Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Сварка трением быстрорежущих сталей с конструкционными». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Сварка трением — это технологический процесс изготовления сварного соединения, который происходит за счёт использования тепловой энергии, возникающей на контактных поверхностях соединяемых заготовок, прижатых с усилием друг к другу и при этом, одна из заготовок движется относительно другой.
Недостатки сварки трением:
1. Применение сварки трением обусловлено формой сечения деталей. Необходимо, чтобы обе или одна из деталей представляли собой тело вращения (стержень или трубу), ось которого совпадает с осью вращения. Вторая деталь может быть плоской.
2. Ограничены размеры сечения свариваемых деталей в месте их сопряжения. Использовать этот процесс для сварки стержней сплошного сечения диаметром более 200 мм при современном уровне развития техники нецелесообразно из-за высокой стоимости изготовления и эксплуатации сложного и энергоемкого оборудования.
Различные схемы сварки представлены на рис. 1 — 4. Первая является наиболее распространенной, ее чаще всего реализуют в специальном сварочном оборудовании для сварки трением (рис. 1). вторая схема применяется при сварке массивных деталей для снижения кинетической энергии вращения. В этой схеме проще осуществить торможение и быструю остановку детали (рис. 2).
Основные этапы фрикционной сварки
Главная особенность этого метода сварки заключается в его универсальности в работе. То есть, оборудование для фрикционной сварки позволяет соединить в единое целое разные материалы – сталь, медь, латунь и так далее. Сварка трением нашла свое применение в производстве клапанных запчастей для двигателей внутреннего сгорания, печатных валов, поперечин, а еще труб для бурения и так далее. Зона термической обработки при использовании метода фрикционной сварки существенно меньше иных разновидностей сварки. В месте соединения материала не появляется сварочная ванна. Процесс сваривания достаточно простой, но трудоемкий, он состоит из таких основных этапов:
- Исходная точка: закрепление обеих рабочих частей и начало вращения одной из них;
- Нагревание: обе части рабочего материала прижимаются между собой с определенным усилием вращения, в следствие чего сила сжатия вызывает трение, которое, в свою очередь, вызывает нагревание поверхностей свариваемых частей;
- Процесс сварки: в конкретный момент та часть, которая вращается, замедляет свой ход, что вызывает повышение давления сжатия. Именно в этом момент и возникает сваривание рабочих частей между собой с помощью трения.
Исходная точка
Нагревание
Процесс сварки
Технология сварки трением
Рассматривая технологию с точки зрения физико-химических процессов, можно выделить несколько последовательных процессов:
- происходит истирание оксидного слоя в процессе соприкосновения деталей во время движения;
- область шва нагревается до температуры пластичности металла, он способен деформироваться под давлением;
- возникает единый диффузный слой в процессе проникновения молекул одной детали в другую, за счет этого образуются швы на разнородных и однородных металлах;
- формирование шовного валика вызвано выдавливанием пластичного металла за зону стыка;
- фиксация свариваемых деталей до затвердевания диффузного слоя;
- образование монолитной структуры в месте шва, проходит процесс кристаллизации, формирования металлической решетки.
При трении контактируют отдельные выступы, металл в зоне трения прогревается равномерно на небольшую глубину. После осадки деталь остывает медленно, образуя соединение по всей площади стыка.
(риc . 3).
Это сварка, при которoй относительное движение заготовок обеспечивает массивный маховик, предварительно разогнанный до нужной скорости специальным двигателем небольшoй мощности. Пpи прижатии свариваемых торцов заготовок дpуг к дpугу энергия, накопленная вo вращающейся массе маховика, трансформируетcя в теплоту, которая выделяется в процессe трения в стыке.
Орбитальная сварка трением осуществляется движением прижатых с силой Fпp одна к другой заготовок по круговой орбите без вращения вокруг собственных осей ( рис . 4). Оси заготовок смещены вo время нагрева нa величину эксцентриситета. Пo завершении стадии нагрева оcи совмещают, прекращая тем сaмым относительное движение заготовок, далее выполняют проковку. Этот способ позволяeт избежать трудностей, связанных c неравномерным нагревом Fн свариваемого элементa по сечению из-зa различия в значенияx линейных скоростей на егo центральных и периферийных участках.
Технология сварки с помощью трения стоит особняком среди прочих методов сварки. Для нагрева свариваемых деталей используется тепло, выделяемое при трении заготовок друг о друга.
Наиболее распространено использование трения вращения, при этом вращается одна из свариваемых заготовок либо вкладка (или накладка) между ними.
Заготовки сильно прижимают друг к другу, постепенно увеличивая силу прижима. В точке контакта деталей и происходит нагрев.
За счет трения и высокой температуры разрушаются окисные пленки и следы посторонних загрязнений. Поверхности заготовок притираются одна к другой, разрушаются микро выступы, поверхность выравнивается, и атомы металлов получают возможность вступать в близкое взаимодействие. Кристаллические связи возникают на короткое время и быстро разрываются за счет движения заготовок друг относительно друга.
Технология находит наиболее широкое применение в машиностроении, прежде всего — в инструментальном производстве. Используется она и при сборке внутрикорпусных изделий атомных реакторов. Соединение трением заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов популярно в электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли. Используется технология и в транспортном машиностроении. Радиальный метод применяется в производстве техники для добывающих и перерабатывающих отраслей.
Сравнительно недавно фрикционная сварка стала использоваться в кораблестроении и пищевом машиностроении.
Технология демонстрирует эффективность и тенденцию к вытеснению традиционных методов сваривания в таких областях, как:
- для замены паяных и клепаных соединений;
- для замены контактной электросварки;
- для восстановления изделий и сложного инструмента;
- для приваривания заготовок к подготовленным поверхностям.
Технология сварки с помощью трения стоит особняком среди прочих методов сварки. Для нагрева свариваемых деталей используется тепло, выделяемое при трении заготовок друг о друга.
Наиболее распространено использование трения вращения, при этом вращается одна из свариваемых заготовок либо вкладка (или накладка) между ними.
Заготовки сильно прижимают друг к другу, постепенно увеличивая силу прижима. В точке контакта деталей и происходит нагрев.
За счет трения и высокой температуры разрушаются окисные пленки и следы посторонних загрязнений. Поверхности заготовок притираются одна к другой, разрушаются микро выступы, поверхность выравнивается, и атомы металлов получают возможность вступать в близкое взаимодействие. Кристаллические связи возникают на короткое время и быстро разрываются за счет движения заготовок друг относительно друга.
Недостатки сварки трением
Как и у любой реально действующей технологии, фрикционному свариванию присущ и ряд недостатков:
- Применимость к ограниченному набору форм заготовок. Хотя бы одна из них должна иметь форму тела вращения. Способ не подходит для сваривания протяженных прямых и криволинейных швов, оболочек сложной формы, монтажа строительных конструкций, корпусов механизмов и транспортных средств. Однако в машиностроении более 75% деталей имеют круглое сечение или более сложную форму тел вращения.
- Громоздкое оборудование. Универсальный или специализированный станок требует стационарной установки, подведения электропитания. Это делает невозможным применение метода в полевых условиях.
- Ограниченный размер детали. Длина привариваемой детали ограничена вылетом бабки станка, диаметр — вылетом кулачков патрона.
- Радиальная деформация текстуры в зоне шва и в околошовных областях. При сильных динамических нагрузках возможна концентрация усталостных напряжений и возникновение микротрещин и других дефектов. Снижается также и коррозионная стойкость. Чтобы избежать ‘этих явлений, на заготовке оставляют грат. Дополнительная трудоемкость затрачивается на снятие грата по конструктивным требованиям.
Контроль качества сварных соединений
Качество соединения при сварке трением в той, или иной степени может зависеть он следующих факторов: выбор оптимальных режимов, подготовка сварных кромок, соответствие материалов заготовок заданным, от параметров термической обработки соединения.
Разрушающие методы контроля сварки применяются при разработке технологического процесса при сварке опытных партий, а также выборочно при контроле ответственных деталей. Для оценки механических свойств соединения применяются следующие виды испытаний: на растяжение, изгиб, кручение и определение усталостной прочности, загиб соединения, измерение твёрдости. А также макро- и микроструктурный анализ. Эти показатели позволяют комплексно оценить структуру и свойство сварного соединения, но наиболее достоверными считаются испытания на ударный изгиб и усталостную прочность.
Технология находит наиболее широкое применение в машиностроении, прежде всего — в инструментальном производстве. Используется она и при сборке внутрикорпусных изделий атомных реакторов. Соединение трением заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов популярно в электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли. Используется технология и в транспортном машиностроении. Радиальный метод применяется в производстве техники для добывающих и перерабатывающих отраслей.
Сравнительно недавно фрикционная сварка стала использоваться в кораблестроении и пищевом машиностроении.
Технология демонстрирует эффективность и тенденцию к вытеснению традиционных методов сваривания в таких областях, как:
- для замены паяных и клепаных соединений;
- для замены контактной электросварки;
- для восстановления изделий и сложного инструмента;
- для приваривания заготовок к подготовленным поверхностям.
Преимущества сварки трением
К важным преимуществам технологии сварки трением относят:
- Производительность. Весь сварочный процесс занимает от нескольких секунд до нескольких минут. Существенно меньше времени занимают также и подготовительно — завершающие операции. По этому параметру технология превосходит контактную электросварку.
- Эффективность использования энергии. Нагрев происходит очень быстро и в весьма ограниченной закрытой области, потери энергии на обогрев окружающего пространства ничтожны по сравнению с другими сварочными технологиями. Преимущество по энергозатратам может быть десятикратным.
- Отличное качество шва. При корректно подобранном технологическом режиме зона сварного шва и околошовные области станут практически идентичны по своему строению и характеристикам основному металлу. Кроме того, в шовном материале практически отсутствуют дефекты: пористость, каверны, трещины, посторонние включения.
- Высокая стабильность характеристик швов внутри партии деталей. Если точно выдерживать режим, параметры деталей будут отличаться на доли процента. Это позволяет контролировать качество выборочно и позволяет сэкономить много времени и средств. Если одна деталь из партии прошла разрушающий контроль, то можно принимать технически обоснованное решение о годности всей партии.
- Нет необходимости в предварительной механической зачистке поверхности зоны шва и околошовной области. Она выполняется на первом этапе технологического процесса. Поскольку на подготовительно — завершающие операции времени уходит больше, чем на собственно сварку, это преимущество дает возможность для весьма заметной экономии.
- Способность к свариванию разнородных металлов и сплавов. Успешно свариваются такие пары металлов, которые просто невозможно сварить другими методами: стальные сплавы с алюминиевыми, алюминиевые с медными, сталь с титаном и т.д.
- Экологичность технологии. Сведены к минимуму как загрязнение окружающей среды, так и вредные факторы воздействия на здоровье людей: высокое напряжение, брызги расплавленного металла, ультрафиолетовое излучение, пожароопасность и другие.
Кроме того, сварка трением легко поддается механизации и автоматизации. Это особенно важно при крупносерийном и массовом производстве. Несколько несложных повторяющихся операций легко алгоритмизируются и могут выполняться по программе без участия человека.
Технология находит наиболее широкое применение в машиностроении, прежде всего — в инструментальном производстве. Используется она и при сборке внутрикорпусных изделий атомных реакторов. Соединение трением заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов популярно в электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли. Используется технология и в транспортном машиностроении. Радиальный метод применяется в производстве техники для добывающих и перерабатывающих отраслей.
Сравнительно недавно фрикционная сварка стала использоваться в кораблестроении и пищевом машиностроении.
Технология демонстрирует эффективность и тенденцию к вытеснению традиционных методов сваривания в таких областях, как:
- для замены паяных и клепаных соединений;
- для замены контактной электросварки;
- для восстановления изделий и сложного инструмента;
- для приваривания заготовок к подготовленным поверхностям.
Состав оборудования может состоять из разных компонентов, в зависимости от стоимости комплекта и сферы применения. Стандартный набор состоит из сварочной машины, станка, снимающего грат, а также манипулятора (или робота), с помощью которого можно перемещать крупногабаритные детали.
Для настройки оборудования нужно установить параметр сварки, мощность привода шпинделя, задать размер заготовки, которую нужно сварить, а также установить скорость сварки.
Большинство настроек опытный сварщик установит сразу, а вот с расчетом мощности привода могут быть проблемы. Поэтому рекомендуем использовать следующую формулу:
Где S — это площадь свариваемого сечения в мм2, а Nуд неизменно и составляет 20 Вт/мм2.
Технология находит наиболее широкое применение в машиностроении, прежде всего — в инструментальном производстве. Используется она и при сборке внутрикорпусных изделий атомных реакторов. Соединение трением заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов популярно в электротехнике, электронике и аэрокосмической отрасли. Используется технология и в транспортном машиностроении. Радиальный метод применяется в производстве техники для добывающих и перерабатывающих отраслей.
Сравнительно недавно фрикционная сварка стала использоваться в кораблестроении и пищевом машиностроении.
Технология демонстрирует эффективность и тенденцию к вытеснению традиционных методов сваривания в таких областях, как:
- для замены паяных и клепаных соединений;
- для замены контактной электросварки;
- для восстановления изделий и сложного инструмента;
- для приваривания заготовок к подготовленным поверхностям.
История сварки трением с перемешиванием (СТП) началась в 1991 году. Это была инновационная разработка Британского Института Сварки (TWI). Спустя несколько лет технология была использована в строительстве самолетов и морских судов.
Первыми компаниями, запустившими новую технологию в производство, были норвежская Marine Aluminium и американская Boeing. На своих предприятиях они использовали сварочное оборудование концерна ESAB, специализирующегося на разработках в области ротационной сварки трением (РСТ).
С 2003 года компания непрерывно ведет исследования возможностей сварки трением с перемешиванием. Например, были разработаны способы сваривания алюминиевых сплавов и их модификаций, применяющихся в областях строительства самолетов, морских судов и железнодорожных контейнеров.