Что такое сварка трением? - Работа и применение

Что такое сварка трением?

Сварка трением – это метод сварки в твердом состоянии, при котором детали свариваются за счет выделения тепла за счет механического трения между деталями, движущимися относительно друг друга, с добавлением поперечной силы, называемой "опрокидыванием", для пластического смещения и сплавления материалов.

Поскольку плавление не происходит, сварка трением - это не процесс сварки плавлением, а метод сварки в твердом состоянии, больше похожий на кузнечную сварку. Сварка трением используется для металлов и термопластов в самых разных областях авиации и автомобилестроения.

В действительности кажущаяся гладкой поверхность состоит из множества микроскопических выступов, называемых неровностями. Когда одна поверхность движется относительно другой, эти неровности взаимодействуют, создавая трение — силу сопротивления движению между двумя или более взаимодействующими поверхностями.

Взаимодействие этих неровностей за счет упругой и пластической текучести приводит к выделению тепла. Сварка трением использует это явление для соединений. Индуцированное механическое движение сварки трением генерирует тепло, в результате чего соединяемые материалы размягчаются и становятся вязкими. В размягченном состоянии механическое движение процесса смешивает материалы для создания связи.

То, как происходит смешивание тепла трения и материала, в значительной степени зависит от используемого процесса сварки трением, из которых существует четыре основных процесса:сварка трением с перемешиванием (FSW), точечная сварка трением с перемешиванием (FSSW), линейная сварка трением (LFW). и вращающаяся сварка трением (RFW).

Как работает сварка трением?

FSW работает с использованием нерасходуемого инструмента, который вращается и погружается в стык двух заготовок. Затем инструмент перемещается через интерфейс, и тепло трения заставляет материал нагреваться и размягчаться.

Затем вращающийся инструмент механически смешивает размягченный материал для образования связи. FSSW является вариантом FSW и работает, вращая, погружая и отводя неплавящийся инструмент в две заготовки в конфигурации соединения внахлест, чтобы сделать «точечный» сварной шов. Во время FSSW перемещение инструмента через заготовки не происходит.

LFW и RFW не требуют нерасходуемого инструмента, т. е. отдельные соединяемые детали используются для создания тепла трения и механического перемешивания. LFW работает путем линейного колебания одной заготовки относительно другой под действием сжимающей силы.

Трение между колеблющимися поверхностями приводит к выделению тепла, что приводит к размягчению и механическому перемешиванию материала интерфейса. RFW похож на LFW, за исключением того, что заготовки часто имеют круглую форму и вращаются относительно друг друга. Во время LFW и RFW заготовки обычно укорачиваются («выгорают») в направлении сжимающей силы, образуя заусенец.

Во время выгорания загрязняющие вещества на границе раздела, такие как оксиды и посторонние частицы, выбрасываются во вспышку. После очистки от примесей происходит смешивание чистого металла с металлом, в результате чего образуется целостная связь. Хотя во время сварки трением возникают очень высокие температуры, материал остается в твердом состоянии (т. е. не происходит плавления).

Приложения

Сварку трением можно использовать для изготовления более качественных промышленных роликов, труб и валов. Этот процесс часто используется для изготовления этих узлов для промышленных принтеров, погрузочно-разгрузочного оборудования, а также для автомобильной, аэрокосмической, морской и нефтяной промышленности.

Другими примерами компонентов являются шестерни, осевые трубы, карданные передачи, клапаны, гидравлические поршневые штоки, роликовые втулки грузовых автомобилей, валы насосов, сверла, соединительные стержни и т. д.

Преимущества сварки трением

• Позволяет соединять разнородные материалы, обычно не совместимые для сварки другими методами соединения.
• Создает узкую зону термического влияния
• Последовательный и повторяющийся процесс полного сплавления металла
• Подготовка шва минимальна — чаще всего используется поверхность спила.
• Более короткие сроки изготовления поковок по сравнению с длительным сроком изготовления поковок, который в настоящее время составляет 6 месяцев и более.
• Значительно повышает гибкость дизайна — выбирайте подходящий материал для каждой области заготовки.
• Подходит для различных объемов — от единичных прототипов до крупносерийного производства.
• Флюсы, наполнители или газы не требуются
• Экологически безопасный процесс — не образуются пары, газы или дым.
• Твердофазный процесс – отсутствие пористости или шлаковых включений
• Создает литые или похожие на кузнечные заготовки заготовки — без дорогостоящих инструментов и требований к минимальному количеству.
• Сокращает трудозатраты на механическую обработку, тем самым снижая затраты на скоропортящиеся инструменты и увеличивая производительность.
• Сварной шов по всей поверхности обеспечивает превосходную прочность в критических зонах.
• Снижает затраты на сырье при биметаллическом применении. Дорогие материалы используются только там, где это необходимо в заготовке.

Недостатки сварки трением

• Этот процесс используется только для круглых стержней одинакового поперечного сечения.
• Только угловые и плоские стыковые соединения.
• Стоимость установки очень высока.
• Подготовка заготовки затруднена.
• Материал, не поддающийся ковке, нельзя сваривать.
• Его можно использовать только для небольших деталей машин; большие детали несовместимы с ним.

Видео о сварке трением