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.
Содержание
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:
- соединения металлов и сплавов с температурой плавления до 1800 градусов;
- сварки плоских деталей одинаковой толщины под развернутым углом;
- продольной сварки труб;
- изготовления болтов;
- замены пайки мелких деталей с обработанными поверхностями.
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.
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:
- Два отрезка трубы соединяют поперечными разрезами, которые требуется сварить, и закрепляют в двигателе.
- Металлическое кольцо закрепляется на месте будущего сварного шва.
- Трубы начинают вращаться.
- Место соединения труб и кольцо расплавляются.
- 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.
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:
- Подвижная деталь закрепляется в маховике.
- Двигатель раскручивает маховик и выключается.
- Вращающийся маховик с деталью придвигается к неподвижной детали.
- В месте соприкосновения деталей происходит расплав.
- Вращение по инерции прекращается от трения и формируется сварной шов.
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.
Недостатки метода:
- 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.
