Cварка трением

Сварка трением — достойная альтернатива классическим сварочным технологиям, со своими особенностями, областью применения, несомненными плюсами и существенными минусами. Их подробный разбор и рассмотрение видов сварки трением поможет читателю определить, подходит ли она для решения существующих задач.

Принцип сварки трением

Суть технологии состоит в сваривании деталей и заготовок через нагрев трением друг о друга, плавящим металл и образующим соединение частей. Последнее дополнительно обеспечивается давлением на детали и усиливается их немедленной проковкой.

Этапы сваривания:

1. Детали придавливают друг к другу и создают трение движением одной либо обеих.
2. Свариваемые поверхности притираются, разрушая оксидно-жировые пленки и разогреваясь до стадии расплавленности.
3. Между поверхностями возникают металлические связи.
4. Одновременно с прекращением трения формируется сварное соединение, незамедлительно укрепляющееся проковкой.

В зависимости от вида сварки давление остается постоянным либо постепенно усиливается. Трение чаще прочего создается вращательным движением одной из свариваемых деталей.

Особенности технологии

Характерные особенности сваривания трением:

• применимость для скрепления низкосвариваемых материалов, включая сталь и алюминий;
• способность соединять разнородные металлы;
• высочайшая эффективность скрепления деталей диаметром до 100 мм.

Важно: сваривание трением успешно применяется как для соединения металлических поверхностей, так и заготовок из термопластиков.

Технология сваривания трением включает подготовку материалов и настройку режима сварки.

Первый этап предельно прост, так как не требует удаления неровностей, загрязнений и признаков коррозии в месте приваривания — все это сходит на нет при нагреве металлических поверхностей.

Подходящие параметры режима сварки:

• Частота вращения — при сваривании алюминия, меди и их сплавов рекомендуется 2, черных металлов — от 2,6 до 3, титана — 4 или 5.
• Удельное давление притирки — для всех материалов разное, значится в нормативной документации по сварке металлов.
• Удельное давление нагрева — для алюминия подходит от 7 до 20 мегапаскалей, углеродистой либо низколегированной стали от 30 до 60 МПа, для жаропрочной либо инструментальной стали от 61 до 120 МПа.
• Удельное давление проковки — зависит от пластических характеристик соединяемых материалов, определяется по нормативной документации.
• Длительность нагрева и торможения — единых параметров нет, выставляется на усмотрение сварщика.

Обязательно задавать также размер свариваемых деталей и мощность сваривания.

Оборудование

Перечень оборудования определяется областью применения технологии и частично стоимостью. Как минимум необходимы:

• сварочный агрегат;
• устройство для снятия грата;
• манипулятор либо иной аппарат для перемещения крупных деталей (заготовок).

Область применения

Сваривание трением эффективно применяется во многих сферах — от электротехники до кораблестроения, сборки ядерных реакторов и выпуска аэрокосмических летательных аппаратов. Особенно успешно технология используется в машиностроительной отрасли, включая изготовление инструментов и приспособлений (оснастки).

Сварка трением незаменима при изготовлении ковано-, штамповано-сварных и сварно-литых металлоизделий.

Разновидности

Сварка трением с перемешиванием, придуманная и разработанная в Великобритании в начале 90-х прошлого века, осуществляется с помощью штыря из высокопрочного сплава с заплечиками. Он вращается, входит в плавящийся металл на линии стыка деталей и перемешивает его поверхностные слои, обеспечивая формировку сварного шва с равномерной структурой.

Радиальная 

Применима для сваривания металлических труб. Производится путем надевания на линию стыка одного или двух (наружного и внутреннего) колец, предварительно выплавленных из того же материала, что трубы. Кольца вращаются и плавят поверхность свариваемых элементов.

Штифтовая 

Изобретена для ремонта и усовершенствования деталей. В изделии сверлится отверстие, куда вставляется штифт из того же материала, который вращаясь плавит металл и образует сварной шов.

Орбитальная 

Это скрепление деталей, вращающихся по отношению друг к другу, но без движения вокруг своих осей. Когда металл на линии стыка достаточно нагревается, происходит совмещение осей заготовок и прекращение вращения. Далее следует проковка с завершающим формированием сварного шва.

Линейная 

Выделяется из прочих разновидностей тем, что вместо вращательного хода штыря, штифта либо кольца совершаются возвратно-поступательные движения одной из заготовок. Когда трущиеся друг о друга поверхности достигают требуемой температуры, заготовка замирает и увеличивается давление. На линии стыка образуется прочный шов.

Преимущества и недостатки

Ключевые плюсы:

• Максимальная производительность. Подготовка материалов, непосредственно процесс сваривания, продолжающийся не более нескольких минут, и заключительные операции требуют гораздо меньших временных затрат, чем другие виды сварки.
• Минимальные требования к чистоте свариваемых поверхностей — тщательная зачистка не нужна, что опять-таки существенно экономит время и усилия.
• Способность к свариванию разнородных металлов и сплавов. Методом трения соединяются пары материалов, не рассчитанные на сварку иными способами.
• Энергоэффективность. Материалы нагреваются максимально быстро и в локальной закрытой области, что делает ничтожно малыми потери энергии по сравнению с прочими методами сваривания. Энергозатраты ниже во много раз, вплоть до десятикратной экономии, что при сегодняшней стоимости электроэнергии немаловажно.
• Безупречное качество шва. Если сваривание производится в правильном технологическом режиме, шовная линия и околошовные области обретают фактически полную идентичность основному металлу по строению и показателям. Притом в шовном материале фактически нет пор, трещин и прочих дефектов.
• Высочайшая стабильность показателей швов всей партии изделий. При точном соблюдении технологического режима готовые изделия (детали и пр.) отличаются своими характеристиками на десятые доли процента, благодаря чему ОТК может осуществлять выборочный контроль качества, обеспечивая серьезную экономию времени и ресурсов. После прохождения разрушающего контроля одним изделием специалисты могут давать заключение о годности целой партии.
• Экологичность технологии. Воздушная среда не загрязняется вредными веществами, также не причиняется вред здоровью сварщиков слепящим светом, разбрызгиванием плавящегося металла, выделяющимися газами, УФ-излучением и др.
• Легкость автоматизации, что играет решающую роль при использовании технологии для массового производства. Сваривание можно осуществлять на агрегатах с программируемым управлением, сводя ручной труд к минимуму, нередко к нулю.

Минусы, свойственные свариванию трением и нередко оказывающиеся критичными:

• Применимость к сравнительно малому количеству форм заготовок из-за необходимости, чтобы хоть одна выступала телом вращения. Технология не может использоваться для соединения поверхностей большой протяжности, формирования сложных швов, монтажа крупных конструкций, варки кузовов автотранспорта и др. Но в машиностроительстве нужной формой обладают свыше 75% деталей.
• Ограниченный размер поверхностей. Длина заготовки ограничивается вылетом бабки станка, диаметр — кулачков патрона.
• Относительная дороговизна оборудования.
• Громоздкость сварочного агрегата и других устройств, нуждающихся в стационарной установке и электроснабжении, в связи с чем технологию невозможно использовать на монтажных работах.
• Возможное радиальное искажение текстуры в месте шва и в прилегающих областях, если при эксплуатации готовое изделие испытывает большие динамические нагрузки. Не исключается и уменьшение стойкости к повреждениям коррозией. Чтобы предотвратить оба явления, на деталях частично оставляют грат. Притом снятие именно той части грата, которую нужно, связано с трудозатратами, так что в этом случае свести ручной труд человека к нулю невозможно.

Перечисленные минусы выводят сваривание трением из разряда универсальных методов обработки металлов и сплавов, но в областях применимости ему стоит отдать предпочтение, так как плюсы перевешивают.