Контроль качества
При визуальном методе контроля швов выявляют подрезы, наплывы, трещины. Внутренние дефекты выявляют методами разрушающего или неразрушающего контроля.
Разрушающие:
- металлографический анализ шва;
- исследование химического состава диффузного слоя;
- механические испытания (определяют предел выносливости соединения на растяжение, кручение, изгиб под ударной нагрузкой, сжатие; проверяют усталостную стойкость шва, герметичность соединения).
Разрушающие методы контроля применяются в исключительных случаях:
- на образцах при разработке технологии;
- готовых деталях при выборочном контроле, регламентированном стандартом.
К неразрушающим методам относятся исследования с применением приборов, делается:
- просвечивание соединения рентгеновскими или гамма-лучами;
- ультразвуковой основан на способности луча отклоняться при различной плотности материала;
- магнитные фиксируют изменение потока.
Исследования проводятся выборочно, где на шов оказывается разнонаправленная нагрузка. Фрикционная технология надежная: образуются прочные швы, если обеспечена достаточная скорость движения, на разогретый металл оказывается необходимое давление.
Сварка кузовных деталей автомобиля при помощи инновационных технологий
Типичные изображения сварки – манипулятор, изрыгающий искры, или мужчина в сварочной маске, нависший над лужей светящегося металла – не распространяются на сварку трением с перемешиванием (СТП). Металло-соединяющий метод был разработан в 1991 году промышленным исследовательским Институтом сварки недалеко от Кембриджа, Англия. В середине 1990-х годов две скандинавские алюминиево-экструзивные компании стали первыми использовать данную технику в коммерческих целях. С тех пор она получила широкое распространение в авиакосмической промышленности и постепенно проникла в автомобильную сферу.
Искры и защитные очки являются частью сварки методом плавления, где электрический ток нагревает два куска металла до расплавленного состояния. Когда металл остывает, результатом становится оно – твердое металлическое соединение. В противоположность этому методу, СТП является твердотелым методом сварки не предусматривающим расплавление металла. Тепло, выделяемое давлением и трением, это все, что необходимо для обеспечения прочной связи между металлами.
Преимущества сварки трения с перемешиванием
Преимущества данного метода многочисленны. Наиболее важным является то, что СТП работает для разнородных металлов. Сварить различные сплавы алюминия можно не только этим методом, но только им можно приварить сталь к алюминию. До изобретения СТП это было трудоемким, дорогостоящим процессом, а хрупкое соединение, которое часто было результатом попыток такой сварки, не подходило для несущих конструкций.
Сфера применения в сварке кузова автомобиля
Область применения сварки кузовных деталей автомобиля путем трения с перемешиванием довольно широка. К примеру, компания Mazda, использует СТП, чтобы прикрепить стальные шипы к алюминиевой панели внутри багажника в модели MX-5 Miata. Передний подрамник в автомобиле Honda Accord, который несет на себе вес двигателя и некоторые компоненты подвески, сделан на половину из стали и алюминия. Подробности конструкции являются секретом компании, хотя Honda все-таки призналась, что это первое их использование непрерывной, или линейной, сварки трением с перемешиванием в биметаллических структурных компонентах для производства автомобилей. Технология проста: две половины соединяемых частей металла перекрывают друг друга, а их соединительные швы распологаются между ними. Барьер, устанавливаемый между сталью и алюминием, уменьшает вероятность биметаллической коррозии кузова автомобиля. По словам компании Honda, во время процесса СТП формируется новое железо-алюминиевое химическое соединение – Fe4A113 – а соединение между металлами такое же прочное, как при обычной сварке двух одинаковых металлов.
- 2013 Honda Accord (передний подрамник)
- 2010 Toyota Prius (задняя дверь)
- 2007 Audi R8 (часть пространственной рамы)
- 2006 Mazda MX-5 Miata (багажник и капот)
- 2005 Ford GT (часть пространственной рамы)
- 2004 Mazda RX-8 (задняя дверь и капот)
- 2003 Lincoln Town Car L (элементы подвески)
- 2001 Volvo V70 (рама заднего сидения)
Метод СТП также набирает популярность среди автопроизводителей благодаря своей способности точечной сварки тонких листов алюминия, как в вышеупомянутом случае с панелями багажника MX-5. Сварка плавлением может перфорировать тонколистовой алюминий, но так как при СТП выделяется меньше тепла, такие повреждения менее вероятны. Кроме того, по сравнению со сваркой плавлением, при сварке трением с перемешиванием потребляется в два раза меньше электроэнергии.
Также, в отличие от обычной сварки кузова автомобиля, которая добавляет вес в виде швов из сварочной проволоки присадочного металла, СТП ничего не добавляет
Таким образом, данный метод сварки уменьшает вес готовой продукции, что особенно важно в современном автомобильном мире, когда идет борьба за высокую эффективность расхода топлива (про методы уменьшения веса в конструкции автомобилей читайте здесь). Особенно это преимущество актуально для сборки электрических и гибридных автомобилей, так как такие модели, как правило, покупают не из-за внешнего вида, не из-за технических характеристик, а в надежде сэкономить на топливе
Учитывая этот факт, а также возможность сварки разнородных металлов, сварка трением с перемешиванием открывает большие возможности для использования алюминия во всех конструкциях автомобиля для максимального снижения веса. Глядя на успешные результаты применения СТП в производстве транспортных средств, можно с уверенностью сказать, что вскоре СТП будут использовать в автомобильной промышленности повсеместно.
Технология сварки трением
Рассматривая технологию с точки зрения физико-химических процессов, можно выделить несколько последовательных процессов:
- происходит истирание оксидного слоя в процессе соприкосновения деталей во время движения;
- область шва нагревается до температуры пластичности металла, он способен деформироваться под давлением;
- возникает единый диффузный слой в процессе проникновения молекул одной детали в другую, за счет этого образуются швы на разнородных и однородных металлах;
- формирование шовного валика вызвано выдавливанием пластичного металла за зону стыка;
- фиксация свариваемых деталей до затвердевания диффузного слоя;
- образование монолитной структуры в месте шва, проходит процесс кристаллизации, формирования металлической решетки.
При трении контактируют отдельные выступы, металл в зоне трения прогревается равномерно на небольшую глубину. После осадки деталь остывает медленно, образуя соединение по всей площади стыка.
Процесс сварки трением
Данный способ является достаточно уникальным процессом соединения двух металлов, в котором при превращении механической энергии трения в тепловую, генерирование нагрева с последующим расплавом происходит в строго заданном месте соединения, уникальность его в том числе заключается в отсутствии воздействия внешнего нагрева на свариваемые поверхности.
Аналогия сути данного процесса довольно проста: если вы прижмете ладони к друг другу и потрете их, вы заметите, что кожный покров ладоней в месте контакта станет теплым, и по мере того, как вы будете увеличивать давление и скорость, поверхность кожного покрова будет становиться все горячее.
Этот же принцип используется и при сварке трением: соединяемые поверхности свариваемых деталей прижимаются к друг другу с постоянным или нарастающим во времени давлением, и несмотря на то, что поверхности свариваемых деталей внешне кажутся гладкими для невооружённого глаза, при рассмотрении микроскопическом уровне их поверхности окажутся с небольшими неровности. Если одной из низ, или обеим задать движение, то неровностей будет достаточно, чтобы между контактирующими поверхностями возникло трение.
Движение (перемещение одной заготовки относительно другой) при этом может задаваться совершенно разное:
– вращательное;
– поступательное;
– возвратно-поступательное (колебательные движения).
Когда две поверхности при приложенном взаимном движении и определенном давлении, подвергаются воздействию сил трения, в месте контакта генерируют тепло, которое с течением процесса значительно увеличится. Возрастающая температура в месте контакта, при содействии сил трения разрушает оксидные пленки, и остатки частиц загрязнения, содержащиеся на поверхности свариваемых деталей, параллельно с этими процессами поверхности начнут выравниваться, что даст атомам возможность более плотно взаимодействовать с друг другом.
Под влиянием тепловой энергии, трения и давления поверхности материалов начинают терять твердость, и становятся вязкостными в точках контакта, между ними кратко временно формируются и разрушаются металлические связи, поверхности вступают в процесс расплава, что приводит взаимному проникновению атомов и смешиванию двух разных материалов. В этот момент, температура плавления достигает заданных параметров, вращение/перемещение останавливают и значительно увеличивают силу прижима, создавая при попутно возникающей взаимной пластической деформации в точках контакта поверхностей соединение или сварной шов.
Подводя итог можно сказать, что весь процесс условно делится на несколько этапов:
– закрепление деталей зажимах станка, при котором задается подвижность одной или обеим деталям;
– выравнивание и нагрев поверхностей свариваемых металлов механическим путем до их пластичного состояния;
– сопутствующие процессы разрушения оксидных и жировых пленок, препятствующих образованию сварного шва;
– установление между кромками расплавленного металла кристаллических связей на атомном уровне;
– остановка вращательных/перемещающих движений, усиление давления, режим застывания соединения деталей.
Сварка трением может использоваться для соединения различных металлов и сплавов, в том числе и те, которые не могут быть соединены при использовании сваркой плавлением. Следует отметить, что сварное соединение формируется исключительно на завершающей стадии процесса, так как проковочное усилие прикладывается к уже неподвижным деталям, что относит вышеописанный процесс к сварке в твердом состоянии, при этом полученное сварное соединение становится не менее прочным, чем основной металл.
Технология
Теперь перейдем непосредственно к технологии сварки. Первый этап — это подготовка металла. Она обязательна и выполняется вне зависимости от выбранной вами технологии сварки. Но при сварке трением подготовка не особенно важна, поскольку все неровности можно исправить. А качество подготовки деталей не влияет на качество готово шва.
Так что вы можете разрезать детали с помощью ножниц по металлу или дисковой пилы. Если будут какие-о неровности, то их можно затереть или просто нагревать детали подольше. Вам даже не обязательно удалять загрязнения, масло, признаки коррозии или следы краски, поскольку все эти недостатки нивелируются при нагреве металла.
Куда важнее правильно установить режим сварки, поскольку от этого уже напрямую зависит качество сварного соединения.
Чтобы настроить режим сварки нужно знать все его параметры. Новичкам будет непросто сходу установить каждое значение, так что дадим свои рекомендации по поводу оптимальных настроек. Вы можете применять их первое время, но прочтите также нормативные документы, чтобы понимать суть.
Итак, первое, что нужно настроить, это частоту вращения. Оптимальное значение для сварки черного металла варьируется от 2,6 до 3, для сварки алюминия, меди и их сплавов достаточно 2, а для сварки титановых изделий подойдет значение 4 или 5.
Далее нужно настроить удельное давление притирки, этот параметр позволяет улучшить, а значит ускорить работу сварочной машины. Здесь сложно давать какие-то общие рекомендации, поскольку для разных металлов значения разные. Например, мы для сварки углеродистой стали выставляем значение 10 Мпа, а время притирки задаем в районе одной-трех секунд. Прочтите нормативные документы.
Следующий параметр — удельное давление нагрева. Опять же, для сварки углеродистой или низколегированной стали мы рекомендуем значение от 30 до 60 Мпа. Если нужно сварить жаропрочную или инструментальную сталь, то установите значение от 60 до 120 МПа, алюминию будет достаточно от 7 до 20 Мпа.
Также нужно настроить удельное давление проковки. Здесь нужно учитывать, какими пластическими свойствами обладает металл, который вы варите. Опять же, опирайтесь больше на нормативные документы. Мы для сварки алюминия использовали 8 — 10 Рн (МПа). Также устанавливали время проковки не более трех секунд.
Не забудьте установить время нагрева и время торможения. Вот здесь можете дать себе волю и поэкспериментировать, поскольку не существует единых параметров. Конечно, есть рекомендации, но от них можно отклоняться на свое усмотрение. А время торможения должно быть коротким.
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.
Дефекты
Появление сварочных дефектов в DFSW довольно часто. Дефекты сварки в DFSW включают дефект туннелирования, дефект фрагмента, трещину, пустоту, поверхностную полость или канавки и чрезмерное образование заусенцев. Среди них дефект туннелирования является наиболее распространенным дефектом в DFSW, возникающим из-за неправильного течения материала во время сварки. В основном это связано с неправильным выбором параметров сварки, в частности скорости сварки, скорости вращения, конструкции инструмента и глубины проплавления инструмента, что приводит либо к ненормальному перемешиванию, либо к недостаточному тепловложению. Образование крупных фрагментов более твердых материалов в матрице более мягких материалов – еще один типичный дефект, наблюдаемый только в DFSW. Обычно во время DFSW пастообразные материалы ведут себя как композит с металлической матрицей , так что более твердые и более мягкие материалы действуют как матрица и арматура соответственно
Фактически, очень важно, чтобы более твердый материал имел относительно небольшой размер, чтобы добиться наилучшего потока материалов. Следовательно, любые факторы, вызывающие образование большого куска более твердого материала, приводят к появлению дефектов фрагментов
Коррекция инструмента и конструкция штифта инструмента были приняты во внимание как наиболее важные факторы, способствующие формированию дефекта фрагмента в DFSW. Они были учтены в нарушении потока материала в результате образования больших кусков более твердого материала в матрице более мягкого материала из-за того, что довольно трудно перемешивать и смешивать пастообразные материалы, когда один из них не является относительно мелким. Кроме того, дефекты осколков обычно сопровождаются другими дефектами, такими как пустоты и трещины
Кроме того, дефекты осколков обычно сопровождаются другими дефектами, такими как пустоты и трещины.
Особенности и сферы применения
СТП широко используется во многих сферах производства. В авиаракетостроении её применяют для формирования конструкций фюзеляжа или панелей с различными назначениями. Если говорить о судостроении, она служит для сварки корпуса небольших кораблей. И это далеко не все, такая популярность объясняется высоким качеством образующегося соединения.
Межатомные связи при сварке могут обеспечить прочность, которая будет равна или быть на более высоком уровне, чем основной материал. Качество таких швов обычно выдерживает большие нагрузки и надёжно служит на протяжении долгого времени.
Сварка трением соединяет металлы, находящиеся в твердом состоянии. В этом случае используется специальный вращающийся инструмент, он состоит из бурта, профилированного основания и наконечника с профилем, он перемещается вдоль стыка заготовок, подвергающихся соединению. Далее происходит тепловыделение с последующим соединением материала. Давление бурта на стыке, способствует пластической деформации и течению свариваемого металла, который перемешивается профилированным наконечником.
Виды сварки трением
Существует несколько подтипов сварки трением. Это сварка трением с непрерывным приводом, инерционная сварка, колебательная, орбитальная и радиальная. Давайте разберем каждый тип подробнее.
Сварка трением с непрерывным приводом
Данный тип соединения металлов один из старейших среди всех подтипов сварки трением. Впервые он был разработан в середине 20-го века. Одна из заготовок находится в статичном положении, а другая вращается. Во время соприкосновения деталей образуется осевое усилие нагрева. Детали нагреваются до нужной температуры и вращающаяся заготовка останавливается. Далее следует проковка. Ниже вы можете видеть схему данного типа сварки, где под цифрой 1 обозначен тормоз, а под цифрой 2 и 3 обозначены заготовки.
Инерционная сварка
Этот тип сварки заключается в том, что энергия накапливается во вращающемся маховике, который насажен на шпиндель. После того, как маховик будет достаточно раскручен, две детали сжимают под давлением. Процесс сварки останавливается вместе с остановкой шпинделя. Ниже схема инерционной сварки, где 1 — это маховик, а 2 и 3 — это детали.
Колебательная сварка
Колебательная сварка также называется сваркой вибротрением. Суть данного типа сварки заключается в том, что одна либо две заготовки колеблются под углом. Колебательная сварка применяется очень редко, но она хорошо показала себя при сварке термо- и реактопластов.
Орбитальная сварка
Мы посвятили отдельную статью орбитальной сварке, обязательно прочтите ее. В рамках этой статьи мы расскажем кратко. Орбитальная сварка — это метод соединения металлов, когда обе заготовки вращаются вокруг друг друга. После сварки нужно совместить оси деталей, тем самым остановив их, а затем выполнить проковку.
При орбитальной сварке тепло выделяется равномерно, поэтому можно без проблем варить детали с большой площадью сечения. Ниже вы можете видеть схему орбитальной сварки. Буквой а отмечена стадия нагрева, а буквой б отмечена стадия проковки деталей.
Радиальная сварка
При радиальной сварке трением используется внутреннее и наружное кольцо. Оба кольца вращаются под определенным углом и выделяют тепловую энергию, которая плавит концы труб. Предварительно трубы плотно стыкуют друг с другом. Также на трубы может оказываться дополнительное давление. Ниже схема данного типа сварки, где а — это наружное кольцо, б — это внутреннее кольцо, 1 и 2 — это детали, 4 — это зажимные части.
Преимущества
Строго локализованное тепловыделение в приповерхностных слоях деталей при сварке трением является главной особенностью этого процесса, предопределяющей его энергетические и технологические преимущества, к которым в первую очередь относятся следующие.
Высокая производительность
. Объем тонкого слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно укладывается в весьма малый промежуток времени — от нескольких секунд до 0,5 мин (в зависимости от свойств материала и размеров сечения свариваемых деталей); это определяет высокую производительность процесса сварки трением; конкурировать с нею в этом отношении может лишь электрическая контактная стыковая сварка.
Высокие энергетические показатели процесса
. Локальное генерирование тепла и малые объемы нагреваемого при сварке трением металла обусловливают весьма высокий коэффициент полезного действия процесса сварки трением; расход энергии и мощности при сварке трением в 5—10 раз меньше, чем, например, при электрической контактной сварке встык (рис. 37).
Высокое качество сварного соединения
. При правильно выбранном режиме сварки металл стыка и прилегающих к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшими, чем основной металл соединяемых деталей; стык свободен от пор, раковин, различного рода инородных включений и других макропороков, а металл стыка и зон термического влияния в результате ударного термомеханического воздействия (быстрые нагрев и охлаждение в присутствии больших — в несколько сотен атмосфер — давлений), по своему характеру близкого к режимам термомеханической обработки металлов, приобретает равноосную и сильно измельченную структуру (рис. 38).
Стабильность качества сварных соединений
. Детали, сваренные трением при одном и том же режиме, отличаются повторяемостью механических свойств; варьирование временного сопротивления, угла изгиба, величины ударной вязкости и других показателей в партии деталей, сваренных на неизменном режиме, не превышает 7—10%.
Это позволяет обоснованно применять выборочный контроль качества партии деталей, что особенно важно при отсутствии в настоящее время простых, надежных и дешевых методов неразрушающего контроля стыковых соединений, пригодных для использования в условиях сварочных цехов. Независимость качества сварных соединений от чистоты их поверхности. Независимость качества сварных соединений от чистоты их поверхности
Независимость качества сварных соединений от чистоты их поверхности
. При сварке трением нет необходимости в зачистке перед началом процесса вводимых в контакт поверхностей; в отличие, например, от контактной сварки боковые поверхности деталей также могут оставаться неочищенными, что в значительной мере экономит время вспомогательных операций.
Возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях
. Процесс сварки трением позволяет выполнять прочные соединения не только одноименных, но и разноименных металлов и сплавов, причем даже таких, которые другими способами сварки либо вовсе не получаются, либо их получение сопряжено с большими трудностями. Изучены и освоены в промышленном производстве такие, например, сочетания разноименных материалов, как алюминий со сталью, медь со сталью, титан с алюминием, медь с алюминием и другие.
Гигиеничность процесса
. Сварку трением от других видов сварки выгодно отличает гигиеничность процесса: отсутствие ультрафиолетового излучения, вредных газовых выделений и горячих брызг металла.
Простота механизации и автоматизации
. Сварку трением выполняют на специальных машинах; основные параметры процесса сравнительно легко программируются, и, как правило, все оборудование представляет собой либо полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда, либо автоматы, работа которых протекает без участия человека.
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 особенности
Оборудование, используемое для такого вида сварки в промышленных масштабах, позволяет соединять заготовки, минимальный диаметр которых составляет 6 мм. Применять такую технологию целесообразно для сваривания поверхностей площадью 30-8000 мм².
Механические показатели полученного шва не ниже, чем у основного материала. В шве нет пор и раковин, что позволяет достигать высоких показателей прочности. На единицу сечения в среднем тратится около 15-20 т/мм², что в 5-10 раз меньше, чем при контактном методе сваривания. Машинное время сварки всего 1-30 секунд, что позволяет достигать производительности 60-450 сварок/ч.
Насколько подходит для разных материалов
Фрикционный метод сваривания используется для соединения разных сталей:
- углеродистых;
- малоуглеродистых;
- высоколегированных;
- инструментальных.
Также можно работать с такими сплавами:
- алюминиевыми;
- медными;
- титановыми;
- магниевыми;
- свинцовыми;
- циркониевыми и цирконием в однородном сочетании;
- термопластами.
Подготовка деталей
Этот метод нетребователен к чистоте поверхностей, по сравнению с другими видами сварки. Если соединяются детали разного размера, то проводится фигурная обработка их концов. Главное — обеспечить, чтобы поверхности трения были перпендикулярны оси вращения заготовок. Отклонение может составлять 5-7%. Детали, предназначенные для сваривания, могут быть порезаны на гильотине, дисковой пилой и даже газорезкой.
Необходимые для сваривания деталей условия на их поверхности создаются после пластической деформации металла в зоне трения. Наличие тонких оксидных пленок не влияет на качество соединения, т.к. они удаляются во время сваривания. Окалина, образовавшаяся после прокатки, штамповки или проковки, должна быть удалена, то же касается и ржавчины.
Как подобрать подходящий метод
Какой метод фрикционной сварки выбирать, зависит от формы, размеров деталей, технологических возможностей предприятия и т.д.
Рекомендуем к прочтению Технология соединения с помощью ванной сварки
Все существующие методы сварки трением имеют несколько режимов, различающихся такими параметрами:
- скоростью вращения заготовок;
- силой сдавливания;
- толщиной сварного кольца (при радиальном методе).
Физические параметры зависят от выбранной технологии сваривания, но условно их делят на:
- низкоскоростную, которую используют для материалов с высокой вязкостью, а также в том случае, когда есть вероятность нарушения структуры волокон деталей;
- стандартную;
- ускоренную, используемую при соединении сплавов и легкоплавких металлов методом перемешивания.
Обработка шва
Для снижения в сварном шве напряжений, повышения его пластичности, рекристаллизации и улучшения качества шва может выполняться его термическая обработка. Этот метод не используется при работе с низколегированными, высоколегированными хромоникелевыми и хромистыми сталями. Применяют его при соединении легированных и нелегированных среднеуглеродистых сталей.
Машина для сварки трением
Специализированное устройство используется для создания надежных сварных соединений методом пластической деформации материалов, которые находятся в твердом состоянии. Высокопроизводительная машина обладает массой положительных характеристик:
- Производительность высокого класса.
- Качество конечных результатов сварки отменное.
- При использовании машинной сварки создается возможность контролировать качество всей партии продукции.
- Обеспечивается сварка материалов разнородной природы.
- Безопасность при работе: отсутствует УФ-излучение, исключаются опасные выделения газов и нагретые металлические брызги.
При относительных требованиях к заготовкам любая машина подобного типа может собираться, учитывая особенности конкретного заказчика. Такой подход решает проблему создания нового производства, основанного на этой уникальной технологии.
Сварка труб трением
Сварочные работы по технологии трения позволяют не использовать присадочные материалы либо свойства защитных газов при создании прочного шва. Соединение металлических труб происходит без образования пустот при 3 см. толщине. Хорошие качественные соединения получаются даже при сварке алюминиевых сплавов, которые при использовании альтернативных технологий не показывают гарантированного качественного результата. Подобная технология сварки доказывает свою эффективность при работе со сплавами других металлов: медных, магниевых даже титановых.
Радиальная разновидность сварки трением широко применяется при создании герметичных швов на трубопроводах и отдельных цилиндрических конструкций. Соединение труб на неповоротных участках предполагает неподвижное расположение двух концов трубопровода. Непосредственно в зазор вставляется дополнительная нагреваемая вставка, которая перед операцией проковки будет автоматически удаляться. Соединение труб этим методом сварных работ позволяет создать цельную поверхность с одинаковыми показателями толщины сварного шва и его прочности. Этим способом выполняются работы на значимых участках трубопроводов, от которых требуются стандарты прочности и безопасности.
Технология
При движении свариваемых трением деталей происходит ряд последовательных процессов:
- под воздействием механических нагрузок разрушаются пленки окислов и загрязнения;
- заготовки разогреваются, металл выдавливается из стыка, одновременно вынося все загрязнения;
- вращение резко прекращается, при этом давление на детали не убирается, а часто увеличивается.
Опыт показал, что оптимальное значение размеров свариваемых элементов лежит в пределах от нескольких миллиметров, до 100-150 см. Бoльшие размеры требуют резкого увеличения мощности привода, переставая быть рентабельными. Наилучший эффект получается при использовании деталей с одинаковыми свариваемыми поверхностями. Исходя из этой особенности, в процессе подготовки, заготовки специально подрезают, выравнивая их торцы.
Сварочный процесс, выполняемый за счет трения, включает две переменных:
Скорость вращения и давление. Подбор этих параметров зависит от сочетания металлов, составляя наиболее сложную составляющую процесса. На 80% расчеты основаны на экспериментальных данных.
Динамические нагрузки возникающие при этом способе в ряде случаев требует дополнительной термической обработки. При этом она не требуется для низколегированных и некоторых классов высоколегированных сталей.
Испытание
FSW может быть эффективным методом, который можно использовать для соединения разнородных материалов и результата с точки зрения предел прочности, прочность на сдвиг, и твердость распространение являются многообещающими. Однако большая часть стыков сломалась на границе раздела. Более того, даже те, которые были разорваны в основных металлах, показали хрупкий поведение т.е. низкий удлинение что можно отнести к образованию ИМС. Должен быть баланс между предел прочности и пластичность сварных соединений, чтобы безопасно использовать разнородные сварные детали в промышленности. Другими словами, собственно пластичность и стойкость требуются для некоторых промышленных применений, поскольку они должны обладать надлежащим сопротивлением влияние и шок загрузка. Большинство сварных конструкций недостаточно прочны для использования в таких случаях. Поэтому стоит сосредоточить текущие и будущие работы на улучшении стойкость сварных конструкций с сохранением предел прочности в надлежащей стоимости.
