высверливают отверстие диаметром, соответствующим размеру штифта – именно он будет играть роль наплавки. Далее штифт вводят вращением, благодаря чему металл нагревается и становится мягче, формируя надежный шов.

Данный метод также называют мобильным и используют во время ремонтных работ. С его помощью удается увеличить продолжительность службы деталей, если штифт установлен надежно.

Метод колебательной сварки

Он также известен как вибротрение, поскольку связан с совершением возвратно-поступательных движений одной или сразу двух деталей с высокой частотой. В результате металл становится более пластичным, а кромки хорошо соединяются при сжатии. Подобную сварку трением применяют при работе с материалами с высоким показателем пластичности.

Метод роликовой сварки

Изначально подход создавался для работы с листовой тонкостенной сталью. В его основе лежит использование вращающегося ролика, который движется по шву со скоростью в пределах 2 м/с, а прижимные пластины давят на материал с силой до 5 кг/см2. Ролик разогревает металл в месте стыка, наложения листов внахлест.

Режимы сварки

Для всех описанных выше методов сварки трением предусмотрено несколько режимов. Они предполагают разную скорость вращения подвижных элементов, силу сдавливания заготовок и толщину сварного кольца, если речь идет о радиальной сварке.

Физические параметры зависят от технологии производства. Условно подобная сварка выполняется при низкоскоростном, стандартном и ускоренном режиме.

Низкие скорости вращения, трения заготовок необходимы для обработки материалов большой вязкости, таких как медь. Кроме того, они незаменимы, когда присутствует вероятность нарушения структуры волокон детали.

На высоких скоростях сваривают легкоплавкие металлы и сплавы методом перемешивания. А высокое давление вдоль оси вращения используется во время работы с непрерывным приводом и сплошными деталями, то есть не имеющими полостей.

Оборудование для сварки металла трением

Нередко сварку трением осуществляют на станках, предназначенных для резки металла. Однако такое оборудование вскоре ломается, поэтому не может использоваться в течение большого отрезка времени. В основе работы всех специализированных машин для сварки трением с блоком управления лежит единый принцип, где силовой привод подводится к двигающимся механизмам.

Свариваемые элементы фиксируются при помощи зажимных устройств и двигающих механизмов. Оборудование может функционировать в автоматическом либо полуавтоматическом режимах. Во втором случае задача работника состоит в укладке заготовок и выемке готовых изделий.

Также все существующие сегодня машины могут быть универсальными или созданными для работы по определенной технологии. Встречается оборудование, где можно проводить подготовку, заточку, выравнивание кромок перед сваркой трением.

В используемый для проведения работ комплект входит сама сварочная машина, мини-компьютер с программами для разных режимов, станок для удаления грата, погрузочно-разгрузочные манипуляторы и транспортировочные устройства.

Преимущества и недостатки сварки трением

Процесс сварки трением имеет такие основные достоинства:

Высокая производительность. Вся работа длится не более нескольких минут, а подготовительно-завершающие операции занимают гораздо меньше времени, чем при контактной электросварке.

Эффективное использование энергии. При сварке трением нагревается ограниченная зона металлической заготовки, причем на повышение температуры до необходимого уровня требуется минимум времени. В результате можно говорить о минимальных потерях энергии на обогрев окружающего пространства в сравнении с прочими подходами. Практика показывает, что за счет использование интересующей нас технологии энергозатраты удается сократить в десять раз.
Одинаковые свойства швов во всей партии деталей. Параметры готовых изделий различаются не более чем на доли процента при условии соблюдения режима. Благодаря этому удается отслеживать качество выборочно, сокращая временные и финансовые затраты на работы. Например, если разрушающий контроль прошла одна деталь, значит, годна вся партия, и для этого есть техническое обоснование.

Высокое качество швов. Правильный выбор режима для применения сварки трением позволяет добиться того, что зона сварного шва и прилежащая область будет иметь минимальные отличия по строению и характеристикам от основного металла. Немаловажно, что в материале шва почти не встречаются дефекты, такие как пористость, каверны, трещины, включения.

Отсутствие необходимости в предварительной механической обработке шва и прилежащей области. Обычно зачистку производят на первом этапе технологического процесса. Так как подготовительно-завершающие операции более затратны по времени, чем сама сварка, отказавшись от них, можно сократить общую продолжительность работ.
Возможность сваривать разнородные материалы. Благодаря сварке трением без проблем соединяются заготовки из металлов, с которыми не справляются остальные методы. Например, удается сочетать стальные и алюминиевые сплавы, алюминиевые и медные, сталь и титан, пр.

Экологичность. Данный подход дает возможность сократить выбросы в окружающую среду и минимально отражается на здоровье сварщиков. Дело в том, что отсутствуют такие факторы, как высокое напряжение, УФ-излучение, брызги горячего металла, вероятность возгорания, пр.

Сварка трением может быть механизирована или автоматизирована, что позволяет использовать ее на крупносерийных, массовых производствах. Для этого несколько простых повторяющихся операций представляют в виде алгоритма, после чего система выполняет их сама, не требуя непосредственного участия людей.

Однако у сварки трением, в том числе ротационной, есть и минусы:

Низкая универсальность. Метод позволяет сваривать заготовки только некоторых форм, а именно прутки, трубы, листовой прокат, ленты, полосы.

Большие размеры оборудования. Вся техника является стационарной и не имеет мобильных аналогов.
Нарушение микроструктуры сплава в зоне обработки. На фоне искривления структурных волокон во время подобной сварки постепенно происходит усталостная деформация, из-за чего металл не может обеспечить изначальный уровень прочности.

Но названные недостатки не мешают большинству высокоточных производств применять сварку трением, обеспечивая своим изделиям такие характеристики, как высокое качество, надежность, герметичность и непроницаемость.

Области применения сварки трением

Активнее всего данная технология используется в сфере машиностроения, а именно в инструментальном производстве. Также ее применяют во время сборки внутрикорпусных изделий атомных реакторов. В электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли не обходятся без соединения трением заготовок, состоящих из алюминиевых и магниевых сплавов.

Сварка трением задействована и в транспортном машиностроении. Радиальный метод используется при изготовлении техники для добывающего и перерабатывающего сектора. А не так давно фрикционная сварка нашла применение в кораблестроении, пищевом машиностроении.

Рекомендуем статьи

Типы сварных швов: отличия от соединений и описание разновидностей
Как варить электросваркой: технология и важные правила
Конденсаторная сварка: особенности процесса

Сегодня традиционные методы постепенно вытесняются сваркой трением в ряде областей:

формирование новых паяных, клепаных соединений на месте старых;
восстановление изделий, сложного инструмента;
приваривание заготовок к другим поверхностям;
замена контактной электросварки.

За счет такой технологии, как сварка трением, удается добиваться повышенной экологичности процесса производства, соблюдать современные требования в данной сфере.

Метод считается особенно выгодным благодаря высокой энергоэффективности, отсутствию брызг горячего металла, вредных испарений и продуктов горения, ультрафиолетового излучения и сниженной вероятности возгорания.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

технология, применение, схема, недостатки и преимущества

Преимущества

Рассматриваемый метод характеризуется довольно большим количеством достоинств. Перемешивая заготовки трением можно получить качественный шов. Качество сварки трением перемешиванием повышается при использовании различных инструментов. Преимуществами можно назвать следующие моменты:

Заготовки не нужно тщательно подготавливать. Если рассматривать контактную и другую технологию, то перед непосредственной обработкой поверхность должна быть тщательно очищена от различных загрязнений и быть ровной. В противном случае качество шва будет низким, достигнуть требуемой герметичности не получится. В рассматриваемом случае достаточно очистить поверхность от крупных и сильно проявляющихся загрязнений.
Не возникает необходимости в особой подготовке кромок. Некоторые технологии предусматривают снятие поверхностного слоя металла и проведение некоторых технологических операций, которые позволят существенно повысить прочность соединения.
Есть возможность провести соединение металла, который нельзя обработать обычным способом. Примером можно назвать материалы, не подающиеся обычным методам сварки. При этом необходимость в предварительном подогреве зоны обработки практически не возникает.
Прочность получаемого соединения достаточно высока. Именно поэтому технология может применяться для получения ответственных изделий с различной областью применения.
Нет необходимости в использовании присадочной проволоки. Этот момент существенно снижает себестоимость проводимой работы.
В месте соединения зернистость мелкая. За счет этого повышается плотность сварочного шва и его устойчивость к различного рода воздействия.
Отсутствие пор также благоприятно сказывается на качестве полученного соединения. Это свойство можно связать с тем, что при сильном нагреве проводится выделение различных газов и веществ, которые и становятся причиной образования пористости.
Практически полное отсутствие признаков коробления и термической деформации определяет то, что финишная обработка требуется крайне редко.
После проведения сварочных работ при сварке трением с перемешивание изделие практически сразу готово к применению. При этом нет необходимости в проведении каких-либо подготовительных действий.
Не повышается степень реакции поверхности на воздействие окружающей среды. Другими словами, материал не покрывается коррозией.
При проведении процедуры на момент сварки трением с перемешиванием не образуется токсичных газов или других выделений. Кроме этого, более распространенные методы, основанные на воздействии тока, приводят к образованию электрической дуги, которая оказывает негативное воздействие на оператора и окружающих при условии отсутствия специальных средств индивидуальной защиты.
Уменьшается продолжительность производственного цикла примерно на 50% в сравнении с другими распространенными способами.
Экономия на количестве потребляемой энергии составляет 20%.

Как ранее было отмечено, получение бездефектных швов на сплавах определило широкое распространение сварки трением с перемешиванием. Примером можно назвать получение кузовных деталей.

Плюсы и минусы сварки трением

До положительных сторон можно отнести следующие:

сварщик не подвергается воздействию шума, дыма или света;
швы в процессе сварки получаются беспористыми, а это увеличивает их прочность;
в статоре машины для сварки вакуум, а это исключает потребности во флюсе или инертном газе;
в процессе трения удаляется пленка оксидов, что не требует дополнительной подготовки перед работой;
пространственная свобода;
автоматизация процесса качественно влияет на производительность и КПД;
благодаря простоте оборудования и его высокой эффективности существенно снижаются за траты на потребление электрической энергии.

Так же метод имеет и некоторые недостатки в сравнении с дуговой электрической сваркой:

для процесса необходимы крупногабаритные металлические подложки с возможностью крепления одной из заготовок в различных пространственных положениях;
если вовремя не остановить статор, то диаметрально по шву может пройти канавка в форме наконечника штыря;
возможные поломки механической части привода вращений или статора приведут к порче заготовок во время сварки.

Несмотря на эти нюансы, метод является неотъемлемой частью большинства высокоточных производств, где от изделий ожидается качество, надежность, стопроцентная герметичность и непроницаемость.

Машины для данного вида сварки являют собой сочетания качества, функциональности, минимума затрат и максимума производительности.

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

Обозначение на чертежах

В некоторых ситуациях может понадобиться профессиональная схема или чертеж с правильным обозначением контактной сварки.

По действующим стандартам таких обозначений может быть несколько. Если речь идет о видимом сплошном шве, то его помечают основной линией, а прочие подобные элементы – тонкой линией. Что касается сплошного скрытого шва, то он должен обозначаться штриховой линией.

Видимые сварные точки на чертеже отмечаются значком «+», а скрытые не отмечаются никак. От всех видимых и скрытых сплошных швов или сварной точки могут идти линии с выноской.

Только на этих линиях или под ними можно писать условные общепринятые обозначения, цифры и литеры, указывать номера госстандартов. К примеру, обозначение точечной контактной сварки на выносной линии обязательно должно содержать большую букву «К» (она указывает на тип сварки – контактная) и маленькую буква «т» (буква указывает на конкретный метод работы – точечный).

Всю ключевую информацию о соединениях, необходимую для чертежей и схем, можно взять из ГОСТа или других надежных источников.

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.

https://youtube.com/watch?v=XRvoqfIipXY

Кроме того, сварка трением легко поддается механизации и автоматизации

Сварка металла трением

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.

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 1800С, 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 с перемешиванием:

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.

Основные этапы фрикционной сварки

Главная особенность этого метода сварки заключается в его универсальности в работе. То есть, оборудование для фрикционной сварки позволяет соединить в единое целое разные материалы – сталь, медь, латунь и так далее. Сварка трением нашла свое применение в производстве клапанных запчастей для двигателей внутреннего сгорания, печатных валов, поперечин, а еще труб для бурения и так далее. Зона термической обработки при использовании метода фрикционной сварки существенно меньше иных разновидностей сварки. В месте соединения материала не появляется сварочная ванна. Процесс сваривания достаточно простой, но трудоемкий, он состоит из таких основных этапов:

Исходная точка: закрепление обеих рабочих частей и начало вращения одной из них;
Нагревание: обе части рабочего материала прижимаются между собой с определенным усилием вращения, в следствие чего сила сжатия вызывает трение, которое, в свою очередь, вызывает нагревание поверхностей свариваемых частей;
Процесс сварки: в конкретный момент та часть, которая вращается, замедляет свой ход, что вызывает повышение давления сжатия. Именно в этом момент и возникает сваривание рабочих частей между собой с помощью трения.
Исходная точка
Нагревание
Процесс сварки

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам данного метода относятся:

высокая производительность;
энерго/эффективность;
стабильность и качество соединения на высоком уровне;
лояльные требования к чистоте поверхности;
возможность эффективного соединения одноимённых сплавов и разных металлов. Как пример: сталь с алюминием либо медью.
Возможность проведения работ с использованием программируемых машин с частичным использованием ручного труда или без такового.

Также немаловажно, что в процессе работ не выделяется ультрафиолетовые излучения. В работе нет брызг горячего металла

Но, есть и ложка дёгтя, как же без неё обойтись! Недостатки сварки трением – это:

универсальность процесса на низком уровне;
тяжёлое и громоздкое технологическое оборудование;
искривление текстурных волокон в рабочей (сварной) зоне.

Радует то, что недостатков гораздо меньше, нежели положительных моментов.

Режимы и процесс сварки

Первоначальный режим процесса подразумевает разрушение и удаление окисных плёнок. Это достигается силой трения.

Технология сварки методом трения

На втором этапе происходит разогрев рабочих кромок до пластичного состояния. А также появление временного контакта, его разрушения. Выдавливание из стыков пластичных объёмов металла.

К третьему режиму относится окончание вращения и образование цельного сварного соединения.

Сущность рабочего процесса сводится к следующему. Для работы задействуют инструмент, выполненный в виде стержня. Заплечики (бурт) с утолчённой частью и наконечник с выступающими краями. Размеры элементов подбираются исходя из толщины рабочих деталей.

Способы

Данный вид сварки включает в себя несколько методов, на которых следует остановиться. Давайте рассмотрим виды сварки трением, остановимся на каждом из них. Узнаем, где и каким образом, каждый из них применяется.

Линейная сварка трением использует инструмент цилиндрической формы с наплечниками и выступающим штырём в центре конструкции. Для вращения он опускается в линию соединения рабочих деталей.

Вращаясь, инструмент создаёт прижимное усилие и поступательные движения для создания сварного шва.

Дополнительно он формируется заплечниками. С помощью выдавливания и перемешивания происходит формирование сварного шва.

Линейная сварка трением

Ротационная сварка трением сегодня считается разработанным и распространенным способом. Она активно используется при выпуске холодильного оборудования, производстве паромов, тепловых обменников и электрических силовых агрегатов.

Техника задействована в научных и исследовательских целях, а также в автомобильной отрасли.

Какое оборудование необходимо?

К процессу подключаются специальные машины. Например, автоматическая установка СТ 110, предназначенная для производства автомобильных выпускных автомобилей.

Машины комплектуются рабочими узлами. Это: вращающийся привод, фрикционная муфта, шпинделя с ремённой передачей тормоз.

Большая часть машин оборудована приводом вращения, в который входит асинхронный электрический силовой агрегат, клиномерная передача с зубчатым ремнём.

Оборудование для сварки трением

Этот способ сварки подразумевает использование и других конструкций. К примеру, машин для микро и прецизионной сварки. «Малыши» не отстают от «взрослых». В маленьких конструкциях шпиндель должен разогнаться и развить частоту вращения 80-650 с-1. Сварки трением по ГОСТ 260184 регламентирует термины и определения основных понятий.

Техника безопасности

В процессе работ необходимо соблюдать противопожарную и личную безопасность.

Процесс безопасности включает подготовительный этап и рабочие моменты.

Это проверка рабочей формы и защитных принадлежностей. Освобождение рабочей зоны от посторонних предметов.

Проверка рабочего инструмента и электрических соединений.

Подробно о соблюдении ТБ написано в инструкции по проведению работ.

В интернете достаточно литературы по этому вопросу. Есть обучающие ролики, где показано не только видео сварки трением, рабочих процессов, но и в полном объёме раскрывается тема ТБ.

Важно, чтобы каждый сотрудник перед началом работы прошёл технический и личный инструктаж. Для этого предусмотрен специальный журнал

Заключение

Существующие процессы и технологии не стоят на месте. Специалисты изучают методы работы и стараются усовершенствовать конечный результат.

Хотя сварка трением считается изученной и понятной, но всё равно научные работники и исследовательские центры хотят расширить её возможности для получения более качественной продукции. Использовать метод, расширив его географию.

Применяемое оборудование

Для сваривания используют металлорежущие станки, но они не подходят для длительного применения, быстро выходят из строя. Специальные машины с блоком управления созданы по одному принципу: силовой привод подводится к двигающимся механизмам. Для фиксации свариваемых заготовок предусмотрены зажимные устройства, двигающие механизмы. Работает оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме (укладка заготовок, выемка готовых изделий производится в ручном режиме). Машины бывают универсальными и под определенную технологию. На некоторых устройствах предусмотрена предварительная подготовка свариваемых поверхностей, заточка и выравнивание кромок.

Технологические виды фрикционной сварки и их основные характеристики

Упомянутый способ сварки считается одним из наиболее перспективных среди аналогичных ему методов. Он активно развивается специалистами в экономически развитых государствах. На сегодня существуют следующие разновидности технологических схем сварки трением:

Фрикционная сварка с непрерывным приводом: этот метод предусматривает вращение одной из рабочих заготовок. В момент соприкосновения обеих частей на них воздействует осевая сила нагрева. Степень нагревания в специальном сварочном оборудовании определяется временем нагрева или же уровнем деформации рабочих заготовок;
Инерционная сварка трением: этот способ сваривания предусматривает использование специального массивного маховика, который обеспечивает движение рабочих частей материала. Предварительно его следует разогнать до определенной скорости, что выполняется за счет мощного мотора. Энергия, которая накапливается во вращательной массе этого маховика, превращается в тепловую в момент сжатия поверхностей заготовок;
Орбитальная фрикционная сварка: этот способ осуществляется за счет силы, образованной при прижатии обеих частей друг к другу по круговой орбите, но без вращения по своей собственной оси. В момент нагрева оси рабочих частей смешены на показатель эксцентриситета. В конце процесса нагревания оси следует совместить, что прекращает движение частей и способствует их проковке;
Радиальный метод фрикционной сварки: этот способ базируется на использовании теплоты трения одного из колец – наружного или внутреннего, которые вращаются с определенной угловой скоростью, и скошенных концах труб, которые прижимаются между собой с конкретной силой;
Сварка трением с перемешиванием: эта методика чаще всего используется в работе с заготовками из тонколистного сырья. К концам рабочих частей необходимо подвести ролик, вращающийся с определенной скоростью. Эта технологическая схема достаточно сложная в выполнении и реализуется в несколько этапов.

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

Что это такое?

Технологии и понятийный аппарат метода регламентируются ГОСТ 260184. Указанный процесс стоит несколько особняком от прочих способов сварки, что обусловлено технологическими особенностями способа. Для нагрева соединяемых элементов используется тепловая энергия, выделяемая в ходе трения заготовленных элементов.

Наиболее актуальным и распространённым здесь является трение вращения, при котором вращается один из свариваемых элементов. В ходе процесса элементы с усилием прижимаются друг к другу, с постепенным ростом силы прижатия. Одновременно с нагревом подвергаются разрушению поверхностные окисные пленки, а также остатки различных загрязнений. Поверхности элементов постепенно плотно притираются между собой, удаляются выступы и неровности, а атомы свариваемых материалов получают доступ к тесному взаимодействию.

Обсуждаемый способ в значительной мере проще, чем, например, газовый.

Среди особенностей технологии отмечают ряд факторов.

Возможность качественного соединения неоднородных материалов. При этом нет необходимости применять присадки и более сложное оборудование.
Возможность создать качественное и плотное соединение элементов из меди, свинца, титана, избегая деформаций деталей.
Наибольшая продуктивность метода фиксируется при обработке заготовок диаметром 6-100 мм.
Возможность соединять плохо свариваемые металлы. Например, детали из алюминия и стали.

Преимущества и недостатки

У этой уникальной технологии множество преимуществ.

Высокий уровень производительности. Сварочный цикл длится несколько секунд, иногда минут. Значительно меньше времени уходит и на подготовку операций. Таким образом, обсуждаемая технология выгоднее контактной электросварки.
Экономия энергии. Нагрев обрабатываемых областей проявляется крайне скоро и в весьма локализованных районах, поэтому энергозатраты в десятки раз меньше, чем в иных технологиях.
Высококачественные сварные швы. При оптимально выбранном режиме исполнения зона шва и его близлежащие края остаются абсолютно идентичными базовому материалу. Более того, в теле шва не остаётся дефектов (трещинок, инородных проявлений и прочего).
Качественные и стабильные характеристики швов в партиях финишной продукции сохраняются – окончательные параметры изделий в них отличаются минимально, что предоставляет возможность реализации выборочного контроля, экономя время и средства.
Не требуется предварительных механических зачисток шовной зоны и около неё, выполняемых в начальной фазе процесса.
Возможность сваривания неоднородных материалов.
Экологичность.
Метод прекрасно поддается автоматизации, что актуально при крупных производственных сериях.

Стоит сказать и о недостатках.

Применимость способа лежит в небольшой области форм деталей-заготовок. Метод не применяется для соединения удлиненных швов (прямых и кривых), непростых конфигураций, при монтаже стройконструкций, крупных корпусных элементов.
Громоздкость агрегатов. Агрегаты требуют стационарной установки и электропитания.
Ограничения в габаритах деталей, длина которых соизмерима с вылетом бабки агрегата, а диаметр — с выносом кулачков патрона.
Появление возможных радиальных нарушений текстуры в зонах швов и около них. При значительных динамических нагрузках появляются места усталостных напряжений, возникают микротрещины и иные дефекты. Снижается и уровень антикоррозионной устойчивости. Во избежание таких последствий на деталях оставляют грат, на снятие которого уходит некоторое время.

Последовательность выполнения сварки

После начала осадки нагретых заготовок выполняется их частичная проковка. Эта стадия операции машиной для соединения трением производится автоматически. В более дешевых, полуавтоматических машинах приходится управлять процессом сварки по показаниям приборов, в частности, силоизмерителя и манометра.

После того, как процесс завершен, с установки снимают матрицу, извлекают соединенную заготовку из зажимов и сразу же помещают ее в термостат. Такой переход необходим для того, чтобы произвести оперативный отжиг места сварного соединения. Для того, чтобы предохранить заготовку от теплового удара, вызванного значительным температурным перепадом

Это особенно важно для сталей, которые склонны к отпускной хрупкости — нержавеющих, высокоуглеродистых и высоколегированных

Начальная температура внутри термостата устанавливается не ниже 150-1800С. В термостате выполняется медленное охлаждение места стыка до момента, когда температуры снизится до 500С. После этого соединение можно подвергнуть либо отжигу, либо использовать непосредственно.

Рассматриваемый процесс можно применять и для заготовок, которые имеют два стыка. Для этого вначале вышеописанным способом получают первый из стыков, затем помещают полуфабрикат в термостат с температурой 750-800 0С и выдерживают его там не менее 2.5-3 ч. Далее выполняется очистка полученного стыка от макродефектов сварки. Очищенную заготовку без торцевания второго стыка закрепляют в шпинделе или в суппорте и сваривают второй стык. Последующие переходы не отличаются от технологии одностыковой сварки трением.

В условиях ремонтных мастерских, а также в быту, под сварку трением можно успешно приспосабливать обычные токарные станки. Предварительно следует произвести расчет допускаемого осевого усилия на шпиндель и соотнести полученное значение с требуемым.

Технологические параметры некоторых, наиболее распространенных машин отечественного производства, на которых выполняется соединение изделий трением, приведены в таблице:

Последовательность выполнения стыкового соединения деталей трением можно увидеть на демонстрационном видео:

Поиск записей с помощью фильтра:

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.

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.

Сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

Главная » Сварка

Принцип процесса

Сварка трением с перемешиванием проводится при применении специального инструмента, который напоминает форму стержня. Среди особенностей сварки трением с перемешиванием можно отметить нижеприведенные моменты:

Применяемое оборудование для сварки трением с перемешиванием состоит из двух основных частей: заплечика и бурта, а также наконечника.
Инструмент выбирается в зависимости от толщины материала и его типа. Некоторые сплавы характеризуются низкой степенью обрабатываемостью.
Длина наконечника устанавливается в зависимости от толщины детали.
Этот метод сварки может выполняться с присадочным материалом. На момент сварки инструмент вращается с высокой скоростью в месте плавления. Оказываемое давление приводит к тому, что наконечника внедряется в заготовку на требуемую толщину. При этом заплечник должен коснуться обрабатываемой поверхности.
Следующий шаг заключается в перемещении инструмента по линии шва с определенной скоростью. При сильном трении поверхность материалов начинает сильно нагреваться, за счет чего он начинает становится пластичным. Деформация проходит равномерно.

Процесс сварки

При помощи специальной установки можно создать прочное соединение, которое характеризуется довольно высоким качеством.

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.

Основные параметры которые влияют на свойства шва

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

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

Сварочный шов

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.

Оснащение

Формула расчета

Основные области применения

На сегодняшний день рассматриваемая технология применяется в большинстве случаев при выпуске транспортных средств. Это связано с нижеприведенными моментами:

При применении технологии, которая предусматривает плавление металла, может появится перфорация тонких листов стали. Примером можно назвать обработку алюминия.
Рассматриваемая технология СТП определяет выделение меньшего количества тепла. Именно поэтому вероятность появления подобных дефектов незначительна.
Сварки трением с перемешиванием характеризуется высокой эффективностью, так как ее использование приводит к уменьшению степени энергопотребления в два раза.
Применение технологии позволяет снизить вес получаемой конструкции.

Все приведенные выше моменты определяют то, что рассматриваемая технология получила следующее распространение:

Судостроение.
Аэрокосмическая промышленность.
Электротехническая промышленность.
Строительство.
Пищевая промышленность.
Железнодорожный транспорт.

Оборудование для сварки трением с перемешиванием

Чаще всего сварки трением с перемешиванием применяется при соединении медных сплавов. Примером можно назвать получение контейнеров, которые можно использовать для хранения ядерных отходов и ответственных деталей.

Преимущества

Заготовки не нужно тщательно подготавливать. Если рассматривать контактную и другую технологию, то перед непосредственной обработкой поверхность должна быть тщательно очищена от различных загрязнений и быть ровной. В противном случае качество шва будет низким, достигнуть требуемой герметичности не получится. В рассматриваемом случае достаточно очистить поверхность от крупных и сильно проявляющихся загрязнений.
Не возникает необходимости в особой подготовке кромок. Некоторые технологии предусматривают снятие поверхностного слоя металла и проведение некоторых технологических операций, которые позволят существенно повысить прочность соединения.
Есть возможность провести соединение металла, который нельзя обработать обычным способом. Примером можно назвать материалы, не подающиеся обычным методам сварки. При этом необходимость в предварительном подогреве зоны обработки практически не возникает.
Прочность получаемого соединения достаточно высока. Именно поэтому технология может применяться для получения ответственных изделий с различной областью применения.
Нет необходимости в использовании присадочной проволоки. Этот момент существенно снижает себестоимость проводимой работы.
В месте соединения зернистость мелкая. За счет этого повышается плотность сварочного шва и его устойчивость к различного рода воздействия.
Отсутствие пор также благоприятно сказывается на качестве полученного соединения. Это свойство можно связать с тем, что при сильном нагреве проводится выделение различных газов и веществ, которые и становятся причиной образования пористости.
Практически полное отсутствие признаков коробления и термической деформации определяет то, что финишная обработка требуется крайне редко.
После проведения сварочных работ при сварке трением с перемешивание изделие практически сразу готово к применению. При этом нет необходимости в проведении каких-либо подготовительных действий.
Не повышается степень реакции поверхности на воздействие окружающей среды. Другими словами, материал не покрывается коррозией.
При проведении процедуры на момент сварки трением с перемешиванием не образуется токсичных газов или других выделений. Кроме этого, более распространенные методы, основанные на воздействии тока, приводят к образованию электрической дуги, которая оказывает негативное воздействие на оператора и окружающих при условии отсутствия специальных средств индивидуальной защиты.
Уменьшается продолжительность производственного цикла примерно на 50% в сравнении с другими распространенными способами.
Экономия на количестве потребляемой энергии составляет 20%.

Применяемое оборудование

Недостатки

У проводимой процедуры также есть несколько недостатков, которые нужно учитывать. Примером можно назвать возможность нарушения сплошности шва. Кроме этого, некоторые сплавы в меньшей степени подвержены воздействию силы трения.

Совершенствование рассматриваемого способа определило то, что на поверхности шва образуются дефекты в самых крайних случаях. Чаще всего это случается при нарушении технологии и использовании низкокачественного инструмента.

Технологические возможности у рассматриваемой процедуры довольно обширны. Примером назовем следующие моменты:

Автоматизация процесса.
Получение качественных изделий при несущественных финансовых затратах.
Получение шва без сильного наплыва металла.

Сварка меди и стали

Как ранее было отмечено, сварка трением с перемешиванием сегодня активно развивается. Именно поэтому в будущем может появится оборудование с более высоким показателем производительности.

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:

Нагрев металла проводится постепенно до температуры, которая не приводит к изменению основных свойств.
Температура повышается только в одном локальном месте. За счет этого обеспечивается высокое качество получаемого соединения.
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.

Рейтинг

( 2 оценки, среднее 4. 5 из 5 )

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

плюсы и минусы, подготовка к процессу, выбор режима, описание процедуры

Сварка трением происходит в твердом состоянии

Сварка трением происходит в твердом состоянии под воздействием тепла, возникающего в результате трения о поверхность сварного изделия . Поверхностное трение достигается путем вращения свариваемых деталей и сжатия их с силой Р.

Во время сварки наблюдается существенная пластическая деформация на свариваемой поверхности.

Прочные сварные соединения образуются в результате металлических связей между молодыми (чистыми) контактными поверхностями свариваемых деталей.

Различные включения и пленки, которые предотвращают образование этих связей на поверхности металла, разрушаются трением и удаляются из зоны радиального шва из-за значительной пластической деформации поверхности трения.

Чтобы получить необходимую деформацию, металл находится в состоянии повышенной пластичности с помощью тепла, возникающего в результате трения. Механическая энергия преобразуется непосредственно в тепло, а выделение тепла строго локализуется в тонком поверхностном слое металла. Эта особенность процесса определяет основные преимущества сварки трением.

Читайте также: Алюминиевые сплавы в РФ (деформируемые = под мехобработку). Подробная классификация, физические свойства, коррозионные свойства, механические свойства, круглый и профильный алюминиевый прокат, плоский

Сила трения создается на поверхности детали, сжатой силой P. Работа, затраченная на преодоление этих сил, превращается в тепло, которое выделяется на поверхности трения и резко нагревает металл до температуры, необходимой для образования сварного соединения. При применении к сварке стали эти температуры составляют 950-1300 ° С (1223-1573 К) в зависимости от режима процесса. Как только требуемая температура достигнута, относительное движение деталей должно быть остановлено как можно быстрее (почти мгновенно).

Область применения

Фрикционная сварка изначально разрабатывалась для оборонной промышленности, атомного комплекса. Затем метод стали использовать в машиностроении, электротехнике. Радиальным методом сваривают трубы для добывающей отрасли. Подходит для соединения плохо свариваемых металлов, магниевых, алюминиевых сплавов, цветных металлов, углеродистой, легированной стали, разнородных пластичных сплавов. Технология заменяет клепку, контактную электросварку. Используется для наплавки режущего инструмента, восстановления деталей.

Прочное сварное соединение

Процесс формирования сварного соединения завершается ковкой. Сжимающее усилие прикладывается к нагретой, но уже неподвижной части в течение некоторого времени. После ковки происходит естественное охлаждение сварных деталей.

Поскольку объем тонкого слоя нагреваемого металла очень мал, весь цикл нагрева обычно занимает очень короткое время (от нескольких секунд до 30 минут), поэтому производительность сварки трением очень высока, а электрический контакт Только сварка сопоставима.

Небольшое количество металла, который нагревается во время сварки трением, также определяет очень высокие энергетические характеристики процесса. Потребление энергии и мощность оборудования при сварке трением составляют от 5 до 1/10 по сравнению с контактной сваркой. Это обеспечивает равномерную фазовую нагрузку и высокий коэффициент мощности (φ = 0,8 ÷ 0,85) в сети электропитания.

Одним из важнейших преимуществ сварки трением является высокое качество сварных соединений. При правильно выбранном режиме сварки прочность и пластичность металла в зоне, примыкающей к соединению, больше, чем у основного металла свариваемой детали. Это связано со следующими причинами.

Классический способ сварки трением, при котором одна из деталей приводится во вращение, а другая поджимается к торцу первой осевым усилием, применяется достаточно широко на предприятиях РФ и стран СНГ при сварке ступенчатых деталей, приварке кованых или литых деталей к стержням, наконечников к бурильным трубам (рис.1-2) на устаревшем отечественном оборудовании.

При сварке деталей из разнородных металлов начинает сказываться отличие их теплофизических свойств, и чем оно больше, тем сложнее получить сварное соединение с удовлетворительными техническими характеристиками.

Рис. 1 Приварка поковки к стержню Рис. 2 Труба 90х10 мм

Как известно, сварка относится к классу двухстадийных топохимических реакций. На первой стадии происходит образование физического контакта, т.е. осуществление сближения соединяемых материалов на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия. На второй – химическое взаимодействие, приводящее к образованию прочного соединения. Эта стадия обусловлена протеканием химической адсорбции, для осуществления которой требуется затрата энергии на активацию поверхности. При сварке в твердом состоянии сближение атомов и активация достигаются за счет совместной пластической деформации соединяемых металлов в зоне контакта, обычно в сочетании с дополнительным нагревом. Длительность этих двух стадий зависит от таких факторов, как теплофизические свойства соединяемых металлов, характера приложения давления и других средств активации.

Изложенный подход позволил предложить методы приближенной оценки параметров режима сварки статическим давлением. По ним длительность процесса образования физического контакта оценивается по скорости ползучести более мягкого или обоих свариваемых металлов (если их свойства одинаковы). Длительность стадии химического взаимодействия оценивается по уравнению Больцмана, как длительность периода активации поверхности более твердого металла.

Общие положения этой концепции с известным приближением могут быть распространены и на сварку трением, хотя условия развития деформации в зоне соединения существенно отличаются.

Также большое влияние на характер протекающих процессов оказывают особенности температурного режима, определяемого спецификой источника тепла. Известно, что саморегулирование процесса тепловыделения при сварке трением приводит в короткий срок к установлению температуры контактного сечения. При этом температура определяется теплофизическими свойствами менее тугоплавкого из двух свариваемых металлов и лежит несколько ниже температуры плавления последнего. Таким образом, в случае сварки металлов с резко отличными теплофизическими свойствами процесс образования соединений протекает при температуре, когда образование физического контакта за счет деформации менее жаропрочного металла происходит сравнительно быстро, а активация контактной поверхности более жаропрочного металла замедлена. Единственный путь ускорения активационных процессов на контактной поверхности жаропрочного металла – интенсификация пластической деформации. Последнее может быть достигнуто изменением схемы напряженного состояния приконтактной зоны свариваемого металла при проковке. Этого добиваются установкой формующей оправки на менее жаропрочный металл, которая препятствует его свободной пластической деформации и создает объемное напряженное состояние в зоне стыка. Таким образом, происходит достаточная для активации пластическая деформация микрообъемов металла в более жаропрочном металле – реализуется вторая стадия образования соединения – химическое взаимодействие.

При этом прочное сварное соединение образуется только в том случае, если за то же время процессы релаксационного характера не снизят прочность соединения в результате реактивной диффузии, приводящей к образованию хрупких интерметаллических прослоек. Так, при сварке трением алюминия со сталью, медью и титаном в зоне стыка образуется интерметаллид, толщина которого, несмотря на отсутствие расплавленного металла в зоне стыка, достигает при определенных условиях 68 мкм. Толщина этой прослойки, ее свойства в зависимости от состава и геометрии соединения определяют в итоге пластичность сварного соединения. Во многих случаях ограничить образование интерметаллида в зоне стыка удается применением жестких режимов сварки и больших давлений при проковке. Однако зачастую при сварке промышленных многокомпонентных сплавов влияние каждого в отдельности легирующего элемента и их суммы на скорость реактивной диффузии оказывается настолько существенным, что никакие меры не приводят к получению соединений, обладающих высокими механическими характеристиками.

Как уже отмечалось ранее, при сварке трением металлов с такими резко отличными теплофизическими свойствами, как у алюминия и стали, макродеформация более жаропрочного металла практически отсутствует. При этом условии косина торцов заготовки последнего определяет наличие осевого биения, которое, сохраняясь в течение всего процесса сварки, препятствует полному контактированию свариваемых металлов и, следовательно, равномерному нагреву торца заготовки жаропрочного металла. В связи с этим необходимым условием подготовки детали из более жаропрочного металла является ее предварительная торцовка в зажимах машины сварки трением.

Рис. 3 Турбина наддува дизеля

На сегодняшний день эта технология сварки трением применяется для соединения быстрорежущих сталей с конструкционными, аустенитных с перлитными и жаропрочных сталей с конструкционными (рис. 3).

Она позволила решить проблему получения прочных, пластичных, вакуумноплотных и долговременно надежных соединений АМг6 с титаном и сталью 12Х18Н10Т, используемых на предприятиях Роскосмоса для изготовления переходников, соединяющих между собой трубопроводы из алюминиевого сплава и титана или нержавеющей стали.

В середине прошлого века ВНИИЭСО отработал технологию сварки трением этих соединений через прослойку из технически чистого алюминия АД1 и создал на ее основе машину МСТ31. На ряде предприятий это оборудование эксплуатируется до сих пор, однако оно уже давно физически и морально устарело.

В начале 2008 г. ВНИИЭСО приступил к разработке машин сварки трением нового поколения с гидроприводом всех рабочих перемещений, жесткими направляющими, гарантирующими соосность сварных соединений и микропроцессорной системой управления.

К работам подключился ЗАО «. Была проведена существенная доработка механических узлов машины, гидростанции, создана система управления, обеспечивающая загрузку основных параметров процесса с сенсорной панели пульта управления, стабилизацию параметров, запись регистрограмм каждого цикла и передачу их на ПК для распечатки и архивирования. За последние три года разработаны, изготовлены и поставлены заказчику для сварки сталеалюминиевых и титаноалюминиевых переходников четыре единицы трех типоразмеров машин (см. табл. 1 и рис. 4).

Сварка трением с перемешиванием — всё о методе!

Что вы узнаете:

Сварка трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием — это процесс соединения деталей в твердом состоянии, в котором для соединения материалов используется тепло трения, выделяемое вращающимся инструментом.

Инструмент без расходных материалов с центральным зондом поворачивается и вставляется в поверхность раздела между двумя заготовками перед перемещением вдоль линии сварки. Большая часть тепловыделения происходит под выступом инструмента, когда он перемещается вдоль границы раздела, в результате чего материал нагревается и размягчается.

Инструмент также служит для сдерживания размягченного материала, который механически перемешивается для создания твердофазного сварного шва.

сварной шов

Где применяется сварка трением

Процесс в основном используется в промышленности для соединения алюминиевых сплавов всех сортов, будь то литье, прокат или экструдирование. Было показано, что сварка трением с перемещением сваривает стыковые соединения из алюминиевого сплава толщиной от 0,3 мм до 75 мм за один проход, в зависимости от используемого исходного материала, мощности станка и структурной жесткости заготовки.

Другие материалы, которые были сварены включают магний, титан, медь и стальные сплавы, в то время как пластмассы и композиты с металлической матрицей (MMC) также были свариваются. Также было доказанно, что этот процесс может объединять различные комбинации этих материалов.

Сварка трением с перемещением сваривает используется для различных применений в различных отраслях промышленности , начиная от аэрокосмического для судостроения, рельсов и электроники.

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.

Каковы преимущества?

Сварка трением с перемешиванием предлагает ряд преимуществ по сравнению с обычными процессами дуговой сварки. Это включает:

Как сварка просиходи в твердотельном состоянии, сварка трением с перемещением сваривает является в значительной степени бездефектным способом соединения без трещин в горячем состоянии, пористости или затвердевания
Из-за более низких температур происходит уменьшение усадки и деформации в соединяемом материале.
Не требуются присадочные материалы, флюс или защитный газ для алюминиевых сплавов
Способ сварки безопасен для окружающей среды, так как не выделяет дыма, брызг или ультрафиолетового излучения.
Использует технологию станков, что упрощает процесс автоматизации, обеспечивает высокую повторяемость и снижает потребность в квалифицированных сварщиках
Может работать в любой позиции
Хорошие механические свойства, которые для алюминиевых сплавов обычно равны или превышают те, которые могут быть получены конкурирующими процессами
Энергетически эффективный
Возможность соединения многих «несвариваемых» при сварке алюминия и алюминиевых сплавов, таких как серии 2xxx и 7xxx
Нет необходимости в специальной подготовке кромок в большинстве случаев

Хотя сварка трением с перемешиванием дает много преимуществ, есть несколько ограничений, связанных с процессом. Это включает:

Выходное отверстие остаётся после извлечения инструмента из материалов, подлежащих соединению
Потребность в значительных усилиях прижима и перемещения означает, что зажим более значительный, чем при сварке дугой
Отсутствует гибкость ручных и дуговых процессов, например, сварку нельзя использовать там, где требуется осаждение металла

История сварки

Сварка трением с перемешиванием была изобретена Уэйном Томасом в 1991 году с патентами, зарегистрированными в Европе, США, Японии и Австралии. Дальнейшая работа по изучению этого процесса была предпринята в 1992 году с проектом под названием «Разработка новой техники фрикционной мешалки для сварки алюминия». Промышленное производство с использованием сварки началось в середине 1990-х годов, что делает его одним из самых коротких периодов времени для любого сварочного процесса от изобретения до широкого использования.

Сварка алюминия сварка трением Сварка трением с перемешиванием

Процесс сварки трением — Weld Guru

Последнее обновление: 12 декабря 2019 г.

Партнерский отказ от ответственности: этот пост может содержать ссылки, которые принесут нам комиссию бесплатно для вас. Это помогает сохранить Weldguru бесплатным ресурсом для наших читателей.

Резюме

Сварка трением представляет собой процесс сварки в твердом состоянии, при котором происходит коалесценция материалов за счет тепла, полученного в результате механического скользящего движения между трущимися поверхностями. Рабочие части удерживаются вместе под давлением.

Этот процесс обычно включает вращение одной детали относительно другой для получения теплоты трения в месте соединения. Когда достигается подходящая высокая температура, вращение прекращается. Прикладывается дополнительное давление, и происходит коалесценция.

Существует два варианта процесса:

В исходном процессе одна часть удерживается неподвижно, а другая часть вращается с помощью двигателя, поддерживающего практически постоянную скорость вращения. Две части контактируют под давлением в течение определенного периода времени с определенным давлением. Вращающая сила отключается от вращающейся части, и давление увеличивается. Когда вращающаяся часть останавливается, сварка завершена. Этот процесс можно точно контролировать, если точно регулировать скорость, давление и время.
Другим вариантом является инерционная сварка. Маховик вращается двигателем до тех пор, пока не будет достигнута заданная скорость. Он, в свою очередь, вращает одну из свариваемых деталей. Двигатель отсоединяется от маховика, а другая свариваемая часть приводится в контакт под давлением с вращающейся деталью. В течение заданного времени, в течение которого скорость вращения детали снижается, маховик немедленно останавливается. Для завершения сварки создается дополнительное давление.

Процесс

Оба метода используют тепло трения и обеспечивают сварку одинакового качества. Немного лучший контроль заявлен в оригинальном процессе. Эти два метода аналогичны, предлагают одинаковые преимущества сварки и показаны на рис. 10-79 ниже.

Здесь учитываются три важных фактора:

Скорость вращения зависит от свариваемого материала и диаметра сварного шва на границе раздела.
Давление между двумя свариваемыми деталями. Изменения давления во время сварки. В начале давление очень низкое, но оно увеличивается для создания теплоты трения. Когда вращение останавливается, давление быстро увеличивается, поэтому ковка происходит непосредственно до или после остановки вращения.
Время сварки зависит от формы и типа металла, а также площади поверхности. Обычно это вопрос нескольких секунд. Фактическая работа машины автоматизирована. Он управляется контроллером последовательности, который может быть установлен в соответствии с графиком сварки, установленным для соединяемых деталей.

Обычно одна из свариваемых деталей имеет круглое сечение. Это не является абсолютной необходимостью. Визуальный контроль качества сварного шва может быть основан на вспышке, которая возникает по внешнему периметру сварного шва. Эта вспышка обычно выходит за пределы внешнего диаметра деталей и загибается назад к детали, но при этом соединение выходит за пределы внешнего диаметра детали.

Если заусенец выходит относительно прямо из стыка, это означает, что время сварки было слишком коротким, давление было слишком низким или скорость слишком высокой. Эти соединения могут треснуть.

Если вспышка загибается слишком далеко по внешнему диаметру, это означает, что время было слишком большим, а давление слишком высоким.

Между этими крайностями находится правильная форма вспышки. Заусенец обычно удаляется после сварки.

Процесс сварки трением — Рисунок 10-79

Сварочные переменные

Скорость вращения
Давление нагрева
Давление ковки
Время нагрева
Время торможения
Время для ковки

Типы сварки трением

Сварка вращением

Сварка вращением Видео

Сварка вращением включает вращающийся патрон вместе с маховиком. После достижения необходимой скорости двигатель расцепляется с маховиком.

Линейная сварка трением

Линейная сварка трением Видео

Линейная сварка трением

При линейной сварке трением используется качающийся патрон. Он применяется к некруглым формам по сравнению со сваркой вращением. Свариваемый материал должен иметь высокую прочность на сдвиг.

Наплавка трением

Наплавка трением представляет собой процесс покрытия поверхности. Материал покрытия Mechtrode, который вращается под давлением над подложкой.

Сварка трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием представляет собой инструмент с цилиндрическим заплечиком и профилированным зондом. Используется булавка или перо. Трение создается между обрабатываемым металлом, пером и плечом.

Схема сварки трением с перемешиванием

Металлы

Существует множество металлов, которые можно соединять. Этот процесс также можно использовать для соединения различных металлов.

Алюминий
Латунь
Чугун
Медь
Свинец
Бронза
Алюминиевые сплавы
Стальные сплавы
Магний
Магниевые сплавы
Вольфрам
Ванадий

Преимущества и недостатки сварки трением

Преимущества:

Позволяет производить высококачественные сварные швы за короткое время цикла.
Присадочный металл не требуется и флюс не используется.
Этот процесс подходит для сварки большинства распространенных металлов. Его также можно использовать для соединения многих комбинаций разнородных металлов. Сварка трением требует относительно дорогого аппарата, похожего на станок.
Простое в эксплуатации оборудование
Не требует много времени
Низкий уровень оксидных пленок и поверхностных загрязнений
По сравнению с контактной стыковой сваркой, сварка получается более качественной, с меньшими затратами и более высокой скоростью, требуется меньший уровень электрического тока
Небольшая зона термического влияния по сравнению с обычной сваркой оплавлением.
По сравнению со стыковой сваркой оплавлением меньшее укорачивание детали.
Нет необходимости использовать газ, присадочный металл или флюс. Нет шлака, который может вызвать дефекты сварки.

Недостатки:

Процесс ограничен угловыми и плоскими стыковыми швами.
Используется только для мелких деталей.
Сложный при использовании для сварки труб.
Трудно удалить заусенец при работе с высокоуглеродистой сталью.
Для создания высокого осевого давления требуется тяжелая жесткая машина.

Хотите узнать больше о сварке бесплатно?

Зарегистрируйтесь и присоединитесь к более чем 10 000 других учащихся и получайте бесплатные статьи и советы по сварке, отправленные прямо на ваш почтовый ящик.

25 Плюсы и минусы сварки трением — WeldingBoss.com

В целях прозрачности мы хотели бы, чтобы вы знали, что как партнер Amazon мы зарабатываем на соответствующих покупках, сделанных на нашем веб-сайте через ссылки и рекламу.

В то время как большинство людей слышали о сварке горелкой и сварке TIG и MIG, меньше людей когда-либо слышали о сварке трением. Это связано с тем, что сварка трением не является ручным методом, а представляет собой кузнечный процесс изготовления металла, который можно использовать для плавления одинаковых или разнородных металлов.

Итак, каковы плюсы и минусы сварки трением? Сварка трением — это изготовление металлических изделий на уровне сборки, которое можно использовать для соединения металлов без наполнителя. Процесс сварки трением двух металлических частей естественным образом очищает место сварки для лучшего сцепления. Однако сварка трением ограничивается кузнечными операциями и является дорогостоящей. укладка десятицентовиков с сваркой трением

Сварка трением не является подходящим выбором для всех применений. Тем не менее, для многих промышленных сварочных операций (особенно тех, которые связаны с судами под давлением) он может быть отличной альтернативой другим типам изготовления металлов на основе ковки. Читайте дальше, чтобы узнать больше об искусстве сварки трением и о том, как она используется в металлообработке.

Что такое сварка трением?

Рекламные ссылки Сварка трением — это тип сварки, который выполняется в печи, обычно в составе автоматизированной заводской сборочной линии . Два металла сплавляются вместе с высокой скоростью, соединяя их и превращая их в одно целое . В отличие от сварки горелкой или дуговой сварки, которые контролируются отдельными людьми-операторами и выполняются ручными методами, сварка трением выполняется с помощью механического оборудования. Он использует высокоскоростное трение для соединения двух секций металла вместе. Предоставлено: Kala44, CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, через Wikimedia Commons

Трение, используемое при сварке трением, создается силой вращательного движения в противоположных направлениях, что неизбежно приводит к выделению тепла из-за трения в месте соединения. В то время как металлические детали вращаются и нагреваются, они также подвергаются высоким уровням давления, что помогает обеспечить прочную металлургическую связь.

Существенное различие между сваркой трением и традиционной сваркой плавлением заключается в том, что при сварке трением, сварочная ванна никогда не образуется . Вместо этого два куска металла соединяются на уровне контактной поверхности за счет термомеханического движения. Это делает сварку трением особенно хорошим выбором для практических применений, где есть некоторая свобода действий в отношении результирующего расстояния между сварными швами или текстуры поверхности.

Большая часть (более 90%) оборудования для сварки трением предназначена для сварки стыковых соединений. Мало того, что эти соединения используются в приложениях под давлением, которые выигрывают от структурной целостности сварного шва трением, тип вращающегося оборудования, необходимого для вращения соединения до температур сварки, легче спроектировать вокруг стыкового соединения. Как и другие виды термической сварки, соединения, сваренные трением, могут потребовать отпуска для прочности.

Как работает сварка трением?

Даже в металлообрабатывающих материалах, которые кажутся совершенно гладкими на поверхности, на металлической поверхности имеется ряд микроскопических шипов, называемых шероховатостями, которые отвечают за выделение тепла при трении. Когда эти неровности взаимодействуют друг с другом на двух поверхностях, соединенных лицом к лицу, сопротивление, создаваемое между ними, вызывает накопление тепла.

Сварка трением использует преимущества этого физического явления, используя тепло, выделяемое при трении, для создания прочной полноконтактной металлургической связи наравне со связями, создаваемыми при традиционной сварке плавлением.

При сварке трением приложенное давление так же важно для образования металлической связи, как и приложенное тепло и сопротивление трения. Объединение двух сил приводит к формированию окончательного сварочного соединения.

Типы сварки трением

Существует четыре основных типа сварки трением:

Вращательная сварка трением
Линейная сварка трением
Сварка трением с перемешиванием
Точечная сварка трением с перемешиванием

Два типа вращательной сварки трением: сварка трением с прямым приводом и инерционная сварка трением. Существуют также специальные методы сварки трением, такие как орбитальная сварка трением и вибрационная сварка трением, , которые аналогичны вращательной и линейной сварке трением, но включают небольшие изменения в движениях соединения.

Основное различие между типами сварки трением заключается в механических этапах, используемых для получения теплоты трения. Все оборудование для фрикционной сварки работает от ряда двигателей, приводов и маховиков, которые вращают сварочные компоненты с достаточно высокой скоростью, чтобы генерировать сварочное тепло от трения.

В чем разница между сваркой трением инерции и сваркой с прямым приводом?

Рекламные ссылки При сварке с прямым приводом энергия, используемая для создания вращения, непосредственно передается на шпиндель сварочного аппарата двигателем сварочного аппарата трением. Ротационная машина для сварки трением такого типа может вращаться до тех пор, пока на нее подается питание. Поскольку при этом выделяется больше тепла, чем при инерционной сварке трением, обычно требуется более длительное время охлаждения.

Существенное различие между инерционной сваркой трением и сваркой с прямым приводом заключается в том, что инерционная сварка трением требует гораздо более высоких скоростей вращения для получения сварного соединения. Инерционная сварка трением обычно используется при сварке трением с использованием термопластов, но не всегда. Он также очень часто используется с легкими металлами в аэрокосмической промышленности.

Вот отличное видео, демонстрирующее инерционную сварку трением.

https://youtu.be/-aEuAK8bsQgВидео не может быть загружено, так как JavaScript отключен: Демонстрация инерционной сварки трением – Производство Technology, Inc. (https://youtu.be/-aEuAK8bsQg)

Рекламные объявления Независимо от их различий Оба типа сварки трением работают по одному и тому же основному принципу — используют тепло, выделяемое сопротивлением трения на высоких скоростях, для сплавления металлов.

Плюсы сварки трением

Сварка трением обладает многими преимуществами, которые делают ее популярной формой сварки на автоматизированных фабричных сборках. Вот некоторые плюсы, связанные со сваркой трением: Это шлак. Шлак это плохо.

Без шлака: В отличие от других видов сварки, при сварке трением не образуются брызги или шлак, которые могут повредить структурную целостность соединения или повлиять на внешний вид полученного сварного шва. Это также снижает риск получения травм сварщиком отлетающими частицами или расплавленным металлом.
Полностью сплошной контакт: В отличие от ручной сварки, при которой приходится беспокоиться о растрескивании кромок сварного шва или в результате неравномерного нагрева, сварка трением обеспечивает равномерное распределение тепла по всей поверхности сварки по всей длине. сварка. В результате получается более механически совершенный сварной шов, чем можно было бы выполнить вручную.
Может работать от стандартной мощности: То же напряжение, что и электродвигатели, может работать с оборудованием для сварки трением, что делает его подходящим выбором для заводской сборки. Хотя оборудование для сварки трением обычно включает тяжелую технику, оно не является особенно сложным.
Без наполнителя: При сварке трением нет необходимости использовать расходные материалы, такие как присадочная проволока или проволока. Поверхности двух кусков металла кованы вместе лицом к лицу без необходимости в каком-либо другом материале между ними. Это не только уменьшает необходимые пробелы в техническом проектировании, позволяя создать более плавный и аэродинамический дизайн, но и делает его более эффективным.
Без защитного газа: В отличие от сварки TIG и MIG, сварка трением не требует использования защитного газа или другого флюса для предотвращения проблем. Это важное соображение, поскольку смеси инертных газов, используемые при электросварке, могут быть дорогостоящими. Введение защитного газа в сварочную операцию также может увеличить риск ошибки оператора, поскольку сварщик пытается одновременно управлять движением сварочной горелки и педалью защитного газа.
Отсутствие образования дыма или паров : в отличие от других видов сварки, при которых могут образовываться пары, опасные для дыхания людей, при сварке трением не образуются дым или частицы. Это делает сварку трением экологически чистой формой сварки, а также более безопасной формой сварки, чем методы сварки горючими материалами, при которых выделяется окись углерода.
Подготовка поверхности не требуется: В отличие от традиционных методов сварки, которые требуют тщательной очистки основного металла перед сваркой, сварка трением очищает основной металл оплавлением за счет трения. Подготовка поверхности и очистка свариваемых поверхностей — одна из основных затрат времени, связанных с обычной сваркой, поэтому отказ от нее — значительный шаг вперед в эффективности металлообработки.
Быстрое время сварки: В то время как традиционные сварочные операции могут занять несколько часов, так как участки сварного шва охлаждаются и затвердевают, сварка трением выполняется за несколько секунд. Это не только позволяет быстрее сваривать каждую готовую деталь, но и означает, что завод-изготовитель может выпускать больше сварных деталей в час, повышая общую производительность предприятия.
Уменьшенный вес: Для всего, от вертолетов до шаттлов, аэрокосмическая промышленность зависит от методов сварки трением, чтобы машины были легкими и не касались земли. С летной механикой каждый дополнительный фунт балласта учитывается в грузоподъемности летательного аппарата, поэтому снижение веса является жизненно важной инженерной задачей.
Долговечность: Сварка трением не только дает прочные сварные швы, но и сварные швы остаются прочными . Это особенно важно в высокопроизводительных средах, в которых компоненты, сваренные трением, подвергаются в постпроизводственных операциях. Долговечность сварки трением является одной из причин, по которой она так распространена в морской, авиационной и космической промышленности.
Более низкие температуры: Как правило, сварку трением можно успешно выполнять при более низких температурах, чем другие сварочные операции, что снижает уязвимость основного металла к тепловому воздействию. Также отсутствует выделение внешнего тепла, что значительно снижает риск ожогов и других травм, связанных со сваркой.
Более низкие производственные затраты: Поскольку сварка трением не требует наполнителя или флюса и может быть автоматизирована, в целом она стоит намного меньше, чем другие виды сварки, даже несмотря на то, что сам процесс по-прежнему обходится дорого в заводской настройке. уровень. Снижение производственных затрат также приводит к увеличению прибыли и снижению затрат для потребителей.
Герметичные сварные швы: Сварные швы, полученные сваркой трением, герметичны, что делает их оптимальными для воздушных и водных транспортных средств, особенно для тех, которые работают в условиях высокого давления. Стабильные сварные швы трением помогают защитить операторов этих судов от несчастных случаев при декомпрессии.
Никаких ошибок оператора: Одна из самых больших проблем сварки заключается в том, что сварщику требуются годы, чтобы научиться последовательно сваривать соединение при высоких температурах, не допуская человеческой ошибки и не рискуя получить травму. Сварка трением устраняет эту проблему за счет механизации процесса сварки, что делает ее идеальной для автоматизации сварочных операций в заводских условиях.
Стабильные результаты: Поскольку сварка трением является результатом механизированного процесса, а не руками человека, полученные сварные швы более стабильны и не подвержены вносимым дефектам, таким как пористость или хрупкость.
Операции в твердом состоянии: В отличие от других видов сварки, требующих нагрева металлов до жидкого состояния, сварка трением является сваркой в твердом состоянии, что означает, что задействованные основные металлы никогда не разрушаются, а наполнитель не используется. расплавлено.
Результат: незаметный сварной шов: Низкий профиль сварного шва трением означает, что его можно сделать практически невидимым, сводя к минимуму его влияние на визуальный дизайн.

Как видите, использование сварки трением в производственном процессе дает множество преимуществ, большинство из которых приводит к более прочному сварному шву. Для определенных видов соединений сварка трением имеет ряд преимуществ. Но это не правильный выбор сварки для каждой работы.

Минусы сварки трением

Наряду с преимуществами, которые предлагает сварка трением, у этого типа сварки также есть некоторые недостатки. Вот некоторые из недостатков сварки трением:

Подходит только для определенных соединений: По той причине, что более 90% производимого оборудования для сварки трением предназначено для создания стыковых швов. Другие типы углов сварки могут быть сложными для достижения с помощью оборудования для сварки трением. Это означает, что, несмотря на полезность сварки трением, вам по-прежнему нужны другие виды сварки для выполнения широкого спектра сварных швов.
Отсутствие контроля со стороны человека: В то время как машина для сварки трением устраняет ошибки оператора, механизированная сварка также устраняет необходимость принятия решений оператором, что может быть полезно при сварке, где требуется специализированная сварка (например, сварка в перевернутом положении). Люди могут стратегически прихватывать области сварки, чтобы укрепить их на лету или изменить конструкцию, в то время как автоматизированное оборудование не способно модифицировать конструкцию.
Дорогостоящее оборудование: Сварка трением и виды сварки, проводимые слесарями-любителями на установках TIG, — это очень разные виды сварки. Сварка трением почти исключительно используется в промышленных и заводских условиях для автоматизации сборочной сварки. Среднестатистический сварщик не может позволить себе сварку трением в частном секторе.
Крупногабаритное и тяжелое оборудование: Оборудование, необходимое для выработки тепла и энергии, необходимых для сварки металлических соединений трением, — это не то оборудование, которое можно найти в чьем-то гараже. Это сварка на промышленном уровне.
Только для кузнечных операций: В отличие от сварочных аппаратов TIG и MIG или сварки горелкой, которые можно транспортировать на рабочие места и использовать на открытом воздухе, сварка трением ограничена кузнечной средой. Это делает его гораздо менее доступным для неспециалистов или мастеров-любителей, чем другие типы сварочного оборудования.
Самостоятельное применение: Любой может взять в руки пропановую паяльную лампу и научиться сваривать, но сварка трением — это специализированная механическая операция, с которой, скорее всего, будут иметь дело только машинисты или инженеры-механики. В отличие от сварки стержнем или сварки TIG, сварка трением не имеет значения для улучшения дома.
Без невидимого завершения. До сих пор инженеры-механики не могли понять, как спроектировать оборудование для сварки трением, которое не образует отверстие в месте упора.
Автомат и права рабочих. Поскольку автоматизация процессов сварки продолжает развиваться, это угрожает средствам к существованию обычных сварщиков. Хотя это несколько неизбежный процесс с появлением технологий во всех секторах человеческого общества, его все же следует учитывать.

В целом, сварка трением очень эффективна, но полезна только в нескольких случаях. Однако сварка трением используется во многих отраслях промышленности для металлообработки и сборки.

Что можно сварить с помощью сварки трением?

Хотя сварка трением не подходит для широкого использования отдельными сварщиками, она используется в металлообрабатывающей промышленности для сборки соединений. Вот некоторые из материалов, которые свариваются с помощью сварки трением:

Термопласты: Поскольку для соединения термопластов с металлом требуется давление, сварка трением является одной из немногих форм сварки, которая может эффективно соединять термопласты с металлами без потерь. целостность конструкции.
Разнородные металлы: Сварка трением позволяет сваривать различные типы металлов, таких как алюминий, со сталью, не создавая значительной зоны термического влияния. Это особенно важно при сварке под давлением, когда металл должен сохранять прочность на растяжение на всем протяжении сборки по соображениям безопасности.
Аналогичные металлы: Тепло, выделяемое при сварке трением, сравнимо с уровнем тепла, выделяемым при традиционной сварке плавлением, что означает, что сварка трением так же подходит для сварки нержавеющей стали, как и любая другая. Сварка трением предлагает преимущества методов сварки, таких как сварка TIG, без недостатков, таких как дефекты оператора, опасное ручное оборудование или расходные материалы.

Кредит = Ali esmaeili1364, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, через Wikimedia Commons

Сварка трением особенно распространена в аэрокосмической и морской промышленности , где она используется для создавать безопасные, прочные соединения, не жертвуя аэродинамикой и не увеличивая вес сборки за счет добавления наполнителей. Сварка трением также используется в атомной энергетике.

Вот некоторые из других отраслей, в которых применяется сварка трением:

Автомобильная сборка
Нефтяное буровое оборудование
Промышленные полиграфические узлы

В этих отраслях сварка трением часто используется как способ обеспечения быстрого и прочного соединения между разнородными металлами. Это особенно важно в системах под давлением, где слабые места в основных металлах могут привести к выбросу или неисправности, связанной с давлением.

Что такое инерционная сварка трением?

Инерционная сварка трением — это сварка трением, которая выполняется с помощью ряда маховиков, в которых используется двигатель и шпиндельный вал, чтобы довести сварное соединение до высоких уровней скорости вращения и нагрева перед разъединением.

Этот процесс нагревает и пластифицирует поверхности двух соединенных деталей за счет силы инерционного трения, что приводит к формированию полной прочности соединения после того, как детали остановятся и остынут.

Кто изобрел сварку трением?

Вращательная сварка трением является старейшим типом сварки трением и была изобретена в 1950-х годах. Сварка трением была впервые применена японскими инженерами в середине 1950-х годов для использования в производстве автомобильных тормозов Toyota, но вскоре после этого она распространилась со скоростью лесного пожара в мировом сообществе металлообрабатывающих предприятий. Одна из новейших форм сварки трением, Сварка трением с перемешиванием , была изобретена Уэйном Томасом в 1991 году.

С момента своего появления сварка трением претерпела множество итераций, поскольку производители вносили изменения в конструкцию оборудования для сварки трением, чтобы обеспечить все более сложную автоматизацию.

Насколько прочна сварка трением?

Сварка трением, возможно, является самой надежной из доступных технологий сварки по многим причинам:

Низкий уровень брака: Поскольку сварка трением механизирована и не требует участия человека, она не подвержена дефектов и ошибок человека, которые приводят к снижению прочности сварного соединения на растяжение в результате охрупчивания или прогрева. Автоматизированные узлы для сварки трением создают идеальные и (что более важно) воспроизводимые сварные швы.
Низкотемпературный: Сварка трением выполняется быстро и выполняется при относительно низких температурах сварки, что означает незначительное изменение химических свойств основных металлов. Это приводит к стабильным, надежным сварным швам, которые держатся с полной прочностью (или прочнее), чем металлы, которые они соединяют.

Без изменений: Прямая механизированная операция металл-металл означает, что в сварном шве нет несоответствий, которые могут повлиять на прочность на растяжение, таких как загрязнения или неравномерное нагревание. Эти несоответствия являются одной из ведущих причин дефектов, снижающих прочность сварного шва.

Полный контакт: Постоянный равномерный прямой контакт между двумя металлическими частями, участвующими в сварке трением, обеспечивает стабильное и полное соединение от одного конца сварного шва до другого. Это приводит к соединению с прочностью сварного шва (без ошибок оператора). При таком полном контакте нет слабых мест, которые потенциально могли бы привести к потере прочности на растяжение.

Сварка трением естественным образом создает слабое место в металлической сборке, воздействуя на металл высокими температурами. Сварка трением фокусирует высокие температуры и давления непосредственно в точке сварки, что резко снижает любое воздействие, связанное с энергией, на остальную часть металлического узла.

Эти фотографии демонстрируют прочность, которую обеспечивает сварка трением в конечном изделии. Сварные швы трением не только так же прочны, как и основной материал, но они также часто более долговечны в точке контакта, чем основной металл в других местах. Вместо того, чтобы действовать как щель в броне металлического узла, сварка трением укрепляет его.

В конечном итоге прочность металлического соединения при сварке (сварка трением или нет) зависит от типа сплавляемого материала. Хотя сварной шов трением может быть технически более прочным, чем основной металл, его прочность на растяжение и сдвиг будет все же ниже.

Каковы особенности сварки трением?

Многие аспекты сварки трением делают ее уникальной среди технологий изготовления металлов. Вот некоторые особенности, которые отличают сварку трением:

Универсальность: Теоретически любой ковкий металл можно сваривать трением. Сварка трением особенно ценится за ее способность соединять различные металлы или соединять металлы с термопластами, что с трудом удается осуществить в большинстве других методов сварки без значительных компромиссов в получаемом сварном шве.
Скорость: Операции сварки трением выполняются в десять раз быстрее, чем традиционные операции сварки, что делает их находкой для обрабатывающей промышленности. Сварка трением является краеугольным камнем массового производства, особенно в автомобильной промышленности.
Сварка алюминия: Известно, что отдельные сварщики с алюминием сложны в работе, но сварка трением (особенно сварка трением с перемешиванием) является превосходной операцией сварки алюминиевого сплава. Поскольку алюминий склонен к термической деформации, низкие температуры сварки, необходимые для сварки трением, предотвращают возникновение этих дефектов.

Эти уникальные особенности сварки трением являются не просто преимуществами. Это аспекты этой техники сварки, которые выделяют ее в обрабатывающей промышленности. Без них современное общество не имело бы почти такого уровня эффективности производства, как сейчас.

Когда сварка трением становится проблемой

Помимо случаев промышленной сварки, один сценарий, в котором вы не хотите видеть результаты сварки трением (но где он все равно может возникнуть как неприятный побочный эффект), — это автомобильная подвеска. Когда ступичный подшипник автомобиля был запущен или сломан, возникающее в результате трение металла о металл может в конечном итоге привести к такой же сварке трением с вращением, которая выполняется на заводах.

Минус в том, что если на вашем автомобиле произойдет фрикционная сварка, вам повезет избежать серьезной автомобильной аварии в результате. Если ступичный подшипник автомобиля остается без смазки достаточно долго или выходит из строя, возникающее в результате трение в шарнире подвески может в конечном итоге полностью заблокировать колесо. Это явление известно как захват сопротивления .

Заедание сопротивления в автомобильных подшипниках встречается относительно редко, но известно, что это происходит в старых автомобилях, которые не обслуживаются должным образом. Чтобы избежать случайной фрикционной сварки соединений вашего автомобиля, убедитесь, что ваши колеса и подвеска регулярно проверяются и смазываются сертифицированным механиком.

Сварка трением — это прекрасно, но с ограничениями

Сварка трением — это настолько новый метод изготовления металлов, что слесари все еще находят новые способы его использования. Тем не менее, это не тип сварки для всех. Сварка трением, уходящая корнями в промышленную революцию в Японии после Второй мировой войны, всегда была краеугольным камнем автоматизированного производства.

Несмотря на то, что сварка трением применяется только в кузнечных условиях, она предлагает множество преимуществ по сравнению с другими видами сварки, которые позволили получить более прочные металлические сборки в различных отраслях промышленности по всему миру. Несмотря на то, что сварка трением имеет только специализированное применение, она по-прежнему является мощным инструментом.

Источники:
https://www.mtiwelding.com/wp-content/uploads/2015/11/friction-welding-forged-quality-Joints.pdf
https://weldingproductivity.com/article/added -трение/
https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-friction-welding
https://spinweld.com/friction-welding/
https://www .pierceindustries.com/resources/friction-welding-everything-need-know/
http://www. en.izumi-mfg.co.jp/fw/about/history.html
https://www.sme. org/technologies/articles/2016/october/сварка трением/
https://interestingengineering.com/friction-welding-process-types-and-advantages
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/friction-welding
https://blog.mtiwelding.com /what-is-friction-welding

Содержание

Сварка трением: принцип, работа, типы, применение, преимущества и недостатки

Технология производства

6 апреля 2017 г. Админ 1 комментарий Крепеж, сварка трением, сварка в твердом состоянии, сварка

Содержание

Делиться — значит заботиться :)-

Сегодня мы познакомимся с принципом сварки трением, работой, типами, применением, преимуществами и недостатками со схемой. Сварка трением представляет собой процесс сварки в твердом состоянии. Сварка в твердом состоянии — это процесс сварки, в котором не применяется внешнее тепло или не используется расплавленное или пластичное состояние. В этом типе сварки сварка происходит за счет внешнего давления, приложенного к твердому состоянию. В процессе сварки трением как пластины, так и соединяемые детали либо вращаются, либо перемещаются относительно друг друга. Это относительное движение создает трение, которое пластически смещает материал на контактной поверхности. Принудительно применялось высокое давление до завершения сварки. Эта сварка применяется для соединения стальных прутков, труб диаметром до 100 мм.

Принцип:

Сварка трением работает по основному принципу трения. В этом процессе сварки трение используется для выработки тепла на интерференционной поверхности. Это тепло далее используется для соединения двух заготовок путем приложения внешнего давления к поверхности заготовки. В этом процессе сварки трение применяется до тех пор, пока не будет достигнута температура пластического формования. Обычно это 900-1300 градусов по Цельсию для стали. После этой фазы нагрева применяется равномерно возрастающая сила давления до тех пор, пока обе металлические детали не образуют неразъемное соединение. Такое соединение создается за счет термомеханической обработки контактной поверхности.

Рабочий:

Существует много типов сварки трением, которые работают по-разному. Но все разные эти процессы включают в себя общий принцип работы, который можно обобщить следующим образом.

Сначала обе заготовки подготавливаются для получения гладкой квадратной поверхности. Один из них установлен на патроне с приводом от ротора, а другой остается неподвижным.
Ротор позволяет вращаться с высокой скоростью, заставляя вращаться установленную заготовку. К стационарной заготовке прикладывается небольшое усилие давления, что позволяет очищать поверхность полирующим действием.
Теперь к неподвижной заготовке прикладывается высокая сила давления, которая толкает ее к вращающейся заготовке и создает высокую силу трения. Это трение генерирует тепло на контактной поверхности. Наносится до тех пор, пока не будет достигнута температура пластического формования.
Когда температура достигает желаемого предела, ротор останавливается, и усилие давления увеличивается, пока не будет сформирован весь сварной шов.
Эта сварка используется для сварки тех металлов и сплавов, которые не могут быть сварены другим методом.

Типы:

Непрерывная индукционная сварка трением:

Эта сварка аналогична описанной выше. В этом процессе сварки ротор соединяется с ленточным тормозом . Когда трение превышает предел температуры пластичности, вступает в действие ленточный тормоз, который останавливает ротор, но давление на заготовку увеличивается до тех пор, пока не образуется сварной шов.

Инерционная сварка трением:

В этом виде сварки трением ленточный тормоз заменяется двигатель маховик и вал маховика. Эти маховики соединяют патрон с двигателем. В начале сварки оба маховика соединяются друг с другом. Когда скорость или трение достигают своего предела, маховик двигателя отделяется от маховика вала. Маховик вала имеет малый момент инерции, который останавливается без тормоза. Сила давления постоянно прикладывается к заготовке, пока не образуется сварной шов.

Применение:

Для сварки труб и валов.
В основном используется в аэрокосмической, автомобильной , морской и нефтяной промышленности.
Шестерни, осевая труба, клапаны, трансмиссия и т. д. компоненты сварены трением.
Используется для замены поковки или литья в сборе.
Шток гидравлического поршня, втулки роликов тележки и т.п. соединяются сваркой трением.
Используется в электротехнической промышленности для сварки медного и алюминиевого оборудования.
Используется в насосе для сварки вала насоса (нержавеющая сталь с углеродистой сталью).
Рычаги переключения передач, сверла, шатуны и т. д. привариваются сваркой трением.

Преимущества и недостатки:

Преимущества:

Экологически чистый процесс без образования дыма и т. д.
Узкая зона термического воздействия, поэтому свойства термочувствительного материала не изменяются.
Присадочный металл не требуется.
Прочность сварки в большинстве случаев высокая.
Легко автоматизируется.
Высокая скорость сварки.
Высокая эффективность сварки.
С помощью этого процесса можно сваривать широкий спектр металлов.

Недостатки:

В основном используется только для круглых стержней одинакового поперечного сечения.
Материал, не поддающийся ковке, нельзя сваривать.
Подготовка заготовки более критична
Высокая стоимость установки.
Конструкция соединения ограничена.

Это все о принципе сварки трением, работе, типах, применении, преимуществах и недостатках. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи, задайте их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, не забудьте поделиться ею в своих социальных сетях. Подпишитесь на наш сайт, чтобы получать больше интересных статей. Спасибо, что прочитали это.

Совместное использование означает заботу :)-

Процесс сварки трением: определение, применение, работа

Сварка трением представляет собой особый процесс сварки, выполняемый по-разному для получения соединения. В моей предыдущей статье я рассказал о различных типах сварочных процессов и объяснил сварку как процесс, посредством которого две детали соединяются вместе. Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, работой, преимуществами и недостатками процесса сварки трением.

Содержание

1 Что такое сварка трением?
- - 1.0.1 Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работает процесс сварки трением:
2 Применение сварки трением:
3 Преимущества и недостатки сварки трением
- 9018 Преимущества: :
- 3. 3 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
- 3.4 Пожалуйста, поделитесь!

Что такое сварка трением?

Сварка трением — это процесс сварки в твердом состоянии, при котором выделяется тепло за счет механического трения между заготовками, движущимися относительно друг друга. Добавление буквальных сил помогает в соединении детали.

Процесс сварки трением полностью отличается от сварки плавлением, но больше от кузнечной сварки, потому что не происходит плавления. Соединение получается за счет термомеханической обработки контактной поверхности.

Подробнее: Принцип работы сварки трением

При сварке трением заготовки соединяются либо относительно друг друга, либо путем вращения для создания трения и пластического смещения материала на поверхности. Здесь требуется очень высокое давление, чтобы выполнить сварку.

Как упоминалось ранее, при сварке трением в плавящейся части заготовки выделяется тепло, так что она может плавиться (свариваться) при приложении внешнего давления. Трение происходит между деталями до тех пор, пока они не станут пластичными, обычно при 900-1300 по Цельсию стали. В этот момент к заготовке прикладывается равномерно возрастающая сила давления и получается неразъемное соединение.

Узнайте больше: Что такое дуговая сварка шпилек и ее методы

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как работает процесс сварки трением:

Применение сварки трением:

обширный, когда дело доходит до производства предметов. Это означает, что трение используется при сварке труб и валов. он также широко используется в аэрокосмической, морской, нефтяной и автомобильной промышленности для соединения деталей машин. Он также применим в компонентах, где необходима сварка трением, таких как шестерни, осевая труба, трансмиссия, клапаны и т. д. Сварка трением также используется для соединения штока гидравлического поршня, втулок роликов грузовых автомобилей и т. д. она используется для сварки сверла, шатуны, рычаги переключения передач и т. д. Наконец, процессы сварки трением широко используются в электротехнической промышленности для сварки медного и алюминиевого оборудования.

Подробнее: Что такое плазменная дуговая сварка, ее компоненты и области применения

Преимущества и недостатки сварки трением

Преимущества:

Ниже приведены преимущества процесса сварки трением в различных областях применения:

Сейчас Вы можете видеть, что этот тип сварки применим к различным областям и может использоваться для сварки различных предметов. Это связано с тем, что он помогает уменьшить рост зерна в конструкционных материалах, таких как высокопрочная термообработанная сталь. И потому что никакого плавления не происходит. С помощью этого типа сварки можно соединять разнородные материалы. Вот почему он применим в аэрокосмической отрасли, где необходимо соединять легкие материалы, такие как алюминий, и высокопрочные материалы.

Еще одним преимуществом является то, что поверхность сварного шва очищается за счет движения между соединяемыми материалами, и в соединении достигается полная прочность без дополнительного веса заготовки.

Подробнее: Что такое электрошлаковая сварка и принципы ее работы

Сварка трением также используется для термопластичных материалов. Он использует очень низкое тепло и давление на материалы. Вот почему сварку трением можно использовать для соединения металлов с пластмассами с механической обработкой поверхности металла.

Недостатки:

Несмотря на отличные преимущества процесса сварки трением, все же существуют некоторые ограничения. Ниже приведены недостатки сварки трением в различных областях ее применения:

Это экологически чистый процесс. То есть сварочную операцию можно проводить где угодно, так как при этом не образуется дым, пламя, свет и т. д.
Присадочный материал не требуется.
Процесс сварки быстрый.
Легко автоматизируется.

Подробнее: Что такое дуговая сварка под флюсом, ее применение и принципы работы

Оборудование для сварки трением имеет высокую стоимость.
Материалы, которые нельзя выковать, не свариваются. наконец,
Одним из самых больших недостатков сварки трением является то, что она имеет ограничения по размерам заготовки. В том смысле, что круглые стержни с одинаковым поперечным сечением ограничены, конструкции соединений ограничены, а заготовки необходимо фиксировать.

Это все, что касается этой статьи, где обсуждаются определение, применение, работа, преимущества и недостатки процесса сварки трением. Я надеюсь, что вы получили достаточно от этого поста, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

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, как работает эта техника и каковы ее преимущества.

СВЯЗАННЫЕ: ЛАЗЕРНАЯ СВАРКА: ТИПЫ, ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

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 детали 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.

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.

Вращательная сварка трением: Один из двух материалов вращается над поверхностью другого там, где требуется сварка. В процессе используется сжимающая осевая сила и высокие скорости вращения.

Эта комбинация вызывает пластификацию 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.

Самый популярный

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 .

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.

Не все методы сварки обеспечивают одинаковые результаты соединения. Следовательно, тип сварки выбирают на основе свойств, придаваемых соединению в процессе сварки.

Давайте обсудим некоторые преимущества использования 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 к 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.

Соединение меди с алюминием обычно считается невозможным, но при сварке трением это возможно.

Нет внешнего нагрева или флюса: 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 обычные сварные швы плавлением.

Не требует большой подготовки поверхности: Механически обработанные, распиленные или отрезанные поверхности можно соединять с помощью сварки трением. Однако наличие смазочных материалов или масел не допускается для достижения оптимальных условий сварки.

Сварка трением — это общий термин, который охватывает несколько типов сварочных процессов. Многие отрасли промышленности полагаются на сварку трением для создания неразборных соединений.

Это быстрый, эффективный и один из самых популярных вариантов сварки в твердом состоянии.

Что такое сварка трением — определение, работа, виды, преимущества и недостатки.

Содержание

Введение:

Сварка является одним из самых известных процессов соединения, используемых почти во всех отраслях промышленности на всех уровнях, от традиционных до нетрадиционных методов. Говоря о механизме сварки, существует три основных механизма: сварка в твердом состоянии, сварка плавлением и сварка в твердом состоянии. Сварка трением является частью твердотельной сварки, при которой обе заготовки остаются в твердом состоянии и соединяются вместе. Эта статья поможет вам подробно узнать о сварке трением, рассказав о ее работе, типах, применении, преимуществах и недостатках. Итак, приступим.

Определение сварки трением (FRW)

Это сварка в твердом состоянии, при которой сила трения заготовки используется для выработки тепла, и это тепло соединяет две металлические детали вместе. Тепло, выделяемое трением, настолько велико, что оно способно плавить металлические детали и позволять им сплавляться вместе для соединения.

История:

Патент, относящийся к сварке трением, относится к началу века, при этом ротационная сварка является самой старой из всех. Именно В. Рихтер запатентовал метод линейной сварки трением в 1924 в Англии и 1929 в Германии. Описание процесса было расплывчатым и непонятным в то время. Х. Клопшток запатентовал тот же процесс в СССР в 1924 году.

Однако первый и самый важный эксперимент, связанный с этим процессом, был проведен в Советском Союзе в 1956 году применительно к ротационной сварке. Старший машинист А.Дж. Затем Чдиков понял, что процесс является коммерчески жизнеспособным, и проложил путь к его коммерческому использованию. Этот процесс был впервые представлен в США в 1960 году. Различные крупные гиганты США, в том числе Rockwell International, американский производственный литейный завод и тракторная компания Caterpillar, разработали машины, связанные с этим процессом. Второй процесс, связанный со сваркой трением, названный сваркой трением с перемешиванием (FSW), был запатентован и проверен экспериментально в Сварочном обществе (TWI) в 1919 г.91. На сегодняшний день материал для исследований, связанных с этим процессом соединения, поступает из разных стран, в том числе из стран континентов Африки, Азии, Австралии и др.

Рис.

1924: Патент на линейную сварку трением, поданный в Англии и СССР
1929: Патент на линейную сварку трением, поданный в Германии
1956: Первое экспериментальное доказательство сварки трений и начало коммерческого использования
1960: сварка трений в США
1991: Патент и экспериментальная проверка Frication Striding

917917:

Важные термины:

Прежде чем углубляться в процесс соединения, необходимо знать несколько важных терминов. Ниже приведены важные термины:

Осевая сила: Сила, приложенная параллельно оси вращения. Ее также называют силой тяги.
Длина выгорания: Полная потеря длины в процессе трения.
Скорость выгорания: Скорость укорачивания детали в процессе трения.
Внешнее торможение: Это компонент торможения, расположенный снаружи и помогающий снизить скорость вращения.
Облицовочная поверхность: Поверхность одного компонента должна соприкасаться с поверхностью другого компонента для образования соединения.
Сила ковки: Сила, приложенная нормально к поверхности обшивки после прекращения относительного движения.
Фаза ковки: Это интервал времени между началом и окончанием приложения силы.
Время ковки: это общее время, в течение которого сила ковки применяется к компонентам.
Выступ: Расстояние, на которое один компонент выступает из крепления или патрона по направлению к другому компоненту.
Сварка: Два или более компонента, соединенных сваркой.

Типы сварки трением:

Процесс соединения в основном делится на два типа: непрерывная сварка трением с индукцией и инерционная сварка трением.

1. Непрерывная сварка трением с побуждением:

В этом процессе соединения ротор (или вращающаяся заготовка) соединяется с ленточным тормозом. Когда ротор вращается, он пересекает предельную температуру пластичности. Ленточный тормоз оказывает давление, которое стремится остановить ротор, в то время как вторая заготовка продолжает оказывать давление на ротор, образуя единый компонент. Следовательно, название происходит от непрерывной сварки трением с индуцированным трением из-за постоянного приложения осевого давления.

2. Инерционная сварка трением:

Состоит из вращающегося компонента, соединенного с маховиком, который снова соединен с валом маховика, приводимого в движение двигателем. Работа зависит от вращения обоих маховиков, где одно дает движение другому. Когда процесс начинается, маховик вала вращает другой маховик, тем самым вращая ротор. В нужный момент он отключается, и движение ротора в конце концов прекращается. В течение всего движения вторая заготовка оказывает линейное давление на ротор для выполнения сварки.

В приведенных выше пунктах мы классифицировали процесс на основе механизма работы. Существует несколько основных методов сварки трением, основанных на используемом материале, в основном разделенных на методы сварки металлов и методы термопластов.

Методы обработки металлов:

Для сварки металлов используется несколько методов, которые мы не можем сваривать с помощью других процессов сварки, которые состоят из следующего:

1. Сварка вращательным трением:

Это технология сварки, при которой одна деталь вращается, а другая прижимается. Тепло, выделяющееся во время процесса, вызывает сварку двух металлов.

2. Линейная сварка трением:

Это метод сварки, при котором вращающаяся заготовка колеблется линейно, а не вращается.

3. Сварка трением с перемешиванием:

Это метод сварки, в котором используются неплавящиеся инструменты для соединения двух заготовок. Тепло выделяется между заготовками и инструментом и вызывает пластическую деформацию в точке контакта и сплавляет их вместе, образуя прочный сварной шов.

4. Наплавка трением:

Это процесс, который в основном основан на сварке трением, когда мы наносим покрытие из материала на подложку. Стержень материала покрытия вращается и соединяется с другими подложками за счет пластической деформации.

Термопластические методы:

Для сварки термопластов используется несколько методов, которые не могут быть сварены с помощью других процессов сварки, которые включают следующее:

1. Линейная вибрационная сварка:

В этом типе материал вступает в контакт и находится под давлением. Внешняя вибрирующая сила прикладывается для создания проскальзывания между двумя перпендикулярами к направлению приложенного давления.

2. Орбитальная сварка трением:

Орбитальная сварка трением аналогична сварке вращением, но использует более сложную машину для создания орбитального движения, при котором движущаяся часть вращается по малому кругу, намного меньшему, чем размер соединения как весь.

Преимущества сварки трением

Этот процесс соединения действует как дополнительный процесс для материала, который нельзя соединить с помощью других традиционных и нетрадиционных процессов сварки. Это служит значительным преимуществом, которое привлекает несколько материалов и условий, для которых этот процесс используется для сварки. Преимущества сварки трением заключаются в следующем:

Высокая эффективность сварки.
Это экологически чистый процесс без образования дыма.
Зона термического влияния очень узкая. Следовательно, свойства термочувствительного материала не изменяются.
Присадочный материал не требуется, так как для соединения двух заготовок используется трение.
В большинстве случаев общая прочность сварки наиболее важна.
Сварка не требует внешнего источника и зависит от свойств трения и пластической деформации. Следовательно, различные материалы могут быть сварены.
Мы можем достичь высокой скорости сварки в этом процессе соединения

Недостатки сварки трением

Помимо преимуществ, этот процесс имеет ряд недостатков, что делает его непригодным для различных сварочных операций, выполняемых в разных положениях. Недостатками сварки трением являются:

Рабочий механизм позволяет использовать ее в основном для стержней круглого сечения, вращающихся и контактирующих.
Материалы, не поддающиеся ковке, нельзя сваривать.
Конструкция соединений и тип выполняемой сварки сильно ограничены.
Подготовка заготовки является наиболее важной задачей.
Стоимость установки очень высока.

Области применения:

Первое коммерческое использование сварки трением началось в 1960-х годах в промышленности, но из-за внедрения других традиционных и нетрадиционных методов сварки, которые превосходят этот процесс, применение ограничено. Однако из-за нескольких уникальных преимуществ, которые этот процесс обеспечивает помимо других процессов, он все еще используется и широко используется в промышленности для выполнения сварки материалов, которую мы не можем выполнить с помощью других методов. Применение этого процесса включает:

Сварка круглых деталей, таких как трубы, трубы и валы.
Он широко используется в автомобильной, аэрокосмической, морской и нефтяной промышленности.
Используется для сварки вала насоса, представляющего собой сварной шов между нержавеющей сталью и углеродистой сталью.
Рычаг переключения передач, осевые трубы, шатуны и т. д. полностью сварены с использованием этого процесса сварки.
Широко используется в электротехнической промышленности для сварки медных и алюминиевых проводов.
Используется для материалов, которые нельзя сваривать другими доступными методами сварки.

Часто задаваемые вопросы: Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Что вы подразумеваете под поддающимся и не поддающимся подделке материалом?

Ответ: Поддающиеся ковке материалы — это материалы, которые могут подвергаться деформации путем ковки без растрескивания металла, который может быть сформирован.