Frikciono zavarivanje sa mešanjem: vrste, tehnologija, oprema

Postoji veliki izbor metoda za zavarivanje. Među njima postoji takav egzotičan proces kao što je frikciono zavarivanje sa mešanjem. Njegova karakteristična karakteristika je odsustvo potrošnog materijala, kao što su elektrode, žica za zavarivanje, zaštitni gasovi. Novorazvijena metoda postaje široko rasprostranjena.

Istorija izgleda

Istorija frikcionog zavarivanja (STP) počela je 1991. godine. Bio je to inovativni razvoj britanskog Instituta za zavarivanje (TWI). Nekoliko godina kasnije, tehnologija je korištena u izgradnji aviona i brodova.

Prve kompanije koje su lansirale novu tehnologiju u proizvodnju bili su norveški brodski aluminijum i američki Boeing. U svojim preduzećima koristili su opremu za zavarivanje koncerna ESAB, specijalizovanu za razvoj u oblasti rotacionog frikcionog zavarivanja (PCT).

Od 2003. godine kompanija kontinuirano istražuje mogućnosti frikcionog zavarivanja sa miješanjem. Na primjer, razvijene su metode za zavarivanje legura aluminijuma i njihove modifikacije koje se koriste u konstrukciji aviona, brodova i željezničkih kontejnera.

U avionskoj industriji pronađen je moguće zamijeniti spojevi zakovica sa zavarenim. Štaviše, brzina zavarivanja STP metodom značajno premašuje brzinu električnog luka. Zavar dužine 6 metara može se formirati za jednu minutu, dok brzina zavarivanja na uobičajen način dostiže samo 0,8-2 m/min sa debljinom dela od 0,5 cm.

Suština procesa

Spajanje metala nastaje usled zagrevanja u zoni zavarivanja trenjem. Glavni alat za zavarivanje frikcionog zavarivanja sa mešanjem je metalna šipka koja se sastoji od dve polovine: ramena i ramena.

Sa svojim izbočenim dijelom, rotirajuća šipka uranja u materijal, uzrokujući jako zagrijavanje. Njegovo snabdevanje je ograničeno jastučićem za ramena, ne dozvoljavajući mu da prođe kroz zavareni deo. U zoni grijanja materijal značajno povećava svoju plastičnost i, pritisnut ramenom, formira jednu masu.

Sljedeći korak je kretanje štapa duž zavarene zone. Krećući se naprijed, burt miješa zagrijanu metalnu masu, koja nakon hlađenja stvara jaku vezu.

Šta utiče na kvalitet STP

Frikciono zavarivanje sa mešanjem je proces koji se stalno razvija. Ali već sada je moguće razlikovati nekoliko parametara koji utiču na kvalitet veze:

1. Sila koju stvara alat.
2. Brzina uvlačenja glave za zavarivanje.
3. Veličina Burta.
4. Obimna brzina rotacije štapa.
5. Ugao nagiba.
6. Snaga za uvlačenje štapa.

Manipulacija karakteristikama zavarivanja omogućava postizanje veze različitih metala. Na primjer, aluminijum i litijum. Litijum, zbog svoje male gustine i velike čvrstoće, može delovati kao legirajuća komponenta delova od legure aluminijuma, što omogućava primenu ove tehnologije u vazduhoplovnoj industriji.

Frikciono zavarivanje sa mešanjem može lako zameniti kovanje, štancanje, livenje Kada korišćeni su za proizvodnju dijelova od metala koji se teško kombinuju. Na primjer, čelici sa austenitnom i perlitnom strukturom, aluminijumski ili bronzani čelik.

U kojim oblastima se koristi

Područja proizvodnje kao što je automobilska industrija neprestano rade na tome kako povećati kvalitete snage proizvoda uz smanjenje njegove mase. U tom smislu, postoji kontinuirano uvođenje novih materijala koji ranije nisu bili karakteristični zbog složenosti obrade. Sve više, elementi snage, kao što su nosila, a ponekad i cijelo tijelo, izrađeni su od aluminijuma ili njegove kombinacije sa drugim materijalima.

Tako je 2012. godine Honda primijenila aditivne tehnologije i frikciono zavarivanje miješanjem za proizvodnju nosila za svoje automobile. Implementirali su kombinaciju čelika i aluminijuma.

U proizvodnji zavarenih karoserijskih elemenata od aluminijuma može doći do sagorevanja metalnih limova. Ovaj nedostatak je lišen STP. Pored činjenice da se potrošnja električne energije smanjuje za 1,5 - 2 puta, smanjuju se i troškovi potrošnog materijala poput žice za zavarivanje, zaštitni gasovi.

Pored proizvodnje automobila, STP se koristi u sledećim oblastima:

1. Građevinska Proizvodnja: aluminijumske potporne rešetke, mostovi.
2. Željeznički saobraćaj: okviri, kolica na točkovima, vagoni.
3. Brodogradnja: pregrade, strukturni elementi.
4. Avionska industrija: rezervoari za gorivo, dijelovi trupa.
5. Prehrambena industrija: razni kontejneri za tečne proizvode (mlijeko, pivo).
6. Proizvodnja električne opreme: kućišta električnih motora, parabolične antene.

Pored legura aluminijuma, frikciono zavarivanje mešanjem se koristi za proizvodnju jedinjenja bakra, na primer, u proizvodnji bakarnih kontejnera za odlaganje istrošenog radioaktivnog goriva.

Prednosti STP-a

Studija STP-a omogućila je odabir načina zavarivanja prilikom spajanja različitih grupa legura. Uprkos činjenici da je STP prvobitno razvijen na posao sa metalima sa niskom tačkom topljenja, kao što je aluminijum( 660 ° c), kasnije je korišćen za povezivanje nikla (1455 °c), titanijuma (1670 °C), gvožđa (1538 °c).

Istraživanja pokazuju da ovako dobijen šav u potpunosti po svojoj strukturi odgovara metalu zavarenih dijelova i ima veće pokazatelje čvrstoće, niže troškove rada i nisku preostalu deformaciju.

Pravilno odabran način zavarivanja garantuje usklađenost materijala šava i metala koji se zavari prema sljedećim pokazateljima:

• snaga zamora:
• savijanje i zatezna snaga;
• snaga udara.

Prednosti u odnosu na druge vrste zavarivanja

STP ima mnoge prednosti. Među njima:

1. Netoksičan. Za razliku od drugih varijanti, ne postoji električni luk gorenje, zahvaljujući kojem rastopljeni metal isparava u zoni zavarivanja.
2. Povećanje brzine formiranja šavova, čime se smanjuje vrijeme proizvodnog ciklusa.
3. Smanjenje troškova električne energije za pola.
4. Nema potrebe za daljom obradom zavara. , alat za frikciono zavarivanje sa mešanjem tokom rada formira idealan šav koji ne zahteva skidanje.
5. Nema potrebe za dodatnim potrošnim materijalom (žica za zavarivanje, tehnički gasovi, tokovi).
6. Mogućnost dobijanja metalnih jedinjenja koja nisu dostupna za druge vrste zavarivanja.
7. Nema potrebe za posebnom pripremom ivica za zavarivanje, osim za čišćenje i odmašćivanje.
8. Dobijanje homogene strukture šava bez pora, usled čega postaje lakša kontrola kvaliteta, koja se reguliše za frikciono zavarivanje mešanjem GOST R ISO 857-1-2009.

Kako se provjerava kvalitet šava

Kvalitet zavarivanja proveravaju dve vrste kontrole. Prvi podrazumijeva uništavanje prototipa dobivenog kao rezultat veze od dva dela. Drugi omogućava ispitivanje bez razaranja. Koriste se metode kao što su optička kontrola, audiometrijski pregled. Pomaže u određivanju prisutnosti pora i nehomogenih inkluzija koje degradiraju karakteristike šava. Rezultati kontrole zvuka su dijagram koji jasno prikazuje mjesta odstupanja akustičnog odjeka od norme.

Mane metode

Sa brojnim prednostima, metoda frikcionog zavarivanja ima istodobne nedostatke:

1. Nedostatak pokretljivosti. STP uključuje spajanje fiksnih dijelova čvrsto fiksiranih u prostoru. Ovo nameće određena svojstva opremi za zavarivanje frikcionim mešanjem, kao što je nepokretnost.
2. Niska svestranost. Glomazna oprema konfigurirana je za obavljanje iste vrste operacija. U tom smislu, uređaji za zavarivanje su dizajnirani za specifične zadatke. Na primjer, za zavarivanje bočnih zidova automobila na pokretnoj traci, i za ništa drugo.
3. Šav za zavarivanje ima radijalnu strukturu. U tom smislu, sa određenim vrstama deformacija ili kada deo radi u agresivnom okruženju, zamor zavara može se akumulirati.

Vrste STP po principu djelovanja

Procesi zavarivanja zasnovani na trenju mogu se podijeliti u nekoliko tipova:

1. Linearno trenje. Suština metode je dobiti integralnu vezu ne kao rezultat djelovanja rotirajućeg vrha, već zbog kretanja dijelova jedan u odnosu na drugi. Djelovanjem na površinu u dodirnoj tački stvaraju trenje i, kao rezultat, visoku temperaturu. Pod pritiskom, susedni delovi se tope i dolazi do zavarenog spoja.
2. Radial welding. Ova metoda se koristi za proizvodnju rezervoara velikog prečnika, željezničkih rezervoara. Svodi se na činjenicu da su spojevi dijelova zagrijani rotirajućim prstenom, odjevenim spolja. Silom trenja uzrokuje temperaturu blizu tačke topljenja. Primjer preduzeća koje koristi ovu tehnologiju može biti Čeboksarska kompanija za proizvodnju tenkova "Sespel". Frikciono zavarivanje sa mešanjem zauzima najveći deo zavarivanja.
3. Varenje pinova. Ovaj tip zamjenjuje priključak za zakovice. Ova vrsta se koristi za spojeve krugova. Rotirajuća igla na tački kontakta zagrijava zavarene dijelove. Od visoke temperature dolazi do topljenja, a igla prodire unutra. Nakon hlađenja, stvara jaku sve-u-jednom vezu.

Vrste STP prema nivou složenosti

Operacije zavarivanja izvedene trenjem mogu se podijeliti na planarne i volumetrijske. Glavna razlika između ovih varijanti je u tome što se u prvom slučaju šav za zavarivanje formira u dvodimenzionalnom prostoru, au drugom u trodimenzionalnom.

Dakle, za planarne spojeve, kompanija za proizvodnju opreme za zavarivanje ESAB razvila je 2D LEGIO instalaciju. To je prilagodljiv sistem za frikciono zavarivanje sa mešanjem različitih obojenih metala. Različite grupe veličine opreme omogućavaju dijelove za zavarivanje malih i velikih veličina. Prema označavanju, LEGIO oprema ima nekoliko rasporeda, koji se razlikuju po broju glava za zavarivanje, mogućnosti zavarivanja u nekoliko aksijalnih pravaca.

Postoje 3D roboti za operacije zavarivanja sa teškim položajem u svemiru. Takvi uređaji se instaliraju na automobilskim transporterima, gdje su potrebni teški konfiguracijski zavari. Jedan primer takvih robota je instalacija Rosio proizvođača ESAB.

Zaključak

STP ima prednost u poređenju sa tradicionalnim vrstama zavarivanja. Njegova široka upotreba ne obećava samo ekonomske koristi, već i očuvanje za zdravlje ljudi koji se bave proizvodnjom.