Технология сварки трением

За счет нагрева зоны соединения материалов трением сварка становится принципиально отличной от других способом обработки металлов в твердой фазе. Нужное для работы давление возникает за счет передвижения одной из частей обрабатываемого элемента.

Рисунок 1. Характерная циклограмма сварки трением, отражающая характер изменения силовых параметров: А – врезание инструмента; Б – пауза; В – перемещение вдоль шва; Г – вывод инструмента; 1 – нормальная (осевая) сила FZ; 2 – величина крутящего момента; 4 – сила сопротивления перемещению в направлении сварки FX.

Базовые тезисы и понятия

Сварное объединение во время применения данного метода образуется так:

1. Под воздействием силы трения снимаются пленки оксидов с обрабатываемого материала.
2. Кромки металла разогреваются до необходимой пластичности, возникший при этом временный контакт разрушается, шов выталкивается из стыка.
3. Вращение прекращается, и образовывается сварное соединение.

Подведенная к обрабатываемой детали механическая энергия превращается в тепловую прямо на участке предполагаемого соединения. Тепло выделяется в процессе вращения одного изделия по другому или бурта между ними. Это обеспечивается возвратно-поступательными движениями элементов на сравнительно малых амплитудах внутри плоскости стыка.

Разновидности процесса сварки трением.

Обрабатываемые детали прижимаются друг к другу давлением, которое может быть как постоянным, так и возрастающим. Осадка и быстрое окончание вращения завершают сварочный процесс.

При рассмотрении схемы (рис. 1) можно заметить изменение характерных параметров сварки.

Ассортимент обрабатываемых материалов очень широк, например:

• стали разных типов (углеродистая, инструментальная, малоуглеродистая, высоколегированная);
• термопласты;
• цирконий в разных сочетаниях;
• медные, алюминиевые или титановые сплавы.

Процесс сварки трением специфичен, поэтому варианты получаемых соединений ограничены:

1. Стыки можно делать как на сплошных, так и на полых элементах с формой тела вращения, например, стержнях, прутах, трубах.
2. Существует возможность таврового соединения между стержнем и плоским предметом.

Размеры обрабатываемых изделий колеблются в широком диапазоне. Считается, что трением можно обрабатывать площади сечения от 30 до 8000 мм². В условиях производства наименьший диаметр свариваемых прутьев составляет от 6 мм.

К недостаткам технологии можно отнести малый диапазон типов соединения, трудноудаляемый шлак, ограниченные размеры и формы заготовок, а также разные показатели нагрева центральных и периферийных поверхностей сечения.

Разновидности технологий

Существует несколько типов этого метода обработки металлов. Наиболее распространенные – сварка трением с перемешиванием и линейная сварка.

Сварные соединения, получаемые при сварке трением.

Первая технология была разработана сравнительно недавно, но уже активно используется в промышленности. Она применима для обработки тонколистовых металлов. Сварка трением с перемешиванием происходит так: к краям свариваемых элементов подводят валик, вращающийся с высокой скоростью (от 200 до 3000 оборотов в минуту), и перемещают его по заготовкам на удельном давлении до 0,5 МПа со скоростью 4,5-6,0 м/мин.

Перемешивающая сварка проходит в 3 этапа:

1. Ролик, имеющий цилиндрическую форму или ступенчатую, с малым конусным углом погружается в стык обрабатываемых деталей, закрепленных на поверхности. Глубина погружения равна толщине соединяемых заготовок. После того как бурт инструмента найдет контакт с поверхностями изделий, погружение прекращается.
2. На втором этапе происходят движение вращающегося ролика и перемешивание по линии соединения.
3. Третий (завершающий) этап характеризуется поднятием инструмента и выводом его из стыка. Материал, нагретый силами трения, выходит в освобожденный объем позади ролика, образуя шов.

При линейной сварке жестко фиксируется одна деталь, а вторая движется по ней с высокой скоростью, благодаря чему достигается их соединение.

За счет трения нагревается вся поверхность изделия, что позволяет значительно ускорить процесс сварки независимо от размеров детали. Это позволяет использовать линейную сварку в таких отраслях, как:

• авиастроение;
• энергетика;
• автомобилестроение;
• производство медицинской техники.

Благодаря своим характеристикам и возможностям линейная сварка трением становится более востребованной, чем ротационная, хотя по своему функционалу они похожи.