Сварка трением алюминиевых сплавов

Обновлено: 09.01.2025

Сварка трением, или фрикционная сварка, была изобретена в 1956 году в СССР. Для нагрева металла используется тепло, выделяемое при интенсивном трении прижатых друг к другу деталей. Метод отличается простотой, экологичностью и малой энергоемкостью. Так можно сваривать даже разнородные металлы и сплавы, не соединяемые другими способами.

Принцип действия

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.

Схема сварки трением

Процесс разделяется на следующие этапы:

Снятие оксидных пленок.
Нагрев поверхностей до температуры пластичности, создание и разрушение фрагментов кристаллических решеток
Останов вращения, кристаллизация зоны контакта, образование сварного шва.

После того, как температура плавления достигнута, вращение останавливают и увеличивают силу прижима.

Технологическая схема сварки трением намного проще, чем электродуговая или газовая сварка.

Особенности процесса сварки

К особенностям сварки трением относят:

Способность к свариванию разнородных материалов, например, сварить сталь алюминий. При этом не требуются присадочные материалы и сложное оборудование.
Применимость для неразъемного соединения деталей из меди, свинца, титана без деформации заготовок.
Максимальная эффективность достигается при работе с заготовками от 6 до 100 миллиметров диаметром.
Незаменимость в создании сложных технологий и выпуске ковано-сварных, штампованно-сварных и сварочно — литых изделий.
Способность соединять материалы с низко свариваемостью. Этим методом можно сварить заготовки, не свариваемые никакими другими методами, например, алюминиевые и стальные.

Схема производства сварки трением

Нагревание при сварке трением широко используется и для сваривания деталей из термопластичных пластиков.

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.

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.

Недостатки, ограничивающие использование метода, не позволяют считать фрикционную сварку универсальной технологией. Однако в сфере своей применимости она обладает значительными преимуществами перед другими методами.

Виды сварки трением

За полвека были разработаны и активно применяются несколько разновидностей фрикционного сваривания деталей. Они обладают своими особенностями, делающими их эффективными в своей области использования.

Сварка с перемешиванием

Технология была разработана и начала применяться в конце ХХ века. Суть метода заключается в использовании вращающегося штыря с заплечиками. Штырь изготавливают из тугоплавкого сплава высокой прочности. Вращаясь и нагревая металл, он проникает в него по линии контакта заготовок. За счет вращательного движения, в которое вовлекаются поверхностные слои размягченного нагревом металла заготовок, происходит перемешивание этих слоев. Так обеспечивается равномерность структуры и характеристик шовного материала.

Сварка трением с перемешиванием

Радиальная сварка

Применяется для соединения труб. В месте стыка на трубы с минимальным зазором надевают металлическое кольцо, которое вращается вокруг них. За счет трения вращения происходит нагрев торцов соединяемых труб. Кольцо обычно изготавливают из того же сплава, что и свариваемые трубы.

Радиальная сварка трением

Штифтовая сварка

Технология разработана для проведения ремонтов. В ремонтируемой детали сверлят отверстие, в него вводят стержень из такого же сплава, что и сама деталь. В ходе вращения штифта выделяется большое количество тепла, нагревающего металл. Это один из немногих мобильных способов сварки трением.

Штифтовая сварка трением

Линейная сварка

В отличие от остальных технологий, использующих трение, в этой вращение не применяется. Детали двигаются друг относительно друга прямолинейно, возвратно – поступательно и нагреваются до необходимой температуры. В этот момент движение прекращают и сильно прижимают заготовки друг к другу. Излишки металла в состоянии пластичности частично выдавливается из зоны сварки, образуется сварочный шов. Существует вариант технологии, при котором обе свариваемые детали неподвижны, а зоне шва о них трется инструмент специальной формы.

Линейная сварка трением

Область применения

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.

Сварка трением в декоре Оборудование для линейной сварки Оборудование для сварки перемешиванием

Отдельно следует отметить, что использование технологии дает особые преимущества там, где выдвинуты высокие требования к экологичность производственного процесса. Высокая энергоэффективность, отсутствие брызг расплавленного металла, вредных испарений и продуктов сгорания, ультрафиолетового излучения и минимальная пожароопасность делают метод особенно выгодным.

Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

Изобретение может быть использовано для выполнения стыковых соединений деталей из алюминиевых жаропрочных сплавов толщиной 2…6 мм. Используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой. Погружение инструмента в стык соединяемых деталей осуществляют с минимальной скоростью вертикального перемещения 7…12 мм/мин и высокой скоростью вращения 350…500 об/мин до достижения заданной глубины, равной 90…95% толщины свариваемых деталей. Угол инструмента при этом изменяют относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5°. Затем, сохраняя угол и скорость вращения, инструмент перемещают вдоль линии стыка со скоростью 220…300 мм/мин при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН, управляемом датчиками обратной связи. Способ позволяет предотвратить износ инструмента, устранить внутренние дефекты и обеспечить прочность сварного соединения до 90% от предела прочности основного материала. 2 ил.

Изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием (СТП) и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и авиастроения для выполнения стыковых соединений алюминиевых жаропрочных сплавов толщиной 2…6 мм.

Специфический дефект соединений, выполненных СТП, называют "kissing bonds" ("несплавление" в корне шва). Дефект устраняется подбором режима сварки. Разрушение образцов в процессе испытаний происходит по данному дефекту, что является причиной снижения предела прочности сварного соединения.

Известен способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов, включающий предварительное выполнение в стыке деталей сквозного отверстия, погружение в него вращающегося инструмента, состоящего из наконечника в виде тела вращения с заплечником, до контакта заплечника с поверхностью деталей и перемещение инструмента вдоль стыка. В процессе сварки пропускают через инструмент и соединяемые детали импульс тока плотностью 30-50 А/мм 2 при длительности протекания тока (2,0-3,5)/n, где n - частота вращения инструмента (патент РФ №2350443 от 27.03.2009).

Известный способ обеспечивает полное проплавление деталей и формирование корня шва более равномерной формы при минимальном технологическом припуске. Данный технологический прием не требует увеличения толщины заготовок, что уменьшает затраты на последующую механическую обработку сварного соединения. Подобранное соотношение длительности импульса тока, его плотности и частоты вращения инструмента способствует качественному формированию соединения деталей и мелкодисперсному распределению фрагментов оксидных пленок и выделений вторичных фаз.

Недостатком известного способа сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов является отсутствие постоянного усилия, действующего на материал со стороны инструмента. В совокупности с отсутствием наклона инструмента это ведет к недостаточному уплотнению и измельчению зерен материала сварного шва. Сварка без постоянного усилия при большой длине сварного шва обязательно приведет к образованию дефектов из-за неровностей станины станка или деформации самих заготовок. Другим существенным недостатком данного способа является плавление металла благодаря пропускаемому току. В результате локального плавления, а также быстрого остывания и кристаллизации, ровно, как и усадки материала будут возникать большие остаточные напряжения. Третьим недостатком является меньшая экономическая эффективность из-за наличия технологического припуска на сварной шов и большие энергозатраты.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов (патент Великобритании №91259788), при котором сварку осуществляют в три этапа. На первом этапе вращающийся с высокой скоростью инструмент цилиндрической или ступенчатой формы с заплечником погружают в стык соединяемых деталей на глубину, примерно равную их толщине. Когда заплечник инструмента войдет в контакт с поверхностью деталей, погружение останавливают и включают перемещение инструмента вдоль линии соединения. На третьем этапе (по окончании сварки) вращающийся инструмент поднимают и выводят из стыка. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - погружение вращающегося с высокой скоростью инструмента, состоящего из пина и опорного бурта, в стык соединяемых деталей до контакта опорного бурта инструмента с поверхностью деталей; перемещение инструмента вдоль линии соединения; подъем вращающегося инструмента и выведение его из стыка.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является повышенный износ инструмента при его введении в стык деталей, а также его поломка в процессе сварки листов толщиной 5-6 мм из-за недостаточного разогрева корневой части соединения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработка способа сварки трением с перемешиванием стыковых соединений из жаропрочных алюминиевых сплавов, позволяющего предотвратить износ инструмента, устранить внутренние дефекты и обеспечить прочность сварного соединения до 90% от предела прочности основного материала.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе сварки трением с перемешиванием стыковых соединений из алюминиевых сплавов, включающем погружение вращающегося с высокой скоростью инструмента, состоящего из пина и опорного бурта, в стык соединяемых деталей до контакта опорного бурта инструмента с поверхностью деталей, перемещение инструмента вдоль линии соединения, подъем вращающегося инструмента и выведение его из стыка, согласно изобретению используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой, до введения пина в стык деталей производят закрепление листовых деталей толщиной 2…6 мм в тисках и фрезерование свариваемых кромок по плоскости, погружение инструмента в стык соединяемых деталей осуществляют с минимальной скоростью вертикального перемещения 7…12 мм/мин и высокой скоростью вращения 350…500 об/мин до достижения заданной глубины, равной 90…95% толщины свариваемых деталей, при этом угол инструмента изменяют относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5°, затем, сохраняя угол и скорость вращения, инструмент перемещают вдоль линии стыка со скоростью 220…300 мм/мин при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН, управляемом датчиками обратной связи.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой; до введения пина в стык деталей производят закрепление листовых деталей толщиной 2…6 мм в тисках и фрезерование свариваемых кромок по плоскости; погружение инструмента в стык соединяемых деталей осуществляют с минимальной скоростью вертикального перемещения 7…12 мм/мин и высокой скоростью вращения 350…500 об/мин до достижения заданной глубины, равной 90…95% толщины свариваемых деталей, при этом угол инструмента изменяют относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5°; сохраняя угол и скорость вращения, инструмент перемещают вдоль линии стыка со скоростью 220…300 мм/мин при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН, управляемом датчиками обратной связи.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволят устранить пористость в корне шва, предотвратить коагуляции зерен различных зон сварного шва и благодаря этому обеспечить прочность соединения до 90% от предела прочности основного материала. Кроме того, предотвращается износ инструмента.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.

На фиг. 1 показана схема закрепления листовых заготовок перед сваркой трением перемешиванием. На схеме показаны:

1 - опорный бурт инструмента для СТП;

2 - пин инструмента для СТП;

5 - свариваемые детали;

6 - пример установки станочных прижимов;

8 - ось вращения инструмента;

9 - нормаль к поверхности деталей;

10 - оси установки боковых прижимов;

11 - направление сварки;

12 - направление вращения инструмента;

13 - угол наклона инструмента.

На фиг. 2 показано поперечное сечение сварного шва после испытаний на определение кратковременных свойств.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед процессом сварки трением с перемешиванием подготавливают кромки свариваемых деталей 5. Для этого детали 5 зажимаются в тисках свариваемыми кромками вверх и фрезеруются по плоскости без скоса кромок. В процессе сварки инструменту придается вращение 350…500 об/мин, заглубление в материал деталей производится со скоростью 7…12 мм/мин, при этом меняется угол инструмента относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5°, при достижении заданной глубины, равной 90…95% от толщины материала, сохраняя угол и скорость вращения, инструмент начинает перемещаться вдоль линии стыка со скоростью 220…300 мм/мин, сварка осуществляется при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН. При таком режиме заглубление инструмента непостоянно и регулируется в соответствии со значениями осевого усилия, получаемыми с датчиков обратной связи станка.

Листовые заготовки (детали) 5 обрабатываются в паре, чтобы не допустить появления зазора между ними. Прижим боковых поверхностей деталей 5 осуществляется в плоскости станины перпендикулярно стыку 7 для обеспечения максимально полного контакта сварочных кромок. Прижим деталей 5 в вертикальной плоскости станочными прижимами 6 предотвращает движение деталей 5 относительно станины во время процесса сварки и возникновение высоких циклических нагрузок и изгиба инструмента (фиг. 1), а также обеспечивает плотный контакт деталей 5 с подложкой 3. Подложка 3 используется в виде пластины из нержавеющей стали без внешних дефектов и отполированной до зеркального блеска для предотвращения проникновения расплава алюминия в материал подложки 3 и, как следствие, прилипания к ней свариваемых деталей 5. Подложка 3 должна быть таких размеров, чтобы полностью перекрывать сварной шов 4 и места установки прижимов 6.

На формирование соединения и его качество помимо подготовки кромок и закрепления существенное влияние оказывает форма пина 2 и диаметр опорного бурта 1 (фиг. 1). Экспериментально установлено, что выполнение пина 2 в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками и опорного бурта диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой позволяет при положительном вращении инструмента направлять пластифицированный металл к центру и вниз к корню сварного шва и предотвратить повышенный износ инструмента (фиг. 2).

Для качественного формирования соединения без дефектов в виде пор в корневой части шва (фиг. 2) необходимо обеспечить пребывание металла соединяемых деталей в этой зоне в пластичном состоянии некоторый промежуток времени. В этом случае обеспечивается перемешивание металла деталей в корне шва. Вращение инструмента на стадии заглубления пина в материал детали со скоростью 350…500 об/мин способствует прогреву материала деталей до пластифицированного состояния и позволяет избежать крайних состояний: фрезерования канавки либо плавления материала деталей.

Заглубление пина 2 (фиг. 1) в материал деталей со скоростью 7…12 мм/мин при скорости вращения инструмента 350…500 об/мин и достижение заданной глубины пина, обеспечивающее полный контакт поверхности деталей с опорным буртом 1 инструмента, позволяет прогреть материал деталей в месте контакта с пином и предотвратить появление стружки или излишнего облоя, прогреть корневую зону сварного соединения и сохранить некоторый промежуток времени ее материал в пластичном состоянии, а также предотвратить нагрев и вероятность разрушения инструмента.

Отклонение инструмента относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5° необходимо для уплотнения сварного шва позади инструмента и снижения вероятности возникновения дефектов сварного шва.

Скорость вращения инструмента 350…500 об/мин в процессе сварки трением с перемешиванием остается постоянной для поддержания твердофазного процесса сварки. Сохранение угла и скорости вращения инструмента в процессе его перемещения вдоль линии стыка позволяет получать плотную мелкозернистую структура сварного шва и достигать прочности сварного соединения более 90% от прочности основного материала.

Поддержание скорости сварки или продольной подачи инструмента 220…300 мм/мин позволяет при прочих заданных параметрах осуществлять процесс сварки деталей без внешних и внутренних дефектов, а также без значительного роста зерен различных зон сварного шва.

Сварка при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН, позволяет обеспечить равномерную структуру сварного шва без дефектов и пористости в корне шва. При этом сварка с постоянным усилием и управлением по обратной связи, в отличие от сварки с постоянным уровнем заглубления, позволяет ликвидировать дефекты, возникающие при отклонении от плоскостности подложки, станины станка и самих деталей. При уменьшении усилия возникает риск непровара в корне шва и возникновения дефектов в виде «червоточины» (тоннельный дефект). При увеличении усилия инструмент будет сильнее заглубляться в материал деталей, тем самым приводя к утонению сварного шва, появлению концентраторов напряжений на границах перемещения опорного бурта, а также подмешиванию материала подложки в сварочной шов, деформации подложки и риску разрушения инструмента.

По предлагаемому способу выполняли опытную сварку образцов из жаропрочного алюминиевого сплава 1151 AT толщиной 3 мм и 4 мм. Для сварки применяли инструмент с пином в форме усеченного конуса длиной 2,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками и опорным буртом диаметром 12 мм со спиральной канавкой. При сварке инструменту придается вращение 500 об/мин, заглубление в материал заготовок производится со скоростью 10 мм/мин, при этом меняется угол инструмента относительно вертикальной оси с 0 до -1,5°, по достижении заданной глубины 2,7 мм, сохраняя угол и скорость вращения, инструмент начинает перемещаться вдоль линии стыка со скоростью 280 мм/мин, сварка осуществляется при постоянном осевом усилии, равном 14 кН. При таком режиме заглубление инструмента непостоянно и регулируется в соответствии со значениями осевого усилия, получаемыми с датчиков обратной связи станка.

Испытания на определение кратковременных свойств показали, что получаемый сварной шов не содержит внутренних дефектов в виде пор и скопления пор, снижающих предела прочности сварного соединения (фиг. 2).

Предлагаемый способ позволяет получать сварные соединения с прочностью 90% от прочности основного материала без усадки шва и образования внутренних дефектов. Кроме того, предотвращается износ инструмента.

Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений листовых деталей из алюминиевых сплавов, включающий погружение вращающегося инструмента, состоящего из пина и опорного бурта, в стык соединяемых деталей до контакта опорного бурта инструмента с поверхностью деталей, перемещение инструмента вдоль линии соединения, подъем вращающегося инструмента и выведение его из стыка, отличающийся тем, что используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой, при этом до введения пина в стык деталей производят закрепление листовых деталей толщиной 2…6 мм в тисках и фрезерование свариваемых кромок по плоскости, погружение инструмента в стык соединяемых деталей осуществляют со скоростью вертикального перемещения 7…12 мм/мин и скоростью вращения 350…500 об/мин до достижения заданной глубины, равной 90…95% толщины свариваемых деталей, причем угол инструмента изменяют относительно вертикальной оси с 0 до -1,5…-2,5°, затем при сохранении угла и скорости вращения инструмент перемещают вдоль линии стыка со скоростью 220…300 мм/мин при постоянном осевом усилии, равном 12…15 кН, управляемом датчиками обратной связи.

Сварка трением с перемешиванием

Среди огромного количества различных технологий сварки следует отметить сварку трением с перемешиванием. Подобный процесс не предусматривает использование защитных газов и расходных сварочных материалов. При этом можно получить соединение высокого качества. Технология в большинстве случаев применяется при обработке алюминия и некоторых других сплавов. Рассмотрим принцип процесса и некоторые другие моменты подробнее.

Принцип процесса

Сварка трением с перемешиванием проводится при применении специального инструмента, который напоминает форму стержня. Среди особенностей сварки трением с перемешиванием можно отметить нижеприведенные моменты:

Применяемое оборудование для сварки трением с перемешиванием состоит из двух основных частей: заплечика и бурта, а также наконечника.
Инструмент выбирается в зависимости от толщины материала и его типа. Некоторые сплавы характеризуются низкой степенью обрабатываемостью.
Длина наконечника устанавливается в зависимости от толщины детали.
Этот метод сварки может выполняться с присадочным материалом. На момент сварки инструмент вращается с высокой скоростью в месте плавления. Оказываемое давление приводит к тому, что наконечника внедряется в заготовку на требуемую толщину. При этом заплечник должен коснуться обрабатываемой поверхности.
Следующий шаг заключается в перемещении инструмента по линии шва с определенной скоростью. При сильном трении поверхность материалов начинает сильно нагреваться, за счет чего он начинает становится пластичным. Деформация проходит равномерно.

При помощи специальной установки можно создать прочное соединение, которое характеризуется довольно высоким качеством.

Основные параметры которые влияют на свойства шва

Стоит учитывать, что некоторые параметры оказывают влияние на основные качества образующегося шва. К основным можно отнести:

Скорость перемещения инструмента определяет силу трения, возникающую между режущей поверхностью и заготовкой. От этого зависит также температура.
Частот вращения инструмента также оказывает влияние на температуру в зоне обработке.
Угол наклона инструмента также оказывает влияние на особенности проведения сварки трение с перемешиванием.
Геометрические размеры применяемого прибора выбираются в зависимости от того, какой нужно получить соединение.
Усилие прижатия и перемещения также можно считать наиболее важными параметрами.

При рассмотрении способа сварки трением отметим, что подобная технология сегодня активно развивается. Это связано с тем, что естественный процесс нагрева не приводит к появлению внутренних деформаций и иных дефектов.

Основные области применения

На сегодняшний день рассматриваемая технология применяется в большинстве случаев при выпуске транспортных средств. Это связано с нижеприведенными моментами:

При применении технологии, которая предусматривает плавление металла, может появится перфорация тонких листов стали. Примером можно назвать обработку алюминия.
Рассматриваемая технология СТП определяет выделение меньшего количества тепла. Именно поэтому вероятность появления подобных дефектов незначительна.
Сварки трением с перемешиванием характеризуется высокой эффективностью, так как ее использование приводит к уменьшению степени энергопотребления в два раза.
Применение технологии позволяет снизить вес получаемой конструкции.

Все приведенные выше моменты определяют то, что рассматриваемая технология получила следующее распространение:

Судостроение.
Аэрокосмическая промышленность.
Электротехническая промышленность.
Строительство.
Пищевая промышленность.
Железнодорожный транспорт.

Оборудование для сварки трением с перемешиванием

Чаще всего сварки трением с перемешиванием применяется при соединении медных сплавов. Примером можно назвать получение контейнеров, которые можно использовать для хранения ядерных отходов и ответственных деталей.

Преимущества

Рассматриваемый метод характеризуется довольно большим количеством достоинств. Перемешивая заготовки трением можно получить качественный шов. Качество сварки трением перемешиванием повышается при использовании различных инструментов. Преимуществами можно назвать следующие моменты:

Заготовки не нужно тщательно подготавливать. Если рассматривать контактную и другую технологию, то перед непосредственной обработкой поверхность должна быть тщательно очищена от различных загрязнений и быть ровной. В противном случае качество шва будет низким, достигнуть требуемой герметичности не получится. В рассматриваемом случае достаточно очистить поверхность от крупных и сильно проявляющихся загрязнений.
Не возникает необходимости в особой подготовке кромок. Некоторые технологии предусматривают снятие поверхностного слоя металла и проведение некоторых технологических операций, которые позволят существенно повысить прочность соединения.
Есть возможность провести соединение металла, который нельзя обработать обычным способом. Примером можно назвать материалы, не подающиеся обычным методам сварки. При этом необходимость в предварительном подогреве зоны обработки практически не возникает.
Прочность получаемого соединения достаточно высока. Именно поэтому технология может применяться для получения ответственных изделий с различной областью применения.
Нет необходимости в использовании присадочной проволоки. Этот момент существенно снижает себестоимость проводимой работы.
В месте соединения зернистость мелкая. За счет этого повышается плотность сварочного шва и его устойчивость к различного рода воздействия.
Отсутствие пор также благоприятно сказывается на качестве полученного соединения. Это свойство можно связать с тем, что при сильном нагреве проводится выделение различных газов и веществ, которые и становятся причиной образования пористости.
Практически полное отсутствие признаков коробления и термической деформации определяет то, что финишная обработка требуется крайне редко.
После проведения сварочных работ при сварке трением с перемешивание изделие практически сразу готово к применению. При этом нет необходимости в проведении каких-либо подготовительных действий.
Не повышается степень реакции поверхности на воздействие окружающей среды. Другими словами, материал не покрывается коррозией.
При проведении процедуры на момент сварки трением с перемешиванием не образуется токсичных газов или других выделений. Кроме этого, более распространенные методы, основанные на воздействии тока, приводят к образованию электрической дуги, которая оказывает негативное воздействие на оператора и окружающих при условии отсутствия специальных средств индивидуальной защиты.
Уменьшается продолжительность производственного цикла примерно на 50% в сравнении с другими распространенными способами.
Экономия на количестве потребляемой энергии составляет 20%.

Как ранее было отмечено, получение бездефектных швов на сплавах определило широкое распространение сварки трением с перемешиванием. Примером можно назвать получение кузовных деталей.

Недостатки

У проводимой процедуры также есть несколько недостатков, которые нужно учитывать. Примером можно назвать возможность нарушения сплошности шва. Кроме этого, некоторые сплавы в меньшей степени подвержены воздействию силы трения.

Совершенствование рассматриваемого способа определило то, что на поверхности шва образуются дефекты в самых крайних случаях. Чаще всего это случается при нарушении технологии и использовании низкокачественного инструмента.

Технологические возможности у рассматриваемой процедуры довольно обширны. Примером назовем следующие моменты:

Автоматизация процесса.
Получение качественных изделий при несущественных финансовых затратах.
Получение шва без сильного наплыва металла.

Сварка меди и стали

Как ранее было отмечено, сварка трением с перемешиванием сегодня активно развивается. Именно поэтому в будущем может появится оборудование с более высоким показателем производительности.

Особенности формирования соединений при применении СТП

Как ранее уже было отмечено, сварка трением с перемешиванием характеризуется достаточно большим количеством особенностей. Среди ключевых моментов, касающихся формирования соединения, можно отметить нижеприведенную информацию:

Нагрев металла проводится постепенно до температуры, которая не приводит к изменению основных свойств.
Температура повышается только в одном локальном месте. За счет этого обеспечивается высокое качество получаемого соединения.
При соблюдении рекомендаций по проведению рассматриваемой процедуры дефекты возникают крайне редко. Именно поэтому в большинстве случаев достаточно провести визуальный осмотр места соединения для контроля качества.

Современное оборудование позволяет получать минимальный шов, которые после финишной обработки практически незаметен. Обширное распространение рассматриваемого метода также можно связать с тем, что она подходит для работы с труднообрабатываемыми металлами.

Сварка трением с перемешиванием – активно развивающаяся технология, которая сегодня все чаще внедряется в различное производство.

Способ сварки трением алюминиевых сплавов

Изобретение может быть использовано в авиастроении, ракетостроении, судостроении и других отраслях машиностроения для получения соединений панельных конструкций из алюминиевых сплавов. Инструмент для сварки включает наконечник в виде тела вращения с заплечником. Предварительно выполняют в стыке деталей сквозное отверстие. Погружают в отверстие вращающийся инструмент до контакта заплечника с поверхностью деталей и перемещают инструмент вдоль стыка. Через инструмент и соединяемые детали в процессе сварки пропускают импульс тока плотностью 30-50 А/мм 2 при длительности протекания тока (2,0-3,5)/n, где n - частота вращения инструмента. С ростом толщины соединяемых деталей плотность тока в импульсе увеличивают. Способ обеспечивает полное проплавление деталей с формированием корня шва равномерной формы при минимальном технологическом припуске. Приведенные параметры режимов сварки способствуют получению соединения с мелкодисперсным распределением фрагментов оксидных пленок и выделений вторичных фаз. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области технологии неразъемного соединения (сварки) и может быть использовано в авиастроении, ракетостроении, судостроении и других отраслях машиностроения для получения соединений панельных конструкций из алюминиевых сплавов.

Известен способ сварки трением для соединения встык листовых элементов конструкций, по которому вращающийся инструмент погружают в стык между плотно прижатыми торцами соединяемых деталей и перемещают вдоль стыка с перемешиванием под давлением нагретого металла в зону сзади инструмента. Нагрев металла осуществляется за счет сил трения между заплечником инструмента и поверхностью соединяемых деталей (W.M.Thomas, E.D.Nicholas, E.R.Watts and D.G.Staines. Friction Based Welding Technology for Aluminum. Materials. 5 Science Forum Vols. 396-402, 2002, pp.1543-1548. 2002. Trans Tech Publications, Switzerland. Fig.1a).

К недостаткам данного способа можно отнести:

- формирование несимметричности швов вследствие неравномерного съема материала со стыкуемых кромок и его переноса;

- большая ширина шва и разогрев соединяемых деталей в верхней части соединения;

- образование на поверхности шва бороздок и других неровностей, оставляемых вращающимся инструментом;

- высокие циклические нагрузки, изгиб и нагрев инструмента, создающие высокую вероятность разрушения инструмента.

Известен способ сварки трением с перемешиванием (патент Великобритании №91259788), при котором сварку осуществляют в три этапа. На первом этапе вращающийся с высокой скоростью инструмент цилиндрической или ступенчатой формы с заплечником погружают в стык соединяемых деталей на глубину, примерно равную их толщине. Когда заплечник инструмента войдет в контакт с поверхностью деталей, погружение останавливают и включают перемещение инструмента вдоль линии соединения. На третьем этапе (по окончании сварки) вращающийся инструмент поднимают и выводят из стыка. Недостатком данного метода сварки трением с перемешиванием является повышенный износ инструмента при его введении в стык деталей, а также его поломка в процессе сварки листов толщиной 5-6 мм из-за недостаточного разогрева корневой части соединения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ сварки трением с перемешиванием, при котором в стыке деталей предварительно выполняют сквозное отверстие, в которое погружают вращающийся инструмент, состоящий из наконечника в виде тела вращения с заплечиком, до контакта заплечика с поверхностью деталей (патент РФ №2247639 С1 «Способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов», Овчинников В.В., Рязанцев В.И.). Ось отверстия располагают под углом α к нормали к поверхности деталей в плоскости их стыка. Диаметр отверстия задают в пределах D=d+(0,10+0,15) мм, наконечник инструмента заглубляют в стык на (0,90-0,95)δ, где δ - толщина деталей. При этом скорость перемещения инструмента вдоль стыка деталей регулируют в пределах 0,20-0,35 мм/об.

Недостатком прототипа является частый выход инструмента из строя из-за скалывания наконечника в корневой части соединения, а также послойное расположение оксидных пленок в сварном шве. Последнее явление приводит к существенному снижению прочностных свойств соединений, особенно при циклических нагрузках.

Предлагаемый способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов обеспечивает полное проплавление деталей, формирует корень шва более равномерной формы, при минимальном технологическом припуске. Этот технологический прием не требует увеличения толщины заготовок, что уменьшает затраты на последующую механическую обработку сварного соединения. Подобранное соотношение длительности импульса тока, его плотности и частоты вращения инструмента способствует качественному формированию их соединения и мелкодисперсному распределению фрагментов оксидных пленок и выделений вторичных фаз.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, обеспечивается путем пропускания через инструмент и соединяемые детали импульса тока плотностью 30-50 А/мм 2 при длительности протекания тока (2,0-3,5)/n, где n - частота вращения инструмента.

Подробнее сущность заявляемого способа поясняется чертежами:

на фиг.1 - изображена принципиальная схема выполнения способа;

фиг.2 - пустоты в корневой части соединения при длительности импульса более 035/n;

на фиг.3 - распределение твердости в металле шва при сварке без импульсов тока (а) и с импульсами тока (б) сплава АЛ9;

на фиг.4 - микроструктура металла шва сплава АЛ9 при сварке с импульсами тока (×200);

на фиг.5 - микроструктура шва сплава АЛ9 при сварке без импульсов тока (×200);

Предложенный способ сварки трением алюминиевых сплавов осуществляется следующим образом. Детали 1 и 2 устанавливают в сварочном приспособлении. Затем в детали вводят вращающийся инструмент, состоящий из заплечника 3 и наконечника 4 в виде тела вращения (фиг.1). Наконечник 4 заглубляют в детали 1 и 2 на 0,90-0,95 их толщины до контакта заплечника 3 с поверхностью детали. Затем вращающийся инструмент перемещают вдоль стыка 5 деталей 1 и 2. При перемещении инструмента металл 6, разогретый за счет трения заплечника 3 о поверхность деталей, в твердожидком состоянии поступает в зону под образующей наконечника 4 и изоляционной подкладкой 7 и формирует проплав. Формирование проплава осуществляется за счет металла технологического припуска.

В процессе перемещения инструмента вдоль стыка 5 деталей через него и детали пропускают импульс тока плотностью 30-50 А/мм 2 . Пропускание тока через контакт между инструментом и деталями позволяет обеспечить дополнительный разогрев металла в зоне перед наконечником до пластичного состояния и снизить нагрузку на инструмент. При плотности тока в импульсе менее 30 А/мм 2 не происходит разогрева металла перед наконечником инструмента и эффект от пропускания тока не проявляется. При плотности тока в импульсе более 50 А/мм 2 имеет место подплавление металла в контакте инструмента с поверхностью деталей, сопровождаемое ухудшением формирования соединения и образованием подповерхностных трещин. Поэтому оптимальной является плотность тока в импульсе 30-50 А/мм 2 .

На формирование соединения, его свойства и производительность процесса (скорость сварки) оказывает влияние длительность протекания тока. При длительности импульса тока менее чем 2,0/n не происходит образования перед наконечником 4 тонкой пленки свариваемого материала в твердожидком (пластичном) состоянии. В этом случае наконечник формирует пленку металла в твердожидком состоянии только за счет нагрева трением. В этом случае не наблюдается увеличения скорости сварки, а на инструмент в процессе соединения деталей действуют высокие циклические нагрузки. При увеличении длительности импульса более 3,5/n наблюдается разогрев материала наконечника 4 инструмента, а также образование жидкой прослойки вокруг наконечника в материале соединяемых деталей. Образование жидкой прослойки приводит к образованию осевой трещины вдоль стыка соединяемых деталей, а также пустот в корневой части соединения (фиг.2). Интенсивный нагрев наконечника инструмента сопровождается диффузией в его тело алюминия и разрушением инструмента из-за возникновения сетки микротрещин.

Таким образом, оптимальной длительностью протекания импульса тока является длительность, определяемая по соотношению (2,0-3,5)/n.

Были проведены эксперименты по сварке образцов из сплава АЛ9 толщиной 5 мм. Сварку образцов осуществляли на фрезерном станке, оснащенном специальным фиксирующим приспособлением для установки образцов. Приспособление было оснащено формирующей канавкой в подкладке из изоляционного термостойкого материала. Подкладка устанавливалась непосредственно под стыком свариваемых деталей. Для сварки применяли инструмент, состоящий из конического наконечника 4 высотой 4,5 мм и заплечника 3 диаметром 16 мм. Инструмент изготовляли из жаропрочного сплава ХН55ВМКТЮ. Рабочая часть заплечника выполнялась полированной. Частота вращения инструмента составляла 1200 об/мин. Полученные результаты приведены в таблице.

Замеры распределения твердости в металле шва показали, что применение импульсов тока в заявляемых пределах по величине и длительности протекания позволяют повысить твердость металла шва и выровнять ее истинные значения по площади шва (фиг.3). Полученный результат основывается на более равномерном распределении упрочняющих интерметаллидных фаз, которое достигается при пропускании импульса тока в процессе сварки трением (фиг.4 и 5).

Таблица
Плотность тока, А/мм 2	Длительность импульса тока, с	Максимальная скорость сварки, мм/мин	Особенности формирования соединения
По соотношению	Величина
25	0,9	Формирование соединения аналогично формированию при сварке без пропускания импульса тока
2,7/n	0,14
		30	1,0	Наблюдается повышение скорости сварки и измельчение частиц упрочняющих фаз в металле шва
		40	1,7
		50	2,2
55	2,5	Подплавление металла деталей в зоне его контакта с заплечником
40	1,8/n	0,09	1,3	Высокие циклические нагрузки на инструмент и несимметричность шва
	2,0/n	0,10	1,5	Наблюдается повышение скорости сварки и измельчение частиц упрочняющих фаз в металле шва
	2,7/n	0,14	1,7
	3,5/n	0,175	1,9
3,8/n	0,19	2,1	Подплавление металла свариваемых деталей и формирование пустот в металле шва

Использование данного способа позволяет получить сварные соединения высокого качества из алюминиевых сплавов без дефектов в виде включений оксидной пленки. При этом обеспечивается симметричное формирование шва и снижение величины необходимого технологического припуска с 0,15 до 0,05 мм. Также возрастает стойкость инструмента.

Способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов, включающий предварительное выполнение в стыке деталей сквозного отверстия, погружение в него вращающегося инструмента, состоящего из наконечника в виде тела вращения с заплечником, до контакта заплечника с поверхностью деталей и перемещение инструмента вдоль стыка, отличающийся тем, что через инструмент и соединяемые детали в процессе сварки пропускают импульс тока плотностью 30-50 А/мм 2 при длительности протекания тока (2,0-3,5)/n, где n - частота вращения инструмента.

Сварка трением с перемешиванием: виды, технология, оборудование

Существует большое многообразие сварочных методов. Среди них есть такой экзотический процесс, как сварка трением с перемешиванием. Его отличительной чертой является отсутствие расходных материалов, таких как электроды, сварочная проволока, защитные газы. Недавно разработанный метод обретает широкое распространение.

История появления

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.

Суть процесса

Соединение металлов происходит за счет разогрева в зоне сварки методом трения. Основным сварочным инструментом сварки трением с перемешиванием является металлический стержень, состоящий из двух половинок: бурта и заплечика.

Своей выступающей частью вращающийся стержень погружается в материал, вызывая сильный нагрев. Его подачу ограничивает заплечик, не позволяя пройти насквозь свариваемую деталь. В зоне нагрева материал значительно увеличивает свою пластичность и, придавливаемый заплечиком, формирует единую массу.

Следующим этапом происходит перемещение стержня вдоль свариваемой зоны. Двигаясь вперед, бурт перемешивает разогретую металлическую массу, которая после остывания образует прочное соединение.

Что влияет на качество СТП

Сварка трением с перемешиванием - это процесс постоянно развивающийся. Но уже сейчас можно выделить несколько параметров, влияющих на качество соединения:

Усилие, создаваемое инструментом.
Скорость подачи сварочной головки.
Величина бурта.
Окружная скорость вращения стержня.
Угол наклона.
Усилие подачи стержня.

Манипулирование характеристиками сварки позволяет достигать соединения разнородных металлов. Например, алюминия и лития. Литий благодаря своей малой плотности и высокой прочности может выступать как легирующий компонент деталей из алюминиевых сплавов, что позволяет применять эту технологию в аэрокосмической отрасли.

Сварка трением с перемешиванием может с легкостью заменить ковку, штамповку, литье, когда они применяются для производства деталей из трудно сочетающихся металлов. Например, сталей со структурой аустенита и перлита, стали из алюминия или бронзы.

В каких сферах применяется

Такие сферы производства, как автомобилестроение, постоянно работают над тем, как увеличить прочностные качества изделия при уменьшении его массы. В связи с этим непрерывно идет внедрение новых материалов, которые были ранее не свойственны ввиду сложности обработки. Все чаще силовые элементы, такие как подрамники, а иногда и кузова целиком, делают из алюминия или его сочетания с другими материалами.

Так, в 2012 году компания “Хонда” применила аддитивные технологии и сварку трением с перемешиванием для производства подрамников для своих автомобилей. Они внедрили сочетание стали и алюминия.

При производстве сварных элементов кузова из алюминия может возникать прожиг листов металла. Этого недостатка лишена СТП. Кроме того, что потребление электричества снижается в 1,5-2 раза, снижаются затраты на расходные материалы, такие как сварочная проволока, защитные газы.

Кроме производства автомобилей СТП применяется в следующих областях:

Строительное производство: алюминиевые опорные фермы, пролеты мостов.
Железнодорожный транспорт: рамы, колесные тележки, вагоны.
Судостроение: переборки, элементы конструкции.
Авиастроение: топливные баки, части фюзеляжа.
Пищепром: различные емкости для жидких продуктов (молоко, пиво).
Производство электротехники: корпуса электродвигателей, параболические антенны.

Кроме алюминиевых сплавов сварка трением с перемешиванием применяется для получения соединений меди, например, при производстве медных контейнеров для захоронения отработанного радиоактивного топлива.

Достоинства СТП

Исследование СТП позволило подобрать режимы сварки при соединении различных групп сплавов. Несмотря на то, что изначально СТП разрабатывалась для работы с металлами с низкой температурой плавления, такими как алюминий (660 °C), впоследствии стала применяться для соединения никеля (1455 °С), титана (1670 °C), железа (1538 °C).

Исследования показывают, что шов, полученный таким способом, полностью соответствует по своей структуре металлу свариваемых деталей и имеет более высокие показатели прочности, меньшие затраты трудоемкости и низкую остаточную деформацию.

Правильно подобранный режим сварки гарантирует соответствие материала шва и свариваемого металла по следующим показателям:

усталостная прочность:
прочность на изгиб и растяжение;
ударная вязкость.

Преимущества перед другими видами сварки

СТП имеет множество достоинств. Среди них:

Нетоксична. В отличие от других разновидностей, здесь нет горения электрической дуги, благодаря которой расплавленный металл испаряется в зоне сварки.
Увеличение скорости формирования шва, благодаря чему снижается время производственного цикла.
Снижение затрат на электроэнергию в два раза.
Отсутствие необходимости в дальнейшей обработке сварного шва. Инструмент для сварки трением с перемешиванием в процессе работы формирует идеальный шов, не требующий зачистки.
Нет необходимости в дополнительных расходных материалах (сварочной проволоки, технических газов, флюсов).
Возможность получения соединений металлов, недоступных для остальных видов сварки.
Нет необходимости в особой подготовке сварочных кромок, за исключением очистки и обезжиривания.
Получение однородной структуры шва без пор, в результате чего становится проще контроль качества, который регламентирован для сварки трением с перемешиванием ГОСТ Р ИСО 857-1-2009.

Как проверяется качество сварного шва

Качество сварки проверяется двумя разновидностями контроля. Первый подразумевает разрушение опытного образца, полученного в результате соединения двух деталей. Второй допускает проверку без разрушения. Применяются такие методы, как оптический контроль, аудиометрическое исследование. Оно помогает определить наличие пор и неоднородных включений, ухудшающих характеристики шва. Результаты звукового контроля представляют собой диаграмму, наглядно показывающую места отклонения акустического эха от нормы.

Недостатки метода

При многочисленных достоинствах метод сварки трением имеет сопутствующие минусы:

Отсутствие мобильности. СТП предполагает соединение неподвижных деталей, жестко закрепленных в пространстве. Это накладывает на оборудование для сварки трением с перемешиванием определенные свойства, такие как неподвижность.
Низкая универсальность. Громоздкое оборудование настраивается на выполнение однотипных операций. В связи с этим приспособления для сварки проектируются под конкретные задачи. Например, для сваривания автомобильных боковин на конвейере, и ни для чего другого.
Сварочный шов имеет радиальную структуру. В связи с этим при определенных видах деформации или при работе детали в агрессивной среде может накапливаться усталость сварного шва.

Разновидности СТП по принципу действия

Сварочные процессы, использующие в основе трение, можно разделить на несколько типов:

Линейное трение. Суть метода сводится к получению неразъемного соединения не в результате действия вращающегося наконечника, а по причине движения деталей друг относительно друга. Воздействуя на поверхность в точке соприкосновения, они создают трение и, как следствие, высокую температуру. Под давлением происходит расплавление примыкающих частей, и возникает сварное соединение.
Радиальная сварка. Этот метод применяется для производства емкостей большого диаметра, железнодорожных цистерн. Он сводится к тому, что стыки деталей разогреваются вращающимся кольцом, одетым снаружи. Силой трения оно вызывает температуру, близкую к температуре плавления. Примером предприятия, использующего данную технологию, может служить чебоксарская фирма по производству цистерн “Сеспель”. Сварка трением с перемешиванием занимает основную долю сварочных работ.
Штифтовая сварка. Данная разновидность заменяет собой заклепочное соединение. Этот вид применяется при соединениях внахлест. Вращающийся штифт в месте соприкосновения разогревает свариваемые детали. От высокой температуры происходит расплавление, и штифт проникает внутрь. Остыв, он создает прочное неразъемное соединение.

Разновидности СТП по уровню сложности

Сварочные операции, выполняемые при помощи трения, можно условно разделить на плоскостные и объемные. Главное отличие этих разновидностей в том, что в первом случае сварочный шов формируется в двухмерном пространстве, а во втором в трехмерном.

Так, для плоскостных соединений предприятие по выпуску сварочного оборудования ESAB разработало 2D-установку LEGIO. Она представляет собой настраиваемую систему для сварки трением с перемешиванием различных цветных металлов. Разные размерные группы оборудования позволяют сваривать детали малых и больших размеров. Согласно маркировке оборудование LEGIO имеет несколько компоновок, которые отличаются количеством сварочных головок, возможностью сварки по нескольким осевым направлениям.

Для сварочных работ со сложным положением в пространстве существуют 3D-роботы. Такие аппараты устанавливаются на автомобильных конвейерах, где требуются сварные швы непростой конфигурации. Одним из примеров таких роботов может служить установка Rosio производства ESAB.

Заключение

СТП выгодно отличается от традиционных видов сварки. Ее повсеместное применение не только сулит экономическую выгоду, но и сохранение здоровья людей, занятых в производстве.

Читайте также: