Что такое сварка трением с перемешиванием? - Процесс и применение

Что такое сварка трением с перемешиванием?

Сварка трением с перемешиванием (FSW) — это процесс соединения в твердом состоянии, в котором тепло трения, выделяемое вращающимся инструментом, используется для соединения двух обращенных друг к другу заготовок без расплавления материала заготовки. Тепло генерируется трением между вращающимся инструментом и материалом заготовки, что приводит к размягчению области вблизи инструмента СТП.

Пока инструмент перемещается вдоль линии стыка, он механически смешивает два куска металла и выковывает горячий и размягченный металл за счет механического давления, оказываемого инструментом, подобно соединению глины или теста.

Он в основном используется на кованом или экструдированном алюминии и, в частности, для конструкций, требующих очень высокой прочности сварного шва. FSW может соединять алюминиевые сплавы, медные сплавы, титановые сплавы, низкоуглеродистую сталь, нержавеющую сталь и магниевые сплавы.

Совсем недавно он успешно применялся при сварке полимеров. Кроме того, соединение разнородных металлов, таких как алюминий с магниевыми сплавами, недавно было достигнуто с помощью FSW. Применение FSW можно найти в современном судостроении, поездах и аэрокосмических приложениях.

Принцип работы

Прохождение инструмента через соединение, а также зона сварки и область, затронутая уступом инструмента

СТП выполняется вращающимся цилиндрическим инструментом, имеющим профилированный штифт, диаметр которого меньше диаметра заплечика. Во время сварки инструмент подается в стыковое соединение между двумя зажатыми заготовками до тех пор, пока зонд не войдет в заготовку и буртик не коснется поверхности заготовок.

Зонд немного короче требуемой глубины сварки, при этом буртик инструмента находится над рабочей поверхностью. После короткой выдержки инструмент перемещается вдоль линии стыка с заданной скоростью сварки.

Между износостойким инструментом и заготовками возникает тепло трения. Это тепло, наряду с теплом, выделяемым в процессе механического смешивания, и адиабатическим теплом внутри материала приводит к тому, что перемешиваемые материалы размягчаются, но не плавятся.

По мере того как инструмент продвигается вперед, специальный профиль зонда выталкивает пластифицированный материал от передней поверхности к задней, где высокие усилия способствуют кованому уплотнению сварного шва.

Этот процесс перемещения инструмента по линии сварки в пластифицированном трубчатом стержне из металла приводит к сильной твердотельной деформации с динамической рекристаллизацией основного материала.

Процесс сварки трением с перемешиванием

При сварке трением с перемешиванием используется специально разработанный инструмент, который вращается с высокой скоростью над швами, которые необходимо сварить. Когда инструмент вращается над металлом, между ними возникает тепло. Это тепло заставляет металлы становиться пластичными и сплавляться друг с другом. Сварка трением с перемешиванием позволяет сваривать два типа соединений:

• Соединения внахлест
• Стыковые соединения

Инструмент, используемый для сварки трением с перемешиванием, состоит из двух частей. На шве вращается цилиндрическая деталь, называемая плечом, а из плеча выходит профилированный штифт.

Штифт сначала вкручивается в шов. Затем буртик вращается поверх заготовки в течение определенного времени, пока не будет достигнута оптимальная температура и материал не впитается.

Затем инструмент перемещается по шву, создавая непрерывный шов. Это возможно за счет объемного нагрева, производимого инструментом, и перемешивания металлических частиц профилированным штифтом. Именно от профилированного штифта, который выходит в рабочую область, он получает название «Перемешать», так как штифт буквально перемешивает размягченные частицы для их сплавления.

Применение сварки трением с перемешиванием

Первоначально процесс FSW был запатентован TWI в большинстве промышленно развитых стран и лицензирован более чем для 183 пользователей. Сварка трением с перемешиванием и ее варианты Точечная сварка трением с перемешиванием и обработка трением с перемешиванием используются в следующих отраслях промышленности:судостроение и оффшорная, аэрокосмическая, автомобильная, подвижной состав для железных дорог, общее производство, робототехника и компьютеры.

Сварка трением с перемешиванием находит применение в самых разных отраслях промышленности, где используется алюминий.

Судостроение: СТП была впервые использована для сварки полых алюминиевых панелей для рыбацких лодок. Сегодня этот метод сварки распространен при сварке алюминиевых панелей морозильной камеры, используемых в корпусе и корпусе судов. Поскольку FSW создает минимальную деформацию, алюминиевые панели будут сохранять свою форму даже при длинных сварных швах.

Аэрокосмическая промышленность: Алюминиевые топливные баки, используемые в космических кораблях для хранения криогенного кислорода, используют FSW. Техника соединения приваривает купола к цилиндрической конструкции, из которой состоят эти топливные баки. Компания Boeing использовала FSW в межступенчатом модуле ракеты Delta II, которая успешно стартовала в августе 1999 года.

FSW также используется для соединения легких алюминиевых рам фюзеляжа самолета. Это связано с тем, что этот метод предлагает гораздо более легкую альтернативу креплению болтами или заклепками.

Железная дорога: Сварка трением с перемешиванием находит применение при изготовлении полых профилей и экструзии Т-образных ребер жесткости для производства высокоскоростных поездов.

Автомобильная промышленность: Автомобильная промышленность обратилась к алюминию как к оптимальному материалу для изготовления шасси автомобиля. Следовательно, это один из основных пользователей технологии FSW. Обычные методы сварки не могут воспроизводить детали с высокими допусками, такие как FSW. Быстрое время сварки FSW также делает его более привлекательным, чем другие виды сварки алюминия.

Сварка трением с перемешиванием и сварка трением — разница

В нескольких методах сварки для выделения тепла используется трение, и среди них наиболее распространенным является сварка трением. В типичном методе сварки трением тепло выделяется между двумя заготовками за счет перемещения одной заготовки относительно другой по швам.

Трение между двумя поверхностями заставляет их плавиться и сплавляться.

Однако это накладывает ограничения на сварку трением, когда речь идет о настройке заготовки, поскольку она должна обеспечивать перемещение заготовки на высоких скоростях за счет линейного возвратно-поступательного движения.

Сварка трением с перемешиванием преодолевает это ограничение, фиксируя заготовки на месте, а затем перемещая инструмент вдоль шва, создавая сварной шов в процессе.

Преимущества сварки трением с перемешиванием

Преимущества сварки трением с перемешиванием вытекают из ее уникального сварного шва, в котором не используются расходные материалы или технологии защитных элементов. Это придает сварному шву следующие характеристики:

• Готовый сварной шов бесшовный и эстетичный.
• Он может сваривать неподдающиеся сварке сплавы, такие как алюминий серий 2xxx и 7xxx.
• Полностью автоматизированный процесс
• Флюс или защитный агент не требуются
• Низкие пиковые температуры предотвращают усадку и пористость трещин.

Недостатки сварки трением с перемешиванием

• Требуется сложное или специальное расположение приспособлений.
• Он создает видимое отверстие в свариваемых пластинах.
• Высокие первоначальные затраты или затраты на установку.
• Это менее гибкий процесс по сравнению с процессом дуговой сварки.
• Компания FSW не может делать заполняющие швы.
• Не поддающийся ковке материал нельзя сваривать.