Сварка трением

Сварка трением — метод сварки давлением, в котором для достижения надежного соединения материалов используется тепло, выделяемое в результате взаимного трения при относительном движении контактных торцевых поверхностей сварных деталей. Процесс сварки включает в себя приложение давления, вызывающее трение между свариваемыми материалами, что приводит к повышению температуры на границе раздела и близлежащих участках, в конечном итоге достигая термопластического состояния. Под действием осадочной силы оксидная пленка интерфейса разрушается, материал подвергается пластической деформации и течению, образуя соединения за счет диффузии элементов интерфейса и металлургических реакций рекристаллизации. Важно отметить, что этот процесс сварки не требует использования присадочного металла, флюса или защитного газа, и вся процедура может быть завершена всего за несколько секунд.

Относительное трение, вызванное высоким давлением между поверхностями двух свариваемых компонентов на высоких скоростях, приводит к двум эффектам:

• Он удаляет оксидную пленку или любые другие загрязнения на поверхности соединения, открывая чистый металл.
• Он выделяет тепло и быстро образует термопластичный слой на поверхности сустава. Под действием последующего момента трения и осевого давления эти разрушенные оксиды и часть пластикового слоя выдавливаются из поверхности соединения, образуя заусенец, а оставшийся пластически деформированный металл образует металл сварного шва. Окончательная высадка позволяет дополнительно проковывать металл сварного шва, в результате чего получается сварное соединение хорошего качества.

Из процесса сварки видно, что соединение сварки трением образуется при температуре ниже температуры плавления свариваемого металла, поэтому сварка трением представляет собой метод сварки в твердом состоянии.

Сварку трением можно разделить на различные типы в зависимости от различных режимов движения свариваемых компонентов.

• Сварная деталь вращается вокруг оси и может быть разделена на сварку трением с прямым приводом и сварку инерционным трением.
• Сварная деталь не перемещается и может быть разделена на сварку радиальным трением и сварку трением с перемешиванием.
• Другие движения можно разделить на наплавку трением, линейную сварку трением и орбитальную сварку трением.

Сварка трением с прямым приводом

Это распространенный тип сварки трением. Во время процесса сварки заготовка непрерывно приводится в движение двигателем шпинделя и вращается с постоянной скоростью. До достижения заданного времени трения или фрикционной деформации заготовка немедленно прекращает вращение и переворачивается для сварки.

Инерционная сварка трением

Вращающийся конец заготовки зажимается в маховике. В начале процесса сварки маховик и вращающийся конец заготовки сначала разгоняются до определенной скорости, а затем маховик отключается от основного двигателя. При этом подвижный конец заготовки движется вперед, и после контакта заготовки начинается фрикционный нагрев. В процессе нагрева при сварке трением маховик тормозится моментом трения, и скорость его вращения постепенно снижается. Когда скорость вращения достигает нуля, процесс сварки заканчивается.

Радиальная сварка трением

К торцевым поверхностям двух труб с противоположными фасками прикреплено скошенное кольцо. В процессе сварки трением кольцо подвергается вращению, и на два конца трубы оказывается радиальное трение. По завершении фазы трения вращение кольца останавливают и прикладывают осадочное давление.

Сварка трением с перемешиванием

Принцип работы сварки трением с перемешиванием заключается в следующем: вращающийся инструмент FSW определенной формы, изготовленный из жаростойкого твердого материала, вращается глубоко в кромку, где соединяются два свариваемых материала, и регулируется перемешивающая головка. повернут.На соединительной кромке двух сварных деталей выделяется большое количество тепла трения, в результате чего на соединении образуется зона размягчения металла и пластика. Эта зона размягчения пластика перемешивается и сжимается под действием перемешивающей головки.Когда штифт вращается, он течет назад вдоль сварного шва, образуя пластический поток металла, и выдавливается в процессе охлаждения после выхода перемешивающей головки, образуя твердофазное сварное соединение.

Трение Поверхности

Наплавка трением — это метод сварки в твердом состоянии, при котором покрытие или слой материала наносится на подложку за счет использования тепла и давления, возникающих в результате трения. Этот процесс используется для улучшения свойств поверхности материала или создания защитного слоя с желаемыми характеристиками. Обычно это включает использование вращающегося расходуемого стержня или проволоки, который контактирует с материалом подложки, что приводит к выделению значительного тепла от трения.

Линейная сварка трением

Одна из двух заготовок, предназначенных для сварки, остается неподвижной, а другая движется возвратно-поступательно с определенной скоростью, либо обе заготовки совершают возвратно-поступательное движение по отношению друг к другу. За счет приложения давления трение на границе между двумя заготовками генерирует тепло, тем самым облегчая процесс сварки.

Линейная сварка трением

Одна из двух заготовок, предназначенных для сварки, остается неподвижной, а другая движется возвратно-поступательно с определенной скоростью, либо обе заготовки совершают возвратно-поступательное движение по отношению друг к другу. За счет приложения давления трение на границе между двумя заготовками генерирует тепло, тем самым облегчая процесс сварки.

Орбитальная сварка трением

Орбитальная сварка трением — это недавно разработанный метод сварки, в основном используемый для сварки заготовок некруглого сечения.

При линейно-орбитальной сварке трением заготовка движется по определенной линейной орбите с определенной амплитудой и частотой. Это гарантирует, что скорость вибрации достигнет необходимого значения, позволяя сварочной поверхности подвергаться повторяющейся и относительной вибрации и трению.

Каждая частица заготовки при сварке трением по круговой орбите движется относительно сварочной поверхности по круговой орбите с постоянным радиусом и скоростью вращения. Как только соединение достигает температуры сварки, фрикционное движение заготовки прекращается и начинается процесс сварки.

Таким образом, на протяжении всего процесса сварки трением металлическая поверхность, предназначенная для сварки, подвергается постепенному фрикционному нагреву от низких до высоких температур. Он претерпевает непрерывные преобразования, включающие пластическую деформацию, механическое разрушение, адгезию и молекулярное соединение. В результате образуется слой высокоскоростной фрикционной пластической деформации, в котором концентрируются явления тепловыделения, деформации и диффузии при сварке трением. На стадиях стоянки и осадочной сварки деформированный слой на поверхности трения и металл в высокотемпературной зоне частично сминаются и вытесняются. Затем металл сварного шва подвергается ковке, что приводит к созданию высококачественного сварного соединения.

• Короткие сроки сварки и высокая эффективность производства
• Сварочная деформация, вызванная термическим циклом сварки, невелика, точность размеров после сварки высокая, нет необходимости в коррекции деформации после сварки и снятии напряжений.
• Высокая степень механизации и автоматизации, стабильное качество сварки. При заданных условиях сварки операция проста и не требует специального специалиста по сварке.
• Подходит для сварки различных разнородных материалов. Он может сваривать алюминий-сталь, алюминий-медь, титан-медь, интерметаллид-сталь и т. д., которые невозможно сварить обычным плавлением.
• Возможность сварки стержней и труб одинакового или разного диаметра.
• Во время сварки не образуется дым, загорание дуги, вредные газы и т. д., а окружающая среда не загрязняется. При этом по сравнению с оплавлением электроэнергия экономится в 5-10 раз.

Однако сварка трением также имеет следующие недостатки и ограничения:

• Сварка некруглого сечения сложна и требует сложного оборудования; также трудно сваривать тонкие детали дискообразной формы и тонкостенную арматуру из-за того, что их трудно зажать.
• Трудно добиться сварки трением деталей, форма и монтажное положение которых определены.
• Соединения склонны к возгоранию, поэтому после сварки их необходимо подвергать механической обработке.
• Зажимная часть подвержена царапинам или следам от зажима.

Сварка трением, характеризующаяся высоким качеством, эффективностью, энергосбережением и экологичностью, постепенно получает широкое распространение как в новых, так и в традиционных отраслях промышленности. К ним относятся авиация, аэрокосмическая промышленность, атомная энергетика, вооружение, автомобилестроение, производство электроэнергии, освоение океана и машиностроение.

Аэрокосмическая отрасль: авиационные двигатели, детали коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания.

Производство автомобилей: колеса, рулевые тяги, выпускные клапана, роторы.