Сварка трением – технология и этапы выполнения

Технология сварки трением

Сварочное соединение при сварке трением получается вследствие тепла, которое образуется в зоне подвижного фрикционного контакта на поверхности заготовок.

В основу большинства технологических процессов, используемых для сварки изделий, положен принцип внешнего тепла, которое выделяется каким-либо высокоэнергетическим источником, например, дуговым разрядом. Однако генерация тепла в зоне сварки может быть выполнена и иначе. К числу таких методов относится сварка трением. Известны, в частности, сварка трением труб, плоских поверхностей, а также деталей конгруэнтной (полностью совпадающей) конфигурации.

Основы процессов сварки трением

Сварочное соединение в рассматриваемом случае получается вследствие тепла, которое образуется в зоне подвижного фрикционного контакта на поверхности заготовок. При этом заготовки должны вращаться с различными угловыми скоростями или (что на практике реализуется чаще) во взаимно противоположных направлениях. К обеим соединяемым деталям прикладывается определенное осевое усилие сжатия, значение которого во времени непостоянно.

В сопоставлении с обычными сварочными технологиями (например, стыковой электросварки) сварка трением отличается следующими эксплуатационными преимуществами:

  1. Энергоемкость процесса соединения существенно уменьшается.
  2. Надежностью сварного стыка всегда постоянна и зависит только от теплофизических характеристик металла свариваемых изделий.
  3. Нет необходимости в предварительной подготовке соединяемого стыка (за исключением его тщательной очистки от ржавчины, жировых пятен и смазки).
  4. Высокое качество соединения образуется даже при возможной непараллельности смежных поверхностей заготовок до углов 5-7 0 .
  5. При сварке трением отсутствуют такие негативные факторы, как интенсивное ультрафиолетовое излучение и вредные выделения газов — продуктов сварочных реакций.
  6. Технологическая оснастка для сварки трением проста, допускает свое легкое регламентное обслуживание и легко поддается механизации и автоматизации.

Считается, что прочность сварного стыка после выполнения подобной обработки равнопрочна с исходным металлом, механические характеристики которого являются ниже материала другой, соединяемой таким способом детали.

Технология операций и определение нагрузок

  1. Значение рабочего давления, при котором происходит оптимальный разогрев стыкуемых изделий.
  2. Время основных стадий процесса.
  3. Расчетное усилие на исполнительном прижимающем механизме.

Кинематика процесса такова. Соединяемые детали подводятся друг к другу, после чего включается привод их вращения в противоположных направлениях.

По мере разогрева поверхностей последовательно наступают две стадии соединения: нагрева, при котором увеличивается пластичность металла, и осадки, в течение которой происходит деформирующее сжатие, вплоть до сплошного оплавления кромок и получения неразъемного соединения.

Суммарное усилие машины для сварки трением учитывает удельные нагрузки от обеих стадий, а также размеры площади поперечного сечения соединяемых заготовок.

Сам процесс сварки трением происходит так. Заготовку устанавливают в шпиндель станка, либо в подвижный суппорт (все зависит от вида стали, например, заготовки из быстрорежущих стали, теплофизические параметры которых выше, устанавливают именно в шпиндель, угловая скорость вращения которого выше). Установку полуфабриката производят таким образом, чтобы вылет заготовки на несколько миллиметров превышал уровень осадки. Для быстрорежущих сталей вылет принимают на 3-5 мм больше, чем для изделий из конструкционных или нелегированных сталей. Для ограничения и контроля величины вылета используются регулируемые упоры.

В процессе осадки происходит неконтролируемое увеличение поперечного сечения заготовок, поэтому заготовки размещают в специальной закрытой матрице из материала с более высокими показателями теплостойкости (например, из сталей типа 5ХНМ, которые применяют для изготовления штампов горячей объемной штамповки). Применение матрицы исключает появление сварочного грата, а также обеспечивает более равномерный прогрев заготовок, поскольку в этом случае генерируется два встречных тепловых поля.

Последовательность выполнения сварки

После того, как процесс завершен, с установки снимают матрицу, извлекают соединенную заготовку из зажимов и сразу же помещают ее в термостат. Такой переход необходим для того, чтобы произвести оперативный отжиг места сварного соединения. Для того, чтобы предохранить заготовку от теплового удара, вызванного значительным температурным перепадом. Это особенно важно для сталей, которые склонны к отпускной хрупкости — нержавеющих, высокоуглеродистых и высоколегированных.

Начальная температура внутри термостата устанавливается не ниже 150-180 0 С. В термостате выполняется медленное охлаждение места стыка до момента, когда температуры снизится до 50 0 С. После этого соединение можно подвергнуть либо отжигу, либо использовать непосредственно.

Рассматриваемый процесс можно применять и для заготовок, которые имеют два стыка. Для этого вначале вышеописанным способом получают первый из стыков, затем помещают полуфабрикат в термостат с температурой 750-800 0 С и выдерживают его там не менее 2.5-3 ч. Далее выполняется очистка полученного стыка от макродефектов сварки. Очищенную заготовку без торцевания второго стыка закрепляют в шпинделе или в суппорте и сваривают второй стык. Последующие переходы не отличаются от технологии одностыковой сварки трением.

Соединение с использованием трения может использоваться не только для сталей. Например, сварка алюминия трением считается особенно малозатратным способом получения неразъемного соединения, поскольку алюминий имеет хорошую теплопроводность и нагревается значительно быстрее стальных заготовок.

В условиях ремонтных мастерских, а также в быту, под сварку трением можно успешно приспосабливать обычные токарные станки. Предварительно следует произвести расчет допускаемого осевого усилия на шпиндель и соотнести полученное значение с требуемым.

Читайте также:
Описание и инструкция по применению очистителя для пластиковых окон

Последовательность выполнения стыкового соединения деталей трением можно увидеть на демонстрационном видео:

Разновидности сварки трением

На крупномасштабных предприятиях, где в большом количестве выпускаются корабли, самолеты и сельскохозяйственная техника, применяются не совсем классические методы сварки. Понятно, почему. Каким бы большим ни был состав сварщиков в цеху они в любом случае не смогут обеспечить высокую производительность труда, поскольку здесь во многом играет человеческий фактор.

В таких случаях применяются альтернативные сварочные технологии. В этой статье мы расскажем об одной из таких технологий— сварке трением.

Общая информация

Сваркой трением (или фрикционная сварка) — метод соединения однородных и разнородных металлов, суть которого заключается в нагреве двух деталей путем их трения друг о друга. Образующееся в ходе трения тепло плавит металл, формируя неразъемное соединение. Но трение — не единственное, что используется во время сварки. Здесь также большую роль играет проковка деталей после сварки, а также давление, оказываемое на заготовки.

Как видите, суть сварки трением крайне проста, поэтому такое сварочное оборудование применяется на многих современных производствах. Данный метод позволяет улучшить качество и производительность труда без найма дополнительных сотрудников высокой квалификации. Достаточно обучить сварщика, как правильно настраивать оборудование, остальные процессы проходят в автоматическом режиме.

Плюсы и минусы

Среди преимуществ сварки трением можно отметить отличное качество сварных швов, высокую производительность сварки и возможности сварки разнородных металлов. Недостатки есть и порой они критичны. Так, например, нельзя варить детали любого размера, поскольку станки рассчитаны под работу с заготовками определенных габаритов. К тому же вы не сможете сварить детали, у которых площадь поперечного сечения больше, чем 150 мм2. В остальном же сварка трением характеризуется, как крайне эффективная.

Область применения

Как мы говорили выше, сварка трением широко используется при производстве судов, кораблей и сельскохозяйственной технике. Вы также обнаружите этот тип сварки на предприятии, где занимаются ядерной энергетикой, электротехникой и нефтяным машиностроением. Словом, сфера применения немаленькая, поэтому данный метод отлично зарекомендовал себя даже при выполнении особо ответственных работ, например, при сварке космических кораблей.

Виды сварки трением

Существует несколько подтипов сварки трением. Это сварка трением с непрерывным приводом, инерционная сварка, колебательная, орбитальная и радиальная. Давайте разберем каждый тип подробнее.

Сварка трением с непрерывным приводом

Данный тип соединения металлов один из старейших среди всех подтипов сварки трением. Впервые он был разработан в середине 20-го века. Одна из заготовок находится в статичном положении, а другая вращается. Во время соприкосновения деталей образуется осевое усилие нагрева. Детали нагреваются до нужной температуры и вращающаяся заготовка останавливается. Далее следует проковка. Ниже вы можете видеть схему данного типа сварки, где под цифрой 1 обозначен тормоз, а под цифрой 2 и 3 обозначены заготовки.

Инерционная сварка

Этот тип сварки заключается в том, что энергия накапливается во вращающемся маховике, который насажен на шпиндель. После того, как маховик будет достаточно раскручен, две детали сжимают под давлением. Процесс сварки останавливается вместе с остановкой шпинделя. Ниже схема инерционной сварки, где 1 — это маховик, а 2 и 3 — это детали.

Колебательная сварка

Колебательная сварка также называется сваркой вибротрением. Суть данного типа сварки заключается в том, что одна либо две заготовки колеблются под углом. Колебательная сварка применяется очень редко, но она хорошо показала себя при сварке термо- и реактопластов.

Орбитальная сварка

Мы посвятили отдельную статью орбитальной сварке, обязательно прочтите ее. В рамках этой статьи мы расскажем кратко. Орбитальная сварка — это метод соединения металлов, когда обе заготовки вращаются вокруг друг друга. После сварки нужно совместить оси деталей, тем самым остановив их, а затем выполнить проковку.

При орбитальной сварке тепло выделяется равномерно, поэтому можно без проблем варить детали с большой площадью сечения. Ниже вы можете видеть схему орбитальной сварки. Буквой а отмечена стадия нагрева, а буквой б отмечена стадия проковки деталей.

Радиальная сварка

При радиальной сварке трением используется внутреннее и наружное кольцо. Оба кольца вращаются под определенным углом и выделяют тепловую энергию, которая плавит концы труб. Предварительно трубы плотно стыкуют друг с другом. Также на трубы может оказываться дополнительное давление. Ниже схема данного типа сварки, где а — это наружное кольцо, б — это внутреннее кольцо, 1 и 2 — это детали, 4 — это зажимные части.

Читайте также:
Пистолет краскопульта должен быть выполнен из качественной нержавеющей стали

Технология

Теперь перейдем непосредственно к технологии сварки. Первый этап — это подготовка металла. Она обязательна и выполняется вне зависимости от выбранной вами технологии сварки. Но при сварке трением подготовка не особенно важна, поскольку все неровности можно исправить. А качество подготовки деталей не влияет на качество готово шва.

Так что вы можете разрезать детали с помощью ножниц по металлу или дисковой пилы. Если будут какие-о неровности, то их можно затереть или просто нагревать детали подольше. Вам даже не обязательно удалять загрязнения, масло, признаки коррозии или следы краски, поскольку все эти недостатки нивелируются при нагреве металла.

Куда важнее правильно установить режим сварки, поскольку от этого уже напрямую зависит качество сварного соединения.

Чтобы настроить режим сварки нужно знать все его параметры. Новичкам будет непросто сходу установить каждое значение, так что дадим свои рекомендации по поводу оптимальных настроек. Вы можете применять их первое время, но прочтите также нормативные документы, чтобы понимать суть.

Итак, первое, что нужно настроить, это частоту вращения. Оптимальное значение для сварки черного металла варьируется от 2,6 до 3, для сварки алюминия, меди и их сплавов достаточно 2, а для сварки титановых изделий подойдет значение 4 или 5.

Далее нужно настроить удельное давление притирки, этот параметр позволяет улучшить, а значит ускорить работу сварочной машины. Здесь сложно давать какие-то общие рекомендации, поскольку для разных металлов значения разные. Например, мы для сварки углеродистой стали выставляем значение 10 Мпа, а время притирки задаем в районе одной-трех секунд. Прочтите нормативные документы.

Следующий параметр — удельное давление нагрева. Опять же, для сварки углеродистой или низколегированной стали мы рекомендуем значение от 30 до 60 Мпа. Если нужно сварить жаропрочную или инструментальную сталь, то установите значение от 60 до 120 МПа, алюминию будет достаточно от 7 до 20 Мпа.

Также нужно настроить удельное давление проковки. Здесь нужно учитывать, какими пластическими свойствами обладает металл, который вы варите. Опять же, опирайтесь больше на нормативные документы. Мы для сварки алюминия использовали 8 — 10 Рн (МПа). Также устанавливали время проковки не более трех секунд.

Не забудьте установить время нагрева и время торможения. Вот здесь можете дать себе волю и поэкспериментировать, поскольку не существует единых параметров. Конечно, есть рекомендации, но от них можно отклоняться на свое усмотрение. А время торможения должно быть коротким.

Оборудование

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.

Вместо заключения

Соединение металла трением — это простой, но в то же время эффективный метод сварки. Благодаря такой технологии можно добиться сварки разнородных металлов, высокой производительности труда, отличного качества швов. А вы имели дело со сваркой трением в своей практике? Расскажите об этом в комментариях. Также посмотрите ниже видео, где подробно показана сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.

Сварка трением, принцип, применение, схема и технология

Сварка трением берет свое начало в 1956 году, в Советском Союзе. С 60-х годов она начала развиваться в других странах и впоследствии получила широкое признание. Сварка трением представляет собой разновидность сварки давлением, при которой нагрев металла происходит путем трения одной из соединяемых частей изделия.

Окончательное соединение происходит в конце процесса, когда применяется проковочное усилие. Этот вид сварки используется в авиастроении, автомобилестроении.

Сварка металла трением

Сварка металла трением — это уникальный процесс соединения двух металлов, при котором механическая энергия трения или вращения одной из заготовок превращается в тепловую, где генерирование теплоты происходит именно в месте нужного соединения. В процессе нагрева детали прижимаются с постоянным давлением или нарастающим. После необходимого нагрева, расплава металла, соединения путем давления сварка завершается осадкой и резким прекращением вращения.

При сварке металла трением в зоне соединения в результате давления происходит разрушение жировых пленок и окислов, которые мешают прочному соединению.

Сильно разогретый металл, до температуры плавления, при сильном сжатии побуждает атомы металлов врастать друг в друга, что вызывает монолитность изделия. Таким образом, сварка металла трением включает в себя процесс:

  • прочное закрепление деталей, при котором одна из них подвижная, а другая нет;
  • разогрев металла механическим путем до пластичного состояния, плавления;
  • процесс разрушения окислов, жировых пленок, мешающих прочности сварного шва;
  • кромки горячего металла устанавливают металлические связи на атомном уровне;
  • прекращение вращательных движений, давления, режим застывания деталей.
Читайте также:
Пластиковые трубы большого диаметра: использование изделий в обустройстве колодца для питьевой воды

В 1990-е годы был разработан метод сварки трением металлов с перемешиванием. Этим способом варятся стыковые швы листового цветного металла: алюминия, титана, их сплавов, а также стали. Также свариваются все сплавы с температурой плавления до 1800 0 С, можно соединять разнородные металлы. Для этого используют инструмент в форме стержня с наконечником, который углубляется в свариваемую деталь и проходит по всей необходимой длине свариваемой детали. Инструмент вращается с очень большой скоростью, происходит сильное трение, вызывающее нагрев металла до пластичного состояния. Происходит перемешивание расплавленной массы с вращающимся инструментом и его вытеснение в свободное пространство позади инструмента. В результате такого процесса устанавливаются металлические связи и происходит соединение металлов. По окончании работы инструмент выводят за пределы заготовки. Ключевые критерии сварки трением металлов с перемешиванием:

  • скорость сварки;
  • частота вращательных движений;
  • сила прижимания инструмента, его перемещение, с учетом свариваемого металла, его толщины;
  • размеры такого инструмента и угол его наклона.

Достоинства такой сварки:

  • не нужна большая мощность;
  • локальная зона разогрева, точность разогрева;
  • быстрота сварки;
  • точность соединения;
  • отсутствие брызг.

Сварка трением оборудование

Сварка трением оборудование предназначено для выполнения высокоточной задачи по соединению двух металлов. Одним из передовых станков является ПСТ-80. Он оборудован гидравлическими зажимами, сенсорным экраном для контроля, управления и программирования цикла сварки, гидростанцией и станцией смазки. Может сваривать металл из жаропрочной стали, конструкционной, шов сечения состоит из мелкозернистой структуры. Сварка трением оборудование модели МАСТ-10 предназначена для стыковой сварки черных металлов, цветных, их сплавов. Машина полуавтоматическая, автоматизированные операции, кроме загрузки деталей. Модели ПСТ-12, ПСТ-20, ПСТ-50 замечательно выполняют свою работу сваривания, образуют качественный шов, быстрота работы.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Выбрав сварку полуавтоматом, мастер может обрабатывать практически любые металлы и…

Способы и техника сварки трением

  1. Что это такое?
  2. Преимущества и недостатки
  3. Фазы
  4. Обзор видов
  5. Оборудование
  6. Технология

Изобретённая сравнительно недавно сварка трением, быстро заняла достойное место среди множества иных методов сварки. Сегодня благодаря минимальной энергозатратности, высокому качеству сварочных швов, отсутствию расходных материалов и значительной экономии времени фрикционный метод распространён в атомной энергетике, кораблестроении и машиностроении.

Что это такое?

Технологии и понятийный аппарат метода регламентируются ГОСТ 260184. Указанный процесс стоит несколько особняком от прочих способов сварки, что обусловлено технологическими особенностями способа. Для нагрева соединяемых элементов используется тепловая энергия, выделяемая в ходе трения заготовленных элементов.

Наиболее актуальным и распространённым здесь является трение вращения, при котором вращается один из свариваемых элементов. В ходе процесса элементы с усилием прижимаются друг к другу, с постепенным ростом силы прижатия. Одновременно с нагревом подвергаются разрушению поверхностные окисные пленки, а также остатки различных загрязнений. Поверхности элементов постепенно плотно притираются между собой, удаляются выступы и неровности, а атомы свариваемых материалов получают доступ к тесному взаимодействию.

При этом контакты на уровне кристаллических структур быстротечны и скоро разрушаются за счет энергичного вращения элементов.

Обсуждаемый способ в значительной мере проще, чем, например, газовый.

Среди особенностей технологии отмечают ряд факторов.

  1. Возможность качественного соединения неоднородных материалов. При этом нет необходимости применять присадки и более сложное оборудование.
  2. Возможность создать качественное и плотное соединение элементов из меди, свинца, титана, избегая деформаций деталей.
  3. Наибольшая продуктивность метода фиксируется при обработке заготовок диаметром 6-100 мм.
  4. Возможность соединять плохо свариваемые металлы. Например, детали из алюминия и стали.

Метод широко применяется и для соединения предметов из термопластика.

Преимущества и недостатки

У этой уникальной технологии множество преимуществ.

  1. Высокий уровень производительности. Сварочный цикл длится несколько секунд, иногда минут. Значительно меньше времени уходит и на подготовку операций. Таким образом, обсуждаемая технология выгоднее контактной электросварки.
  2. Экономия энергии. Нагрев обрабатываемых областей проявляется крайне скоро и в весьма локализованных районах, поэтому энергозатраты в десятки раз меньше, чем в иных технологиях.
  3. Высококачественные сварные швы. При оптимально выбранном режиме исполнения зона шва и его близлежащие края остаются абсолютно идентичными базовому материалу. Более того, в теле шва не остаётся дефектов (трещинок, инородных проявлений и прочего).
  4. Качественные и стабильные характеристики швов в партиях финишной продукции сохраняются – окончательные параметры изделий в них отличаются минимально, что предоставляет возможность реализации выборочного контроля, экономя время и средства.
  5. Не требуется предварительных механических зачисток шовной зоны и около неё, выполняемых в начальной фазе процесса.
  6. Возможность сваривания неоднородных материалов.
  7. Экологичность.
  8. Метод прекрасно поддается автоматизации, что актуально при крупных производственных сериях.
Читайте также:
Передвижной прицеп на колесах для мобильных газгольдеров

Стоит сказать и о недостатках.

  1. Применимость способа лежит в небольшой области форм деталей-заготовок. Метод не применяется для соединения удлиненных швов (прямых и кривых), непростых конфигураций, при монтаже стройконструкций, крупных корпусных элементов.
  2. Громоздкость агрегатов. Агрегаты требуют стационарной установки и электропитания.
  3. Ограничения в габаритах деталей, длина которых соизмерима с вылетом бабки агрегата, а диаметр — с выносом кулачков патрона.
  4. Появление возможных радиальных нарушений текстуры в зонах швов и около них. При значительных динамических нагрузках появляются места усталостных напряжений, возникают микротрещины и иные дефекты. Снижается и уровень антикоррозионной устойчивости. Во избежание таких последствий на деталях оставляют грат, на снятие которого уходит некоторое время.

Основными фазами процесса являются:

  • удаление оксидных пленок;
  • разогрев соединяемых поверхностей до температуры создания и разрушения элементов кристаллических решеток (температура пластичности);
  • прекращение вращательного движения, кристаллизация области контакта, формирование сварочного шва.

Обзор видов

На сегодняшний день разработаны и активно реализуются несколько специализированных (по области применения) методов фрикционной сварки, которая бывает:

  • перемешивающая;
  • радиальная;
  • штифтовая;
  • линейная;
  • ротационная (для сварки тонкого листового металла);
  • точечная;
  • орбитальная и другие.

Перемешивающий способ

Технология с перемешиванием изобретена и применяется с конца прошедшего века. Суть способа состоит в применении особого штыря с заплечиками, изготовленного из высокопрочного сплава. Нагревая при вращении материал, штырь проходит в него по назначенной траектории. Благодаря его вращению в процесс вовлечены размякшие слои металла, которые перемешиваются. Таким образом достигается однородность структуры и параметров шва.

Радиальная

Этот способ используется при монтаже труб. В местах стыковки на них с малым зазором надевают кольцевую конструкцию из металла, которой придают ускоренное вращение. За счет возникающих фрикций появляется интенсивный нагрев торцов свариваемых труб. Кольца производятся из аналогичного трубам сплава.

Штифтовая

Технология штифтового способа используется для осуществления ремонтных работ. В детали для ремонта просверливают отверстие, в которое вводится штифт из подобного сплава. В процессе его вращения возникает значительное количество тепла, которое и обеспечивает процесс соединения. Это уникальный и мобильный способ фрикционной сварки.

Линейная

Этот вид сварки производится без вращения – свариваемые элементы, совершая встречные возвратно-поступательные движения, нагреваются. В критический момент движение прекращается, и детали сильно прижимаются друг к другу. Металлические излишки (грат), ставшие пластичными, выдавливаются из сварочной зоны, образуя шов.

Есть технологии, когда оба соединяемых предмета неподвижны, а в зоне шва о них трется особый инструмент.

Оборудование

Комплект сварочного оборудования может состоять из сварочной машины, мини-компьютера с программами заданных режимов, станка для устранения грата, погрузочно-разгрузочных манипуляторов и транспортировочных устройств.

Машины комплектуются рядом рабочих узлов (как на токарном станке): вращающийся привод, фрикционная муфта, шпиндель с ременной передачей, тормоз.

Фрикционный метод сварки предполагает использование и иных конструкций. Например, агрегатов для микро- и прецизионной сварки. В небольших агрегатах шпиндель развивает частоту вращения 80-650 с-1, которая является одним из главных параметров установки. При её повышении сварочный шов становится более однородным, а его прочность увеличивается. Оптимальная скорость вращения подбирается под конкретный металл.

Технология

Основной технологической операцией фрикционной сварки является нагрев соединяемых деталей за счёт сил трения, возникающий главным образом при вращательном движении заготовок.

Эта продуктивная технология широко применяется в машиностроении и прежде всего в инструментальной его сфере. Нередко её применяют и при сборочных работах в атомной энергетике. Популярен метод и при сварке алюминиево-магниевых сплавов в электротехнике и аэрокосмической области, в машиностроении.

Относительно недавно получил он своё развитие в судостроении. Тенденции развития способа тяготеют к вытеснению иных методов сварки в операциях по замене:

  • пайки и клепки;
  • электросварки;
  • восстановительных операций узлов и сложного инструментария;
  • в приваривании заготовок к различным, заранее обработанным элементам.

Технология полностью себя оправдывает там, где предъявляются высокие требования к экологичности сварочного цикла. Повышенный уровень энергоэффективности, отсутствие брызг раскалённого металла, неприятных выделений и результатов сгорания, ультрафиолета и низкий уровень пожарной опасности делают метод очень целесообразным.

Читайте также:
Отделка деревянного дома клинкерными термопанелями

Подготовка

В ходе проектирования заготовок для последующей сварки важно учитывать ряд факторов:

  • возможности сварочного оборудования;
  • степень свариваемости материалов;
  • закрепление заготовок в сварочной машине;
  • стоимость подготовительных мероприятий к сварке заготовок и последующей обработки сварных швов;
  • соблюдение необходимой степени соосности и углового размещения заготовок;
  • формирование равномерного температурного режима и одинаковых условий деформации;
  • правильный выбор припусков по длине и диаметрам заготовок.

Обеспечение требуемой соосности зависит от степени надёжности закрепления деталей в зажимных устройствах агрегата. В этом контексте актуальным параметром становится уровень жёсткости свариваемых элементов по длине их выхода из зажимов. Если длина выхода меньше необходимого размера, то это приводит к температурному отпуску зажимных устройств.

При фрикционной сварке состояние соединяемых поверхностей в наименьшей степени влияет на качество сварных соединений, чем при иных методах сварки давлением. Поверхности для соединения могут быть получены в процессе резки на гильотине, дисковой пилой. Неровности можно устранить, используя притирку, или увеличением времени нагрева.

Небольшие коррозийные участки, остатки покраски, масла и других загрязнений на поверхностях устраняются в ходе нагрева.

Процесс

Начальная фаза процесса включает разрушение и устранение окисных плёнок, что достигается трением. Во второй фазе процесса рабочие кромки разогреваются до пластичного состояния, появления временного контакта. По достижении температуры плавления вращение прекращают, затем увеличивают силу прижатия поверхностей. Далее происходит выдавливание из стыковочного пространства пластичных объёмов металла.

К третьей фазе относят прекращение вращения и формирование сварочного соединения в целом.

Наглядная инструкция сварки трением в видео ниже.

Что такое сварка трением, где она применяется и какое оборудование необходимо для каждого вида сварки трением?

Сварка трением – это разновидность сварки давлением (ГОСТ Р ИСО 4063-2010), при которой расплав соединяемых поверхностей достигается за счет преобразования механической энергии силы трения деталей в тепловую.

Сначала поверхности деталей нагреваются и расплавляются от взаимного трения за счет вращения или возвратно-поступательного движения относительно друг друга, потом детали плотно прижимаются друг к другу с давлением 50-450 МПа, и в месте контакта формируется сварное соединение, проковка которого достигается путем прекращения трения и остывания шва под продолжающимся давлением.

Область применения и виды сварки трением

Сварка трением применяется для следующих операций:

Сварка трением подходит для соединения загрязненных деталей, так как не требует их предварительной очистки – окисная пленка и жировой налет снимаются в начале взаимного трения соединяемых поверхностей.

Заготовки из алюминия, титана и магнийсодержащих сплавов хорошо поддаются сварке трением из-за легкоплавкости.

Существуют следующие основные виды сварки трением:

  • колебательная (линейная);
  • с перемешиванием;
  • с непрерывным приводом;
  • радиальная;
  • орбитальная;
  • инерционная.

Вид сварки выбирается в зависимости от назначения готового изделия и технологических возможностей производства.

Колебательная сварка

С помощью данной технологии сваривают детали из легкоплавких металлов и сплавов. Одна деталь закрепляется неподвижно, а второй придаются возвратно-поступательные движения с одновременным прижатием к первой детали, в результате чего на стыке деталей металл нагревается, расплавляется и перемешивается, образуя однородное сварное соединение.

Для колебательной сварки потребуется оборудование:

  • массивное основание;
  • крепления (зажимы, болты);
  • двигатель с коленчатым валом;
  • гидравлическая установка;
  • шлифовальная машинка.

Сначала детали нужно подготовить к сварке – очистить от ржавчины и зашлифовать крупные неровности (окисная пленка снимается трением в процессе сварки).

Далее первая деталь прикрепляется зажимами к основанию, а другая деталь соединяется с коленчатым валом двигателя, при этом амплитуда колебания коленвала должна составлять 0,3-0,7 от длины линии сваривания.

После закрепления деталей включается двигатель с коленвалом, детали разогреваются от трения, устанавливаются в нужное положение и придавливаются друг к другу гидравлической установкой на несколько секунд, после чего давление снижается, шов остывает и обрабатывается от заусенцев.

С перемешиванием

При сварке металлов с перемешиванием обе детали закрепляются неподвижно, а трение для расплава создается вращающимся штырем из тугоплавкого сплава, плавно перемещающимся вдоль линии сварки и перемешивающим горячую поверхность деталей, оставляя однородный шов.

Для сварки с перемешиванием потребуется:

  • плоское основание;
  • детали и крепления;
  • тугоплавкий штырь с заплечиками и электроприводом.

Детали закрепляются неподвижно на основании, соприкасаясь поверхностями, которые нужно сварить. Штырь начинает вращаться со скоростью от 600 об/мин, после чего погружается перпендикулярно линии сваривания между деталями, пока заплечики не коснутся поверхности деталей. Вокруг вращающегося штыря образуется область с расплавленным металлом обеих деталей.

Продолжая вращаться, штырь перемещается вдоль линии сварки, перемешивая металл на стыке деталей. После прохода штыря металл остывает и образуется сварной шов, выровненный сверху заплечиками. В конце линии сварки штырь вынимается из деталей, оставляя отверстие. Деталь остывает, отверстие закрывается заглушкой из материала деталей и шов зачищается.

Читайте также:
Одноэтажные деревянные дома: проекты и преимущества

Радиальная

Радиальная сварка применяется для соединения труб. Шов формируется из внешнего металлического кольца, которое плотно прижимается к вращающимся трубам, расплавляется от трения и перемешивается с металлом труб на их стыке.

Для радиальной сварки потребуются крепления для труб и соединительного кольца и двигатель для вращения деталей. Процесс сварки включает следующие шаги:

  1. Два отрезка трубы соединяют поперечными разрезами, которые требуется сварить, и закрепляют в двигателе.
  2. Металлическое кольцо закрепляется на месте будущего сварного шва.
  3. Трубы начинают вращаться.
  4. Место соединения труб и кольцо расплавляются.
  5. Вращение замедляется и формируется сварной шов.

Кольцо должно быть сделано из того же металла, что и трубы. Для радиальной сварки не требуется дополнительного давления на детали, но расходуется металл для шва (кольцо).

Орбитальная

При орбитальной сварке поверхности деталей расплавляются за счет трения от их взаимного вращения, но не вокруг своих осей, а вокруг выбранной смещенной оси, благодаря чему трение происходит более интенсивно и детали разогреваются быстрее.

Технология и процесс сваривания такие же, как при линейной сварке, только вместо движения коленвалом детали сообщается соосное с ротором двигателя вращение.

Данный вид сварки не подходит для труб и иных деталей с полостями внутри линии сваривания.

Схема орбитальной сварки

Инерционная

Инерционная сварка трением – это разновидность радиальной сварки, при которой крутящий момент от двигателя к подвижной детали сообщается не напрямую, а через инерционный маховик, благодаря чему происходит экономия электроэнергии.

Инерционная сварка происходит так:

Инерционный маховик необходимо регулировать под каждый вид свариваемых деталей, чтобы время его вращения было достаточным для расплава деталей. Скорость маховика варьируется в пределах 0,28-11,1 м/с.

С непрерывным приводом

Непрерывный привод используется в радиальном, инерционном и орбитальном типах сварки. Суть метода в том, что вращение двигателя не тормозится для смены каждой детали, а при использовании маховика он отсоединяется от оси двигателя без его остановки.

Технология сварки с непрерывным приводом определяется конкретным видом сварки и позволяет экономить время на запуск и остановку двигателя. Подходит для конвейерного производства однотипных деталей, но требует механизма для автоматической смены заготовок.

Выбор режима сварки

Каждый из описанных видов сварки имеет несколько режимов, различающихся по скорости вращения подвижных деталей, силе сдавливания заготовок и толщины сварного кольца (для радиальной сварки). Физические параметры режимов определяются технологией конкретного производства и условно все режимы сварки трением можно разделить на три:

  • низкоскоростной;
  • стандартный;
  • ускоренный.

Сварка трением на низких скоростях вращения или трения деталей применяется при большой вязкости свариваемых материалов (например, заготовок из меди), а также при риске нарушения структуры волокон детали. Высокие скорости трения применяются при сваривании легкоплавких металлов и сплавов методом перемешивания, а высокое давление вдоль оси вращения – при сварке с помощью непрерывного привода деталей без полостей (сплошных).

Достоинства и недостатки метода

Достоинствами сварки трением являются:

  • более низкое энергопотребление по сравнению с другими видами сварки;
  • малое количество дефектов (пор, раковин);
  • равномерная структура сварного шва;
  • возможность точно контролировать процесс;
  • малое количество вредных выбросов;
  • высокий коэффициент использования металла;
  • возможность автоматизации процесса.
  • ограниченная применимость;
  • громоздкое оборудование;
  • ограниченная поверхность соединения.

Применение метода затруднено при сваривании неоднородных деталей разной толщины, кроме того, из-за сложности используемых механизмов сварку трением практически невозможно использовать на выездных работах и при срочном ремонте.

Сущность сварки трением

Фрикционная технология или сварка трением основана на способности металла преобразовывать энергию силы трения в тепловую. Метод разработан в России более 60 лет назад для соединения разнородных металлов. Экологически безопасная технология постоянно совершенствуется, расширяется спектр производимых сварных работ.

Что такое сварка трением

Сварка трением, по сути, это способ соединения металлов под давлением при нагреве до точки пластичности за счет фрикционных сил во время взаимного движения заготовок. Детали подвергают трению под большой нагрузкой. Благодаря происходящим в металле внутренним структурным процессам, удается получать прочные соединения без больших энергозатрат. Движение бывает:

  • вращательным;
  • поступательным;
  • возвратно-поступательным (колебательным).

Двигаются обе заготовки одновременно или только одна, вторая жестко закреплена. В отличие от других видов сварки, технология с использованием силы трения применима для сплавов с разными температурами плавления. В процессе соединения металл не расплавляется, а вдавливается, образуя прочный шов.

Область применения

Фрикционная сварка изначально разрабатывалась для оборонной промышленности, атомного комплекса. Затем метод стали использовать в машиностроении, электротехнике. Радиальным методом сваривают трубы для добывающей отрасли. Подходит для соединения плохо свариваемых металлов, магниевых, алюминиевых сплавов, цветных металлов, углеродистой, легированной стали, разнородных пластичных сплавов. Технология заменяет клепку, контактную электросварку. Используется для наплавки режущего инструмента, восстановления деталей.

Читайте также:
Плитка для кухни кирпичиками: фото интерьеров, идеи оформления

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими видами соединения металлов, у использования силы трения хорошие перспективы. У метода много преимуществ:

  • технология отличается высокой производительностью, шов образуется за несколько секунд благодаря скоростному движению деталей, непродолжительному сжатию заготовок;
  • удается получать прочные соединения, процент брака невысокий;
  • стабильно хорошее качество швов: на них нет окалины, пережогов, непроваров, пористости;
  • не требуется предварительной зачистки оксидного слоя;
  • перечень свариваемых сплавов широк;
  • технология безопасна, не требуется обычной экипировки сварщика;
  • процесс автоматизирован, только крупногабаритные детали приходится устанавливать вручную.
  • невысокая универсальность, геометрия свариваемого проката ограничена: прутки, трубы, листовой прокат, лента, полоса;
  • габаритное оборудование, оно устанавливается стационарно, мобильных аналогов нет;
  • нарушается микроструктура сплава в области пластической деформации, искривление структурных волокон при сварке приводит к усталостной деформации, со временем металл теряет былую прочность.

Виды сварки трением

Разработаны различные технологии, в результате которых в месте стыка образуется сцепляющий молекулярный слой, надежно удерживающий свариваемые заготовки вместе. Методика предусматривает различные способы преобразования силы трения в тепловую. Каждую технологию сварки стоит рассмотреть подробно.

Сварка трением с перемешиванием

Молодая технология запатентована в конце прошлого века, разработана в Британии. При сварке трением с перемешиванием обе свариваемые детали закрепляются неподвижно. Кромки подготавливают так, чтобы между ними мог пройти вращающийся инструмент, создающий силу трения. Он представляет собой цилиндр со штырем и заплечиками. Кромки для сварки трением с перемешиванием нагреваются от вращения центрального штыря между сдавливаемыми деталями. Размягченный металл смешивается движущимся стержнем, центробежной силой вытесняется назад, полностью заполняет зазор между заготовками. Формируется сварочный шов, валик корректируют заплечики. После одной или нескольких проходок стыка инструмент, используемый при сварке, выходит за область деталей. При сжатии жидкий металл шва уплотняется.

Линейная сварка

Для нагрева металла используется поступательное движение. Для линейной сварки трением кромки соприкасаются за счет колебательных движений, одна заготовка зажимается, другая подвижна. Когда металл разогрет до точки пластичности, детали сжимают. Размягченный сплав в процессе сварки взаимно вжимается, образуется общий слой молекул. Технология применяется для соединения элементов из различных металлов, схожих по показателям пластичности. Образуется прочное соединение по всей площади стыка.

Орбитальная сварка

Сжатые заготовки соприкасаются, вращаясь по разным орбитам в одной плоскости. Орбитальную сварку трением обычно используют для деталей с большой площадью соприкосновения. Регулируется относительное смещение осей (эксцентриситет), скорость движения. Когда за счет силы трения поверхности заготовок разогреваются до необходимой температуры, заготовки устанавливают соосно, сильно сдавливают. После формирования шва производится проковка для упрочнения структуры диффузного слоя.

Инерционная сварка трением

По технологии одна свариваемая часть плотно фиксируется, другая крепится к маховику. Разгоняется, скорость достигает 11 м/с, угловое ускорение – от 150 до 300 рад/с 2 . Разогрев происходит во время сближения раскрученной заготовки с неподвижной. Разогрев происходит за счет сил инерции, накопленной маховиком. Двигатель в этот момент уже отключен, а подвижную заготовку вдавливают в неподвижную с усилием до 4740 кг/см 2 в зависимости от толщины свариваемых элементов, вида и марки сплава. Когда маховик останавливается (заканчивается накопленная энергия), разогретые прижимаемые друг к другу поверхности сцепляются, образуя общий диффузный слой.

Сварка трением с непрерывным ходом

Технология была разработана в середине прошлого века. Одну из свариваемых деталей жестко закрепляют, другая непрерывно вращается на этой же оси. От осевого усилия нагрева детали разогреваются. При достижении точки пластичности вращение прекращается. Когда заготовки с усилием сдавливают, образуется диффузный слой, поверхности спекаются. Стык для уплотнения проковывают. Процесс регулируют по времени разогрева поверхностей, степени сдавливания.

Радиальная сварка

Этот метод создан для заделки трубных стыков, роль присадки выполняет разжимное кольцо. Существует два способа установки присадочного обода:

  • наружный, кольцо вращается поверх трубы, внутрь устанавливается оправка, которая не дает трубе деформироваться при сжатии разогретого кольца;
  • внутренний, кольцо вращается внутри трубы, оправка надевается сверху.

При вращательном движении кольца возникает сила трения. Кромки разогреваются, поверхность присадочного обода тоже. При сжатии наружного или расширении внутреннего кольца формируется сварной шов, образуется герметичное соединение, рассчитанное на большую нагрузку.

Штифтовая сварка

Метод используют для укрепления деталей в месте дефекта. Под размер штифта, выполняющего роль наплавки, высверливается отверстие. Штифт вводится вращением с большой скоростью. За счет силы трения металл в области соединения разогревается, размягчается. Между штифтом и деталью формируется прочный сварочный шов. Мобильный метод часто применяется при проведении ремонтных работ. Надежно установленный штифт повышает срок службы упрочняемой детали.

Читайте также:
Ножи из фанеры: видео-инструкция как сделать своими руками, особенности изготовления "бабочки", "керамбита", ручек, чертежи, цена, фото

Колебательная сварка

Технология вибротрения предусматривает движение одной или обеих заготовок относительно друг друга с высокой частотой. При возвратно-поступательном движении поверхности становятся пластичными, быстро схватываются при сжатии. Метод применяется для соединения материалов с высоким коэффициентом пластичности.

Роликовая сварка

Метод разработан для листовой тонкостенной стали. Вращающийся ролик движется по шву со скоростью до 2м/с, прижимные пластины в это время оказывают давление до 5 кг/см2. За счет вращения ролика создается необходимое для разогрева металла трение в области стыка или наложения тонких листов внахлест.

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.

Применяемое оборудование

Для сваривания используют металлорежущие станки, но они не подходят для длительного применения, быстро выходят из строя. Специальные машины с блоком управления созданы по одному принципу: силовой привод подводится к двигающимся механизмам. Для фиксации свариваемых заготовок предусмотрены зажимные устройства, двигающие механизмы. Работает оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме (укладка заготовок, выемка готовых изделий производится в ручном режиме). Машины бывают универсальными и под определенную технологию. На некоторых устройствах предусмотрена предварительная подготовка свариваемых поверхностей, заточка и выравнивание кромок.

Контроль качества

При визуальном методе контроля швов выявляют подрезы, наплывы, трещины. Внутренние дефекты выявляют методами разрушающего или неразрушающего контроля.

  • металлографический анализ шва;
  • исследование химического состава диффузного слоя;
  • механические испытания (определяют предел выносливости соединения на растяжение, кручение, изгиб под ударной нагрузкой, сжатие; проверяют усталостную стойкость шва, герметичность соединения).

Разрушающие методы контроля применяются в исключительных случаях:

  • на образцах при разработке технологии;
  • готовых деталях при выборочном контроле, регламентированном стандартом.

К неразрушающим методам относятся исследования с применением приборов, делается:

  • просвечивание соединения рентгеновскими или гамма-лучами;
  • ультразвуковой основан на способности луча отклоняться при различной плотности материала;
  • магнитные фиксируют изменение потока.

Исследования проводятся выборочно, где на шов оказывается разнонаправленная нагрузка. Фрикционная технология надежная: образуются прочные швы, если обеспечена достаточная скорость движения, на разогретый металл оказывается необходимое давление.

Информация о сварке с помощью трения

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.

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.

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.

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.

Читайте также:
Описание и инструкция по применению очистителя для пластиковых окон

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Читайте также:
Одноэтажные деревянные дома: проекты и преимущества

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.

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.

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.

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.

  • 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.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: