Има голямо разнообразие от методи за заваряване. Сред тях е такъв екзотичен процес като заваряване с триене. Неговата отличителна черта е липсата на консумативи като електроди, заваръчна тел, защитни газове. Новоразработен метод получава широко признание.
История на външния вид
Историята на заваряването с триене и разбъркване (FSW) започва през 1991 г. Това беше иновативна разработка на Британския институт по заваряване (TWI). Няколко години по-късно технологията е използвана при конструирането на самолети и кораби.
Първите компании, които пуснаха новата технология в производство, бяха Norwegian Marine Aluminium и американският Boeing. Те са използвали заваръчно оборудване от концерна ESAB, който е специализиран в разработките в областта на ротационното заваряване с триене (PCT), в техните предприятия.
От 2003 г. компанията непрекъснато проучва възможностите за заваряване с триене и разбъркване. Например, имашеса разработени методи за заваряване на алуминиеви сплави и техните модификации, които се използват при конструирането на самолети, кораби и железопътни контейнери.
В авиационната индустрия беше установено, че е възможно да се заменят нитовите съединения със заварени. Освен това скоростта на заваряване по метода FSW значително надвишава скоростта на електрическата дъга. Заваръчен шев с дължина 6 m може да се оформи за една минута, докато конвенционалната скорост на заваряване е само 0,8-2 m/min за дебелина на детайла 0,5 cm.
Същността на процеса
Металното съединяване се получава поради нагряване в зоната на заваряване по метода на триене. Основният заваръчен инструмент при заваряването с триене е метален прът, състоящ се от две половини: яка и рамо.
С изпъкналата си част въртящият се прът е потопен в материала, причинявайки силно нагряване. Неговото захранване е ограничено от рамото, което не позволява преминаването на детайла за заваряване. В зоната на нагряване материалът значително увеличава своята пластичност и, притиснат от рамото, образува единна маса.
Следващата стъпка е движението на пръта по заварената зона. Придвижвайки се напред, рамото смесва нагрятата метална маса, която след охлаждане образува здрава връзка.
Какво влияе върху качеството на STP
Заваряването с триене е непрекъснато развиващ се процес. Но вече има няколко параметъра, които влияят на качеството на връзката:
- Сила, генерирана от инструмента.
- Скорост на подаванезаваръчна глава.
- Стойността на рамото.
- Обиколната скорост на въртене на пръта.
- Ъгъл на наклон.
- Захранваща сила на пръта.
Манипулирането на характеристиките на заваряването ви позволява да постигнете свързване на различни метали. Например алуминий и литий. Литият, поради ниската си плътност и висока якост, може да действа като легиращ компонент на части от алуминиева сплав, което позволява тази технология да се използва в аерокосмическата индустрия.
Заваряването с триене може лесно да замени коването, щамповането, леенето, когато се използват за производство на части от трудно съпоставими метали. Например стомани с аустенитна и перлитна структура, стомани от алуминий или бронз.
В какви области се използва
Индустрии като автомобилната индустрия непрекъснато работят върху това как да увеличат якостните свойства на продукта, като същевременно намалят теглото му. В тази връзка се наблюдава непрекъснато въвеждане на нови материали, които преди са били нехарактерни поради сложността на обработката. Все по-често структурните елементи като подрамки и понякога цели тела са направени от алуминий или комбинация от алуминий.
По този начин, през 2012 г., Honda прилага адитивно производство и заваряване с триене, за да произведе подрамки за своите превозни средства. Те представиха комбинация от стомана и алуминий.
Може да се получи прогаряне на метални листове по време на производството на заварки на корпуса от алуминий. Този недостатък е лишен от STP. Освен, чеКонсумацията на електроенергия се намалява с 1,5-2 пъти, намалява се цената на консумативи като заваръчна тел, защитни газове.
Освен производството на автомобили, STP се използва в следните области:
- Строителна индустрия: алуминиеви опорни ферми, мостови участъци.
- Железопътен транспорт: рамки, колесни талиги, вагони.
- Корабостроене: прегради, структурни елементи.
- Самолет: резервоари за гориво, части на фюзелажа.
- Хранителна индустрия: различни контейнери за течни продукти (мляко, бира).
- Електрическо производство: корпуси на двигатели, параболични антени.
В допълнение към алуминиевите сплави, заваряването с триене се използва за получаване на медни съединения, например при производството на медни контейнери за погребване на отработено радиоактивно гориво.
STP предимства
Изследването на FSW направи възможно избора на режими на заваряване при свързване на различни групи сплави. Въпреки факта, че първоначално FSW е разработен за работа с метали с ниска точка на топене, като алуминий (660 ° C), по-късно започва да се използва за свързване на никел (1455 ° C), титан (1670 ° C), желязо (1538 ° C).
Изследванията показват, че така получената заварка отговаря напълно по своята структура на метала на частите, които ще се заваряват и има по-високи якостни показатели, по-ниски разходи за труд и ниска остатъчна деформация.
Правилноизбраният режим на заваряване гарантира съответствието на заваръчния материал и заварения метал според следните показатели:
- сила на умора:
- якост на огъване и опън;
- твърдост.
Предимства пред другите видове заваряване
STP има много предимства. Сред тях:
- Нетоксичен. За разлика от други разновидности, няма изгаряне на електрическа дъга, поради което разтопеният метал се изпарява в зоната на заваряване.
- Увеличена скорост на образуване на шев, което води до по-бързо време на цикъла.
- Намаляване на разходите за енергия наполовина.
- Няма нужда от допълнителна обработка на заварката. Инструментът за фрикционно разбъркване образува перфектна заварка без необходимост от отстраняване.
- Няма нужда от допълнителни консумативи (заваръчна тел, промишлени газове, флюси).
- Възможност за получаване на метални съединения, които не са налични за други видове заваряване.
- Не е необходима специална подготовка на заваръчни ръбове, освен за почистване и обезмасляване.
- Получаване на хомогенна структура на заваръчния шев без пори, което води до по-лесен контрол на качеството, който е регламентиран за заваряване с триене, разбъркано GOST R ISO 857-1-2009.
Как се проверява качеството на заварката
Качеството на заваряването се проверява чрез два вида контрол. Първият включва унищожаването на прототипа в резултат насвързване на две части. Вторият позволява проверка без унищожаване. Използват се методи като оптичен контрол, аудиометрично изследване. Той помага да се определи наличието на пори и нехомогенни включвания, които влошават характеристиките на шева. Резултатите от звуковия контрол са диаграма, която ясно показва местата, където акустичното ехо се отклонява от нормата.
Недостатъци на метода
С многобройни предимства методът на заваряване с триене има съпътстващи недостатъци:
- Липса на мобилност. STP включва свързване на неподвижни части, твърдо фиксирани в пространството. Това налага определени свойства на оборудването за заваряване с триене, като например неподвижност.
- Ниска гъвкавост. Обемното оборудване е конфигурирано да извършва същия тип операции. В тази връзка устройствата за заваряване са предназначени за специфични задачи. Например за заваряване на странични стени на автомобили на конвейер и за нищо друго.
- Заваръчният шев има радиална структура. В тази връзка, при определени видове деформация или когато детайлът се експлоатира в агресивна среда, може да се натрупа умора на заваръчния шев.
Разновидности на STP според принципа на действие
Заваръчните процеси, базирани на триене, могат да бъдат разделени на няколко типа:
- Линейно триене. Същността на метода е да се получи постоянна връзка не в резултат на действието на въртящ се връх, а поради движението на частите една спрямо друга. Действайки върху повърхността в точката на контакт, те създаваттриене и следователно високи температури. Под налягане съседните части се разтопяват и се образува заварено съединение.
- Радиално заваряване. Този метод се използва за производство на контейнери с голям диаметър, железопътни цистерни. Тя се свежда до факта, че ставите на частите се нагряват от въртящ се пръстен, облечен отвън. Чрез триене той предизвиква температура, близка до точката на топене. Пример за предприятие, използващо тази технология, е Sespel, производител на автомобили цистерни в Чебоксари. Заваряването с триене заема основната част от заваръчната работа.
- Заваряване на шипове. Тази разновидност заменя връзката с нитове. Този тип се използва за припокриващи се връзки. Въртящият се щифт в точката на контакт нагрява частите, които ще бъдат заварени. От високата температура настъпва топене и щифтът прониква вътре. Охлаждайки се, създава силна постоянна връзка.
Разновидности на STP по ниво на трудност
Заваръчните операции, извършвани с помощта на триене, могат да бъдат разделени на равнинни и обемни. Основната разлика между тези разновидности е, че в първия случай заварката се образува в двуизмерно пространство, а във втория - в триизмерно пространство.
Така, за планарни съединения, производителят на заваръчно оборудване ESAB разработи 2D машината LEGIO. Това е персонализирана система за заваряване с триене с разбъркване за различни цветни метали. Групи с различни размериоборудването ви позволява да заварявате части с малки и големи размери. Според маркировката оборудването LEGIO има няколко оформления, които се различават по броя на заваръчните глави, възможността за заваряване в няколко аксиални посоки.
Има 3D роботи за заваръчни задачи със сложни позиции в пространството. Такива устройства се монтират на автомобилни конвейери, където са необходими заварки със сложна конфигурация. Един пример за такива роботи е Rosio на ESAB.
Заключение
STP се сравнява благоприятно с традиционните видове заваряване. Широкото му използване не само обещава икономически ползи, но и запазване здравето на хората, заети в производството.
