Информация о сварке с помощью трения

Сварка трением Виды и способы сварки

Необходимость надежно соединять между собой металлические предметы возникает на разных производствах. Одним из эффективных способов, позволяющих это сделать, является сварка трением. Использование тепла, образующегося при трении заготовок одна об другую или об вращающийся инструмент, позволяет получать надежный шов при сваривании металлов и сплавов, в том числе и тех, которые другим способом соединить нельзя.

Сварка трением

В каких случаях применяется

Указанная технология была разработана для использования в оборонной промышленности и атомной энергетике. Со временем такой способ сварки начали активно применять в машино-, авиа-, судостроении и электротехнике. Им можно надежно соединять плохо свариваемые черные и цветные металлы, магниевые, алюминиевые сплавы.

Кроме того, можно сваривать легированную, углеродистую сталь, пластичные сплавы с разной однородностью, восстанавливать детали, вышедшие из строя, наплавлять рабочие части режущего инструмента.

На чем основан принцип сварки трением

Этот вид сварки не похож на привычные всем способы соединения деталей. Тепло, нагревающее свариваемые поверхности, образуется за счет трения заготовок друг о друга. Чаще всего используется вращение одной из деталей или вкладки, расположенной между ними. В это же время увеличивается их прижим друг к другу, и в точке контакта они надежно соединяются.

Принцип сварки

Трение и высокая температура разрушают оксидные пленки и удаляют загрязнения. Происходит сглаживание всех микровыступов, что позволяет атомам вступать во взаимодействие. Появляются кристаллические связи, но за счет движения деталей они быстро разрываются.

Особенности работы с таким видом сварки

Процесс фрикционной сварки включает в себя следующие этапы:

  • удаление оксидных пленок;
  • нагрев заготовок, достигающий температуры пластичности и разрушающий фрагменты кристаллических решеток;
  • остановку движения деталей и образование шва.

При достижении температуры плавления соединяемых поверхностей (когда вращение уже остановлено) увеличивают силу прижима. Этот метод проще газовой или электродуговой сварки.

Особенности работы

Особенности сварки трением:

  • возможность соединять разнородные материалы, например сталь и алюминий, без использования присадочных материалов и дополнительного оборудования;
  • отсутствие деформации при соединении деталей из меди, титана, свинца;
  • возможность сваривания не только металлических деталей, но и изделий из термопластичных пластиков;
  • максимальная эффективность соединения деталей диаметром 6-100 мм;
  • возможность соединять заготовки из плохо свариваемых материалов и те, которые другим способом сварить нельзя.

Основные разновидности фрикционного метода

С момента появления такой сварки были разработаны разные ее варианты, но все они работают по одному принципу — преобразованию силы трения в тепловую энергию.

Ротационный

Ротационная сварка трением позволяет с высокой производительностью соединять листы тонкостенной стали. Рабочий инструмент — вращающийся ролик, который движется вдоль свариваемого места со скоростью 2 м/с. За счет трения валика о металл в месте стыка или наложения листов он разогревается и передает тепло заготовке. Прижимные пластины обеспечивают необходимое давление, и получается надежное соединение.

Ротационный метод

Радиальный

Основная область его применения — заделка трубных стыков. В качестве присадки выступает разжимное кольцо.

Существует несколько вариантов расположения труб и соединительного кольца:

  1. Снаружи. При этом кольцо вращается с внешней части трубы, а чтобы она не деформировалась, внутрь вставляют оправку.
  2. Внутри. Кольцо движется внутри, а оправка надевается снаружи.

Во время вращения кромки и присадочный обод разогреваются. Герметичный сварочный шов образуется после сжатия внешнего и внутреннего колец.

Линейный

В этом случае не происходит вращения деталей. Относительно друг друга они совершают линейные возвратно-поступательные движения. Когда достигается требуемая температура, заготовки останавливаются и сдавливаются. За счет частичного удаления излишков образуется сварной шов.

Линейный метод

Процесс может выполняться и при соединении 2 неподвижных деталей. Тогда между ними трется специальный инструмент.

Орбитальный

Применение указанного способа сварки предусматривает вращение деталей в 1 плоскости, но по разным орбитам. Он позволяет соединять заготовки, имеющие большую площадь соприкосновения. Процесс нагрева регулируется путем изменения скорости, а также смещения осей вращения. После достижения требуемой температуры деталей они выставляются соосно и прижимаются друг к другу. Чтобы упрочить диффузный слой, после сварки выполняют проковку шва.

Точечное трение

Эта технология разработана только в конце прошлого века. Она подразумевает неподвижную фиксацию заготовок. Между ними проникает вращающийся рабочий инструмент, выполненный в виде цилиндра со штырем и заплечиками. За счет вращения штыря поверхность деталей разогревается, имеющийся зазор заполняется расплавленным металлом.

Точечное трение

Корректировка размера и формы шва выполняется заплечиками. Выполнив проходку, рабочий инструмент удаляют, детали сжимаются, образуется прочный шов.

Инерционная сварка

Эта технология соединения предусматривает фиксацию одной детали неподвижно, а другой — на маховике. Вращающаяся заготовка приближается к стационарной, за счет инерции маховика они начинают тереться и нагреваться. В этом момент мотор уже не работает. Усилие вдавливания подвижного элемента в неподвижный зависит от толщины и материала, из которого они сделаны. После полной остановки маховика в месте соприкосновения прижатых элементов образуется надежное соединение.

Штифтовый

Такой способ используют, когда надо восстановить детали. В поврежденном месте под штифт, который является наплавкой, делают отверстие соответствующего диаметра. Штифт вращают с большой скоростью и вводят в подготовленное место. В процессе трения происходит нагрев детали и штифта. Они размягчаются, и формируется прочное соединение. Такой способ ремонта позволяет быстро восстановить требуемую деталь, добиться в месте установки штифта большей прочности, чем у самого предмета.

Штифтовый метод

Непрерывный привод

Это один из первых методов фрикционной сварки. Он заключается в том, что одна деталь зафиксирована неподвижно, а вторая вращается. Когда они соприкасаются, происходит осевой разогрев поверхностей. При достижении заданной температуры останавливается вращение заготовки и выполняется сдавливание деталей. Для упрочения шва его проковывают.

Колебательный метод

Такая технология может реализоваться за счет движения как одной детали, так и обеих. Выполняется возвратно-поступательное движение, за счет чего происходит разогрев поверхностей и они становятся пластичными. После их сжатия образуется надежное соединение. Колебательный метод эффективно применяется при сваривании деталей из высокопластичных материалов.

Колебательный метод

Перечень используемого оборудования

Если необходимо выполнить разовую сварку трением, можно применять металлорежущие станки, но для массового производства они не используются.

Специальные сварочные фрикционные установки имеют блок управления. Заготовки крепят в движущихся механизмах зажимными устройствами, к ним подводят привод, обеспечивающий сжатие. Есть как универсальное оборудование, так и рассчитанное на 1 из технологий. Некоторые станки позволяют предварительно подготавливать детали: выполнять выравнивание и заточку кромок.

Дополнительно могут быть установлены станок для снятия грата, погрузочно-разгрузочные механизмы, транспортеры и т.д.

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.

Углеродистый металл

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.

Подходящий метод

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.

Преимущества и недостатки технологии

Среди достоинств такого метода сваривания надо отметить:

  1. Производительность. Она достигается за счет минимальных затрат на подготовительно-завершающие этапы, а сам процесс занимает мало времени.
  2. Энергоэффективность. Быстрый нагрев происходит в ограниченном месте, поэтому потери на нагрев окружающей среды минимальные.
  3. Качество шва. Правильный выбор технологии позволяет получать шов, в котором нет дефектов, пор и трещин. По своему составу он практически идентичен соединяемым деталям.
  4. Возможность работы с разнородными металлами и сплавами.
  5. Стабильность характеристик шва в 1 партии деталей. При соблюдении технологии параметры шва у всех заготовок из 1 партии практически идентичны, поэтому контроль качества можно делать выборочно.
  6. Экологичность. Минимальное воздействие на окружающую среду и человека, т.к. такие негативные факторы, как брызги металла, опасное излучение и высокое напряжение, исключены.
  7. Простота механизации и автоматизации процесса.

Преимущества технологии

Имеет фрикционный метод сваривания и ряд недостатков:

  1. Ограниченную форму заготовок. Он не подходит, если надо сделать криволинейные, сложные швы и швы большой протяженности.
  2. Габаритное оборудование. Оно требует стационарной установки, подключения к электроснабжению, поэтому использовать метод в полевых условиях не получится.
  3. Ограниченный размер соединяемых деталей.

Указанные недостатки не позволяют фрикционной сварке стать универсальным методом, но наличие описанных преимуществ делает ее незаменимой в своей сфере применения.

Осуществление контроля за качеством

Возможные подрезы, наплывы и трещины, возникшие на шве, определяются во время его визуального осмотра, внутренние дефекты — при помощи разрушающих и неразрушающих методов.

Разрушающие способы применяют при выборочной проверке или при разработке образцов новой технологии.

К ним относятся:

  • испытания на разрыв, кручение, сжатие, герметичность и т.д.;
  • металлографический анализ;
  • проверка химического состава шва.

Неразрушающие методы применяют при помощи приборов.

Это такие, как:

  • рентгеновские или гамма-лучи;
  • проверка плотности шва ультразвуком;
  • магнитные изменения потока.

Такие исследования делают выборочно — в тех местах, где шов поддается разнонаправленным нагрузкам. При соблюдении технологии — обеспечении заданной скорости вращения заготовок и давления на них — сварка трением позволяет создавать надежные и прочные соединения.

svarkaved.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector