Сварка трением ГОСТ - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Сварка трением ГОСТ

Сварка трением

Сварка трением – это разновидность сварки давлением входящей в один из семидесяти способов обработки металла и относится к механическому классу известной классификации.

Технология сварки трением подразумевает нагрев рабочих деталей, происходящий за счёт сил трения, которые возникают при вращении заготовок относительно друг друга.

Процесс сварки трением

Сдавливание деталей происходит одновременно.»

Существуют технологические схемы процесса, которые распределяются следующим образом: инерционный процесс, орбитальная технология и радиальная сварка трением.

Область применения

Она нашла распространение в инструментальном производстве. Она широко используется в машиностроительной области, ядерной энергетике.

Сварка алюминия трением распространена в электротехнической промышленности и производстве сельхоз/техники. Она распространена в автомобильной отрасли, производстве авиационной и космической техники. Перемешивающая сварка трением эффективна в нефтяной и химической отрасли.

Методика расширяет свои границы. Теперь стало возможным использование сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов в судостроении, вагоностроении и пищевой отрасли.

Практика показывает, что сварка методом трения наиболее эффективна в следующих случаях:

  1. При её замене плавлением (электродуговым способом) и другими.
  2. Вместо контактного метода.
  3. При замене пайки и клёпки, а также разъёмных соединений деталей.
  4. При необходимости реставрации деталей и инструмента.
  5. Когда необходимо создать новые рациональные конструкции деталей.
  6. Метод как нельзя лучше подходит для соединения отдельных деталей с уже готовыми (обработанными) поверхностями.
  7. Область применения сварки трением включает в себя изготовление деталей из сложных поковок. А также штамповок. Происходит расчленение на простые заготовки для дальнейшего рабочего процесса.

что применение сварки трением исключает мелкие брызги горячего металла.»

При этом на выходе достигается высокая точность соединения, которая даёт возможность использовать описываемый метод для производства деталей, прошедших участие в механической обработке.

Это, в том числе, касается шлифовки и полировки. Как и в других видах работ есть определённые преимущества и отрицательные моменты, которые необходимо осветить.

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам данного метода относятся:

  • высокая производительность;
  • энерго/эффективность;
  • стабильность и качество соединения на высоком уровне;
  • лояльные требования к чистоте поверхности;
  • возможность эффективного соединения одноимённых сплавов и разных металлов. Как пример: сталь с алюминием либо медью.
  • Возможность проведения работ с использованием программируемых машин с частичным использованием ручного труда или без такового.

Также немаловажно, что в процессе работ не выделяется ультрафиолетовые излучения. В работе нет брызг горячего металла.

В рабочем процессе не выделяются вредные газы, отрицательно влияющих на здоровье рабочих.»

Но, есть и ложка дёгтя, как же без неё обойтись! Недостатки сварки трением – это:

  • универсальность процесса на низком уровне;
  • тяжёлое и громоздкое технологическое оборудование;
  • искривление текстурных волокон в рабочей (сварной) зоне.

Радует то, что недостатков гораздо меньше, нежели положительных моментов.

Режимы и процесс сварки

Первоначальный режим процесса подразумевает разрушение и удаление окисных плёнок. Это достигается силой трения.

Технология сварки методом трения

На втором этапе происходит разогрев рабочих кромок до пластичного состояния. А также появление временного контакта, его разрушения. Выдавливание из стыков пластичных объёмов металла.

К третьему режиму относится окончание вращения и образование цельного сварного соединения.

Сущность рабочего процесса сводится к следующему. Для работы задействуют инструмент, выполненный в виде стержня. Заплечики (бурт) с утолчённой частью и наконечник с выступающими краями. Размеры элементов подбираются исходя из толщины рабочих деталей.

Способы

Данный вид сварки включает в себя несколько методов, на которых следует остановиться. Давайте рассмотрим виды сварки трением, остановимся на каждом из них. Узнаем, где и каким образом, каждый из них применяется.

Линейная сварка трением использует инструмент цилиндрической формы с наплечниками и выступающим штырём в центре конструкции. Для вращения он опускается в линию соединения рабочих деталей.

Вращаясь, инструмент создаёт прижимное усилие и поступательные движения для создания сварного шва.

Дополнительно он формируется заплечниками. С помощью выдавливания и перемешивания происходит формирование сварного шва.

Линейная сварка трением

Ротационная сварка трением сегодня считается разработанным и распространенным способом. Она активно используется при выпуске холодильного оборудования, производстве паромов, тепловых обменников и электрических силовых агрегатов.

Техника задействована в научных и исследовательских целях, а также в автомобильной отрасли.

Какое оборудование необходимо?

К процессу подключаются специальные машины. Например, автоматическая установка СТ 110, предназначенная для производства автомобильных выпускных автомобилей.

Машины комплектуются рабочими узлами. Это: вращающийся привод, фрикционная муфта, шпинделя с ремённой передачей тормоз.

Большая часть машин оборудована приводом вращения, в который входит асинхронный электрический силовой агрегат, клиномерная передача с зубчатым ремнём.

Оборудование для сварки трением

Этот способ сварки подразумевает использование и других конструкций. К примеру, машин для микро и прецизионной сварки. «Малыши» не отстают от «взрослых». В маленьких конструкциях шпиндель должен разогнаться и развить частоту вращения 80-650 с -1 . Сварки трением по ГОСТ 260184 регламентирует термины и определения основных понятий.

Техника безопасности

В процессе работ необходимо соблюдать противопожарную и личную безопасность.

Процесс безопасности включает подготовительный этап и рабочие моменты.

Это проверка рабочей формы и защитных принадлежностей. Освобождение рабочей зоны от посторонних предметов.

Проверка рабочего инструмента и электрических соединений.

Подробно о соблюдении ТБ написано в инструкции по проведению работ.

В интернете достаточно литературы по этому вопросу. Есть обучающие ролики, где показано не только видео сварки трением, рабочих процессов, но и в полном объёме раскрывается тема ТБ.

Важно, чтобы каждый сотрудник перед началом работы прошёл технический и личный инструктаж. Для этого предусмотрен специальный журнал.

Заключение

Существующие процессы и технологии не стоят на месте. Специалисты изучают методы работы и стараются усовершенствовать конечный результат.

Хотя сварка трением считается изученной и понятной, но всё равно научные работники и исследовательские центры хотят расширить её возможности для получения более качественной продукции. Использовать метод, расширив его географию.

Сварка трением ГОСТ

ГОСТ Р ИСО 4063-2010

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сварка и родственные процессы

ПЕРЕЧЕНЬ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ

Welding and allied processes. Nomenclature of processes and reference numbers

ОКС 01.040.25, 25.160.01

Дата введения 2012-01-01

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ “О техническом регулировании”, а правила применения национальных стандартов Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 “Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения”

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным учреждением “Научно-учебный центр “Сварка и контроль” при МГТУ им. Н.Э.Баумана (ФГУ НУЦСК при МГТУ им. Н.Э.Баумана), Национальным агентством контроля и сварки (НАКС) и Санкт-Петербургским государственным политехническим университетом (СПб ГПУ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 “Сварка и родственные процессы”

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 4063:2009* “Сварка и родственные процессы. Перечень и условные обозначения процессов” (ISO 4063:2009 “Welding and allied processes – Nomenclature of processes and reference numbers”).
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА*
_______________
* В бумажном оригинале Приложение ДА не приводится. – Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”, а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Международный стандарт ИСО 4063 разработан техническим комитетом ИСО/ТК 44 “Сварка и родственные процессы”, подкомитетом ПК 7 “Термины и определения”.

Четвертое издание ИСО 4063:2009 отменяет и заменяет третье издание (ИСО 4063:1998), которое подверглось техническому пересмотру.

В результате пересмотра в ИСО 4063:2009 обновлен перечень процессов сварки, удалены лишние и устаревшие условные обозначения процессов, которые были включены в ИСО 4063:1998. Однако для удобства пользователя устаревшие условные обозначения сохранены в приложении А настоящего стандарта. В приложении В приведены общепринятые обозначения для сварочных и родственных процессов.

Следует обратить внимание на то, что некоторые из элементов ИСО 4063:2009 могут являться предметом патентных прав собственности.

Запросы об официальных интерпретациях любого аспекта ИСО 4063:2009 следует направлять в секретариат ИСО/ТК 44/ПК 7 через технический комитет по стандартизации ТК 364 “Сварка и родственные процессы” Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.

1 Область применения

Настоящий стандарт содержит перечень сварочных и родственных процессов, при этом каждый процесс идентифицирован условным цифровым обозначением (далее – условное обозначение).

Условное обозначение для любого процесса содержит не более трех цифр, которое охватывает: основные группы – одна цифра, группы – две цифры и подгруппы – три цифры. Такая система предусмотрена для облегчения процессов компьютеризации, разработки чертежей и рабочих документов, составления технологических карт сварочных процессов и т.п. (см. раздел 3).

Читайте также:  Сварка металлопластиковых труб своими руками

Примечание – В стандарте приведены иноязычные эквиваленты стандартизованных терминов на английском языке (код языка – en).

2 Обозначение процесса

2.1 Общее положение

Полное обозначение сварочного процесса должно иметь следующую структуру: номер настоящего стандарта (ГОСТ Р ИСО 4063), отделенный дефисом от условного обозначения процесса, как показано в примере, приведенном ниже.

Пример – Процесс 42 “Сварка трением” обозначается: ГОСТ Р ИСО 4063-42.

2.2 Варианты процессов

2.2.1 Общее положение

Варианты процессов определяют в зависимости от типа переноса электродного металла и количества используемых электродов.

2.2.2 Типы переноса металла

Для сварочных процессов, в которых возможны различные типы переноса электродного металла, тип переноса в полном обозначении процесса указывают символом в соответствии с таблицей 1, как показано в следующем примере.

Пример – Сварка дуговая сплошной проволокой в инертном газе с переносом металла с короткими замыканиями обозначается: ГОСТ Р ИСО 4063-131-D.

сварка трением

3.41 сварка трением (rotary friction welding): Способ сварки под действием сжимающей силы на свариваемые детали, одна из которых вращается относительно другой вокруг общей оси, что приводит к нагреву, пластической деформации и сварке соединяемых поверхностей.

Примечание – Применяют сварку трением при непосредственном приводе и инерционную сварку трением.

4.1.6.7 сварка трением (42): Сварка давлением, при которой поверхности разогреваются трением, обычно путем вращения одной или обеих заготовок в контакте друг с другом или путем вращения отдельного третьего тела; сварка завершается приложением ковочного усилия, обычно после прекращения вращения.

Смотри также родственные термины:

4.2.1.1 сварка трением с перемешиванием: Сварка плавлением, при которой теплота создается трением между вращающимся нерасходуемым пальцем и заготовками (см. рисунок 34).

Примечание – Палец движется вдоль оси соединения, в результате чего образуется стыковой шов.

1 – вращающийся палец; 2 – заготовка

Рисунок 34 – Сварка трением с перемешиванием

4.1.6.8 сварка трением с постоянной скоростью вращения: Сварка трением, при которой скорость вращения постоянна (см. рисунок 13).

1 – тормоз; 2 – заготовка; 3 – грат; 4 – сварной шов; 5 – зажим

Рисунок 13 – Сварка трением

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое “сварка трением” в других словарях:

сварка трением — cвapкa трением Сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным относительным перемещением свариваемых частей или инструмента. [ГОСТ 2601 84] сварка трением Сварка давлением, при которой поверхности… … Справочник технического переводчика

Сварка трением — Friction welding Сварка трением (фрикционная сварка). Сварка металлов в твердом состоянии, при которой сварное соединение получено в результате зажима неподвижной заготовки в контакте с другой вращающейся заготовкой при постоянном или… … Словарь металлургических терминов

СВАРКА ТРЕНИЕМ — сварка, при к рой кромки соединяемых деталей нагреваются трением, а затем сжимаются. Применяется для соединения частей валов, штоков с поршнями, преим. изделий из разнородных металлов и сплавов и т. д … Большой энциклопедический политехнический словарь

СВАРКА ТРЕНИЕМ — [friction welding] сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным относительным перемещением свариваемых частей или инструмента … Металлургический словарь

сварка трением — Syn: сваривание трением … Металлургический словарь терминов

сварка трением с перемешиванием — Сварка плавлением, при которой теплота создается трением между вращающимся нерасходуемым пальцем и заготовками (см. рисунок 34). Примечание Палец движется вдоль оси соединения, в результате чего образуется стыковой шов. 1 вращающийся палец; 2… … Справочник технического переводчика

сварка трением с постоянной скоростью вращения — Сварка трением, при которой скорость вращения постоянна (см. рисунок 13). 1 тормоз; 2 заготовка; 3 грат; 4 сварной шов; 5 зажим Рисунок 13 Сварка трением [ГОСТ Р ИСО 857 1 2009] Тематики сварка, резка, пайка … Справочник технического переводчика

сварка трением с перемешиванием — 4.2.1.1 сварка трением с перемешиванием: Сварка плавлением, при которой теплота создается трением между вращающимся нерасходуемым пальцем и заготовками (см. рисунок 34). Примечание Палец движется вдоль оси соединения, в результате чего образуется … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

сварка трением с постоянной скоростью вращения — 4.1.6.8 сварка трением с постоянной скоростью вращения: Сварка трением, при которой скорость вращения постоянна (см. рисунок 13). 1 тормоз; 2 заготовка; 3 грат; 4 сварной шов; 5 зажим Рисунок 13 Сварка трением Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

орбитальная сварка трением — 4.1.6.10 орбитальная сварка трением: Сварка трением, при которой круговое движение получается при сварке вращением обеих заготовок с одинаковой угловой скоростью в одну и туже сторону, но с небольшим смещением оси вращения одной из заготовок по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сущность сварки трением

Фрикционная технология или сварка трением основана на способности металла преобразовывать энергию силы трения в тепловую. Метод разработан в России более 60 лет назад для соединения разнородных металлов. Экологически безопасная технология постоянно совершенствуется, расширяется спектр производимых сварных работ.

Что такое сварка трением

Сварка трением, по сути, это способ соединения металлов под давлением при нагреве до точки пластичности за счет фрикционных сил во время взаимного движения заготовок. Детали подвергают трению под большой нагрузкой. Благодаря происходящим в металле внутренним структурным процессам, удается получать прочные соединения без больших энергозатрат. Движение бывает:

  • вращательным;
  • поступательным;
  • возвратно-поступательным (колебательным).

Двигаются обе заготовки одновременно или только одна, вторая жестко закреплена. В отличие от других видов сварки, технология с использованием силы трения применима для сплавов с разными температурами плавления. В процессе соединения металл не расплавляется, а вдавливается, образуя прочный шов.

Область применения

Фрикционная сварка изначально разрабатывалась для оборонной промышленности, атомного комплекса. Затем метод стали использовать в машиностроении, электротехнике. Радиальным методом сваривают трубы для добывающей отрасли. Подходит для соединения плохо свариваемых металлов, магниевых, алюминиевых сплавов, цветных металлов, углеродистой, легированной стали, разнородных пластичных сплавов. Технология заменяет клепку, контактную электросварку. Используется для наплавки режущего инструмента, восстановления деталей.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими видами соединения металлов, у использования силы трения хорошие перспективы. У метода много преимуществ:

  • технология отличается высокой производительностью, шов образуется за несколько секунд благодаря скоростному движению деталей, непродолжительному сжатию заготовок;
  • удается получать прочные соединения, процент брака невысокий;
  • стабильно хорошее качество швов: на них нет окалины, пережогов, непроваров, пористости;
  • не требуется предварительной зачистки оксидного слоя;
  • перечень свариваемых сплавов широк;
  • технология безопасна, не требуется обычной экипировки сварщика;
  • процесс автоматизирован, только крупногабаритные детали приходится устанавливать вручную.
  • невысокая универсальность, геометрия свариваемого проката ограничена: прутки, трубы, листовой прокат, лента, полоса;
  • габаритное оборудование, оно устанавливается стационарно, мобильных аналогов нет;
  • нарушается микроструктура сплава в области пластической деформации, искривление структурных волокон при сварке приводит к усталостной деформации, со временем металл теряет былую прочность.

Виды сварки трением

Разработаны различные технологии, в результате которых в месте стыка образуется сцепляющий молекулярный слой, надежно удерживающий свариваемые заготовки вместе. Методика предусматривает различные способы преобразования силы трения в тепловую. Каждую технологию сварки стоит рассмотреть подробно.

Сварка трением с перемешиванием

Молодая технология запатентована в конце прошлого века, разработана в Британии. При сварке трением с перемешиванием обе свариваемые детали закрепляются неподвижно. Кромки подготавливают так, чтобы между ними мог пройти вращающийся инструмент, создающий силу трения. Он представляет собой цилиндр со штырем и заплечиками. Кромки для сварки трением с перемешиванием нагреваются от вращения центрального штыря между сдавливаемыми деталями. Размягченный металл смешивается движущимся стержнем, центробежной силой вытесняется назад, полностью заполняет зазор между заготовками. Формируется сварочный шов, валик корректируют заплечики. После одной или нескольких проходок стыка инструмент, используемый при сварке, выходит за область деталей. При сжатии жидкий металл шва уплотняется.

Линейная сварка

Для нагрева металла используется поступательное движение. Для линейной сварки трением кромки соприкасаются за счет колебательных движений, одна заготовка зажимается, другая подвижна. Когда металл разогрет до точки пластичности, детали сжимают. Размягченный сплав в процессе сварки взаимно вжимается, образуется общий слой молекул. Технология применяется для соединения элементов из различных металлов, схожих по показателям пластичности. Образуется прочное соединение по всей площади стыка.

Орбитальная сварка

Сжатые заготовки соприкасаются, вращаясь по разным орбитам в одной плоскости. Орбитальную сварку трением обычно используют для деталей с большой площадью соприкосновения. Регулируется относительное смещение осей (эксцентриситет), скорость движения. Когда за счет силы трения поверхности заготовок разогреваются до необходимой температуры, заготовки устанавливают соосно, сильно сдавливают. После формирования шва производится проковка для упрочнения структуры диффузного слоя.

Инерционная сварка трением

По технологии одна свариваемая часть плотно фиксируется, другая крепится к маховику. Разгоняется, скорость достигает 11 м/с, угловое ускорение – от 150 до 300 рад/с 2 . Разогрев происходит во время сближения раскрученной заготовки с неподвижной. Разогрев происходит за счет сил инерции, накопленной маховиком. Двигатель в этот момент уже отключен, а подвижную заготовку вдавливают в неподвижную с усилием до 4740 кг/см 2 в зависимости от толщины свариваемых элементов, вида и марки сплава. Когда маховик останавливается (заканчивается накопленная энергия), разогретые прижимаемые друг к другу поверхности сцепляются, образуя общий диффузный слой.

Сварка трением с непрерывным ходом

Технология была разработана в середине прошлого века. Одну из свариваемых деталей жестко закрепляют, другая непрерывно вращается на этой же оси. От осевого усилия нагрева детали разогреваются. При достижении точки пластичности вращение прекращается. Когда заготовки с усилием сдавливают, образуется диффузный слой, поверхности спекаются. Стык для уплотнения проковывают. Процесс регулируют по времени разогрева поверхностей, степени сдавливания.

Читайте также:  Сварка нержавейки газовой горелкой

Радиальная сварка

Этот метод создан для заделки трубных стыков, роль присадки выполняет разжимное кольцо. Существует два способа установки присадочного обода:

  • наружный, кольцо вращается поверх трубы, внутрь устанавливается оправка, которая не дает трубе деформироваться при сжатии разогретого кольца;
  • внутренний, кольцо вращается внутри трубы, оправка надевается сверху.

При вращательном движении кольца возникает сила трения. Кромки разогреваются, поверхность присадочного обода тоже. При сжатии наружного или расширении внутреннего кольца формируется сварной шов, образуется герметичное соединение, рассчитанное на большую нагрузку.

Штифтовая сварка

Метод используют для укрепления деталей в месте дефекта. Под размер штифта, выполняющего роль наплавки, высверливается отверстие. Штифт вводится вращением с большой скоростью. За счет силы трения металл в области соединения разогревается, размягчается. Между штифтом и деталью формируется прочный сварочный шов. Мобильный метод часто применяется при проведении ремонтных работ. Надежно установленный штифт повышает срок службы упрочняемой детали.

Колебательная сварка

Технология вибротрения предусматривает движение одной или обеих заготовок относительно друг друга с высокой частотой. При возвратно-поступательном движении поверхности становятся пластичными, быстро схватываются при сжатии. Метод применяется для соединения материалов с высоким коэффициентом пластичности.

Роликовая сварка

Метод разработан для листовой тонкостенной стали. Вращающийся ролик движется по шву со скоростью до 2м/с, прижимные пластины в это время оказывают давление до 5 кг/см2. За счет вращения ролика создается необходимое для разогрева металла трение в области стыка или наложения тонких листов внахлест.

Технология сварки трением

Рассматривая технологию с точки зрения физико-химических процессов, можно выделить несколько последовательных процессов:

  • происходит истирание оксидного слоя в процессе соприкосновения деталей во время движения;
  • область шва нагревается до температуры пластичности металла, он способен деформироваться под давлением;
  • возникает единый диффузный слой в процессе проникновения молекул одной детали в другую, за счет этого образуются швы на разнородных и однородных металлах;
  • формирование шовного валика вызвано выдавливанием пластичного металла за зону стыка;
  • фиксация свариваемых деталей до затвердевания диффузного слоя;
  • образование монолитной структуры в месте шва, проходит процесс кристаллизации, формирования металлической решетки.

При трении контактируют отдельные выступы, металл в зоне трения прогревается равномерно на небольшую глубину. После осадки деталь остывает медленно, образуя соединение по всей площади стыка.

Применяемое оборудование

Для сваривания используют металлорежущие станки, но они не подходят для длительного применения, быстро выходят из строя. Специальные машины с блоком управления созданы по одному принципу: силовой привод подводится к двигающимся механизмам. Для фиксации свариваемых заготовок предусмотрены зажимные устройства, двигающие механизмы. Работает оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме (укладка заготовок, выемка готовых изделий производится в ручном режиме). Машины бывают универсальными и под определенную технологию. На некоторых устройствах предусмотрена предварительная подготовка свариваемых поверхностей, заточка и выравнивание кромок.

Контроль качества

При визуальном методе контроля швов выявляют подрезы, наплывы, трещины. Внутренние дефекты выявляют методами разрушающего или неразрушающего контроля.

  • металлографический анализ шва;
  • исследование химического состава диффузного слоя;
  • механические испытания (определяют предел выносливости соединения на растяжение, кручение, изгиб под ударной нагрузкой, сжатие; проверяют усталостную стойкость шва, герметичность соединения).

Разрушающие методы контроля применяются в исключительных случаях:

  • на образцах при разработке технологии;
  • готовых деталях при выборочном контроле, регламентированном стандартом.

К неразрушающим методам относятся исследования с применением приборов, делается:

  • просвечивание соединения рентгеновскими или гамма-лучами;
  • ультразвуковой основан на способности луча отклоняться при различной плотности материала;
  • магнитные фиксируют изменение потока.

Исследования проводятся выборочно, где на шов оказывается разнонаправленная нагрузка. Фрикционная технология надежная: образуются прочные швы, если обеспечена достаточная скорость движения, на разогретый металл оказывается необходимое давление.

Технология и области применения сварки трением на токарном станке

Чтобы соединить две детали требуется сдвинуть атомы вещества настолько, чтобы между ними начали работать силы межатомного сцепления.

Для достижения контакта используют температуры, размягчающие металл: вольтову дугу, кислородно-ацетиленовую горелку, луч лазера и т.д.

Но есть способ, при котором дополнительный источник тепла не используется. Это сварка металла трением.

Понятие и определение

Процесс перехода кинетической (двигательной) энергии в тепловую известен с незапамятных времен. Заключается он в том, что при трении предметов друг о друга их температура повышается и может достичь точки плавления.

На этом принципе и основан способ соединения двух металлических или пластиковых изделий с помощью трения. Способ этот считается одной из разновидности сварки давлением.

Область применения

Сварка трением быстро приобрела популярность. С ее помощью оказалось возможным быстро и точно соединять детали. Причем из металлов, которые другим способом соединить сложно. К примеру, сталь с титаном, медь с алюминием и т.п.

Нагрев только поверхностных слоев дал возможность сваривать изделия, не допуская температурных деформаций. Соединять изделия, прошедшие чистовую обработку без порчи поверхности.

Такой способ соединения используют для редких, дорогостоящих металлов, уменьшая их расход за счет отсутствия шва, выгорания и разбрызгивания.

Преимущества и недостатки

Из минусов, точнее — ограничений метода можно назвать следующие:

  • необходимость громоздкого оборудования;
  • низкая универсальность процесса: невозможно либо невыгодно сваривать тяжелые, крупные изделия, ограничена конфигурация свариваемых элементов;
  • требование точного соблюдения технологических регламентов;

Вместе с тем, методика:

  • позволяет выполнять сварное соединение металлов, плохо или совсем не поддающихся другим способам, скажем, соединить алюминиевый брусок с титановой пластиной;
  • дает экономию энергозатрат, особенно при поточном изготовлении типовых деталей;
  • точно выдерживает характеристики соединений;
  • чтобы подготовить поверхность заготовок не требуется особых мероприятий, от большинства загрязнений она очиститься в процессе соединения;
  • не требует специфических расходных и вспомогательных материалов;
  • качество соединения не уступает основному металлу не только по прочности, но по пластичности и упругости;
  • обладает высокими экологическими качествами: отсутствует УФ излучение, нет разбрызгивания горячего металла, пыли, вредных газов.

Высокую экономичность метода подтверждает скорость окупаемости оборудования. Она редко превышает год. При активном использовании составляет несколько месяцев.

Виды и схемы

При относительной единообрáзности принципов, методик и схем насчитывается более десятка.

  1. Сварка трением с непрерывным приводом. Самый первый способ, с которого методика началась. Две детали, одна из которых неподвижна, вторая прижимается к ней одновременно вращаясь. Как только металл размягчится, вращение останавливают, детали сжимают.
  2. Инерционная сварка. Развитие предыдущего метода. Вращающаяся заготовка раскручивается до определенной скорости, а затем продолжает вращаться по инерции.
  3. Комбинированный вид сварки сочетает два предыдущих. До определенного момента вращение обеспечивает привод. Затем его отключают, а заготовку по достижению точно определенной скорости и усилия резко останавливают.
  4. Колебательная сварка трением. Или как ее еще называют вибрационная. Отличием является не вращательное, а возвратно поступательное движение с высокой частотой.
  5. Сварка трением с перемешиванием. Специфический вид позволяющий получить уникальные результаты. Сварка перемешиванием производится вращением особого валика, при неподвижных соединяемых деталях. Размягчая металл, такой наконечник погружается на определенную глубину, а затем перемещается по стыку свариваемых деталей, продолжая вращение. При этом метал перемешивается, образуя цельный стык.
  6. Орбитальная сварка трением. Отличается перемещением изделия по определенной орбите (обычно по окружности). При этом сама деталь не вращается.
  7. Радиальная сварка трением. Способ используют для соединения трубчатых заготовок. Сами детали при этом обычно неподвижны, а относительно них (внутри или снаружи) вращается еще одна — кольцеобразная.
  8. Роликовая сварка. С успехом используется для соединения тонких плоских элементов. Нагрев создает вращающийся ролик. Он перемещается по наложенным внахлест листам, оставляя за собой шов.
  9. Штифтовая сварка. Служит для создания точечных соединений, ремонта каверн и раковин. Температура создается вращающимся штифтом.
  10. Линейная сварка. Принцип схож с колебательной, при большей траектории перемещения. Иногда для соединения достаточно переместить деталь лишь в одном направлении.
  11. Ротационная сварка. Нередко встречающееся понятие — обобщенное название всех типов, при которых заготовки вращаются относительно своей оси. Сюда входит радиальная, инерционная, сварка трением с перемешиванием и пр.
  12. Наплавка с помощью сварки трением. Служит для образования слоя покрытия одного металла другим. Деталь вращается, одновременно перемещаясь, при этом ее металл словно намазывается на основу. Таким образом возможно получить толстый нержавеющий защитный слой, либо поверхностный сплав двух металлов.

Кроме перечисленных основных типов существуют и другие разновидности, отличающиеся незначительными нюансами.

Технология

При движении свариваемых трением деталей происходит ряд последовательных процессов:

  • под воздействием механических нагрузок разрушаются пленки окислов и загрязнения;
  • заготовки разогреваются, металл выдавливается из стыка, одновременно вынося все загрязнения;
  • вращение резко прекращается, при этом давление на детали не убирается, а часто увеличивается.

Опыт показал, что оптимальное значение размеров свариваемых элементов лежит в пределах от нескольких миллиметров, до 100-150 см. Бoльшие размеры требуют резкого увеличения мощности привода, переставая быть рентабельными.

Наилучший эффект получается при использовании деталей с одинаковыми свариваемыми поверхностями. Исходя из этой особенности, в процессе подготовки, заготовки специально подрезают, выравнивая их торцы.

Сварочный процесс, выполняемый за счет трения, включает две переменных:

Читайте также:  Сварка водопроводных труб электросваркой

Скорость вращения и давление. Подбор этих параметров зависит от сочетания металлов, составляя наиболее сложную составляющую процесса. На 80% расчеты основаны на экспериментальных данных.

Динамические нагрузки возникающие при этом способе в ряде случаев требует дополнительной термической обработки. При этом она не требуется для низколегированных и некоторых классов высоколегированных сталей.

Оборудование

Машины для соединения таким способом, как правило имеют схожее устройство. Это привод с клиноременной передачей, вращающаяся бабка для крепления одной детали, неподвижная для другой.

Отличает их мощность, осевое усилие вращения, проковки, размер и форма деталей которые с их помощью удается сварить и пр.

Некоторые модели оборудованы дополнительными фрезерными устройствами для снятия, выдавливаемого из зоны стыка металла.

Контроль качества соединений

В качестве руководства по контролю соединений, выполненных методом трения, используют ГОСТ 3242-79 «Соединения сварные. Методы контроля качества».

Основная методика проверки — обследование ультразвуковыми приборами. Кроме того, применяются выборочные разрушающие испытания образцов на изгиб, разрыв, поперечную деформацию.

В завершение разговора

Подводя итоги, можно сделать вывод: методика сваривания трением является инструментом инженерного арсенала промышленности. Дает эффективна при правильном использовании.

Учитывая, что с момента изобретения сварки с помощью трения не прошло еще и ста лет, велика вероятность что потенциал ее далеко не исчерпан.

Разновидности сварки трением

На крупномасштабных предприятиях, где в большом количестве выпускаются корабли, самолеты и сельскохозяйственная техника, применяются не совсем классические методы сварки. Понятно, почему. Каким бы большим ни был состав сварщиков в цеху они в любом случае не смогут обеспечить высокую производительность труда, поскольку здесь во многом играет человеческий фактор.

В таких случаях применяются альтернативные сварочные технологии. В этой статье мы расскажем об одной из таких технологий— сварке трением.

Общая информация

Сваркой трением (или фрикционная сварка) — метод соединения однородных и разнородных металлов, суть которого заключается в нагреве двух деталей путем их трения друг о друга. Образующееся в ходе трения тепло плавит металл, формируя неразъемное соединение. Но трение — не единственное, что используется во время сварки. Здесь также большую роль играет проковка деталей после сварки, а также давление, оказываемое на заготовки.

Как видите, суть сварки трением крайне проста, поэтому такое сварочное оборудование применяется на многих современных производствах. Данный метод позволяет улучшить качество и производительность труда без найма дополнительных сотрудников высокой квалификации. Достаточно обучить сварщика, как правильно настраивать оборудование, остальные процессы проходят в автоматическом режиме.

Плюсы и минусы

Среди преимуществ сварки трением можно отметить отличное качество сварных швов, высокую производительность сварки и возможности сварки разнородных металлов. Недостатки есть и порой они критичны. Так, например, нельзя варить детали любого размера, поскольку станки рассчитаны под работу с заготовками определенных габаритов. К тому же вы не сможете сварить детали, у которых площадь поперечного сечения больше, чем 150 мм2. В остальном же сварка трением характеризуется, как крайне эффективная.

Область применения

Как мы говорили выше, сварка трением широко используется при производстве судов, кораблей и сельскохозяйственной технике. Вы также обнаружите этот тип сварки на предприятии, где занимаются ядерной энергетикой, электротехникой и нефтяным машиностроением. Словом, сфера применения немаленькая, поэтому данный метод отлично зарекомендовал себя даже при выполнении особо ответственных работ, например, при сварке космических кораблей.

Виды сварки трением

Существует несколько подтипов сварки трением. Это сварка трением с непрерывным приводом, инерционная сварка, колебательная, орбитальная и радиальная. Давайте разберем каждый тип подробнее.

Сварка трением с непрерывным приводом

Данный тип соединения металлов один из старейших среди всех подтипов сварки трением. Впервые он был разработан в середине 20-го века. Одна из заготовок находится в статичном положении, а другая вращается. Во время соприкосновения деталей образуется осевое усилие нагрева. Детали нагреваются до нужной температуры и вращающаяся заготовка останавливается. Далее следует проковка. Ниже вы можете видеть схему данного типа сварки, где под цифрой 1 обозначен тормоз, а под цифрой 2 и 3 обозначены заготовки.

Инерционная сварка

Этот тип сварки заключается в том, что энергия накапливается во вращающемся маховике, который насажен на шпиндель. После того, как маховик будет достаточно раскручен, две детали сжимают под давлением. Процесс сварки останавливается вместе с остановкой шпинделя. Ниже схема инерционной сварки, где 1 — это маховик, а 2 и 3 — это детали.

Колебательная сварка

Колебательная сварка также называется сваркой вибротрением. Суть данного типа сварки заключается в том, что одна либо две заготовки колеблются под углом. Колебательная сварка применяется очень редко, но она хорошо показала себя при сварке термо- и реактопластов.

Орбитальная сварка

Мы посвятили отдельную статью орбитальной сварке, обязательно прочтите ее. В рамках этой статьи мы расскажем кратко. Орбитальная сварка — это метод соединения металлов, когда обе заготовки вращаются вокруг друг друга. После сварки нужно совместить оси деталей, тем самым остановив их, а затем выполнить проковку.

При орбитальной сварке тепло выделяется равномерно, поэтому можно без проблем варить детали с большой площадью сечения. Ниже вы можете видеть схему орбитальной сварки. Буквой а отмечена стадия нагрева, а буквой б отмечена стадия проковки деталей.

Радиальная сварка

При радиальной сварке трением используется внутреннее и наружное кольцо. Оба кольца вращаются под определенным углом и выделяют тепловую энергию, которая плавит концы труб. Предварительно трубы плотно стыкуют друг с другом. Также на трубы может оказываться дополнительное давление. Ниже схема данного типа сварки, где а — это наружное кольцо, б — это внутреннее кольцо, 1 и 2 — это детали, 4 — это зажимные части.

Технология

Теперь перейдем непосредственно к технологии сварки. Первый этап — это подготовка металла. Она обязательна и выполняется вне зависимости от выбранной вами технологии сварки. Но при сварке трением подготовка не особенно важна, поскольку все неровности можно исправить. А качество подготовки деталей не влияет на качество готово шва.

Так что вы можете разрезать детали с помощью ножниц по металлу или дисковой пилы. Если будут какие-о неровности, то их можно затереть или просто нагревать детали подольше. Вам даже не обязательно удалять загрязнения, масло, признаки коррозии или следы краски, поскольку все эти недостатки нивелируются при нагреве металла.

Куда важнее правильно установить режим сварки, поскольку от этого уже напрямую зависит качество сварного соединения.

Чтобы настроить режим сварки нужно знать все его параметры. Новичкам будет непросто сходу установить каждое значение, так что дадим свои рекомендации по поводу оптимальных настроек. Вы можете применять их первое время, но прочтите также нормативные документы, чтобы понимать суть.

Итак, первое, что нужно настроить, это частоту вращения. Оптимальное значение для сварки черного металла варьируется от 2,6 до 3, для сварки алюминия, меди и их сплавов достаточно 2, а для сварки титановых изделий подойдет значение 4 или 5.

Далее нужно настроить удельное давление притирки, этот параметр позволяет улучшить, а значит ускорить работу сварочной машины. Здесь сложно давать какие-то общие рекомендации, поскольку для разных металлов значения разные. Например, мы для сварки углеродистой стали выставляем значение 10 Мпа, а время притирки задаем в районе одной-трех секунд. Прочтите нормативные документы.

Следующий параметр — удельное давление нагрева. Опять же, для сварки углеродистой или низколегированной стали мы рекомендуем значение от 30 до 60 Мпа. Если нужно сварить жаропрочную или инструментальную сталь, то установите значение от 60 до 120 МПа, алюминию будет достаточно от 7 до 20 Мпа.

Также нужно настроить удельное давление проковки. Здесь нужно учитывать, какими пластическими свойствами обладает металл, который вы варите. Опять же, опирайтесь больше на нормативные документы. Мы для сварки алюминия использовали 8 — 10 Рн (МПа). Также устанавливали время проковки не более трех секунд.

Не забудьте установить время нагрева и время торможения. Вот здесь можете дать себе волю и поэкспериментировать, поскольку не существует единых параметров. Конечно, есть рекомендации, но от них можно отклоняться на свое усмотрение. А время торможения должно быть коротким.

Оборудование

Состав оборудования может состоять из разных компонентов, в зависимости от стоимости комплекта и сферы применения. Стандартный набор состоит из сварочной машины, станка, снимающего грат, а также манипулятора (или робота), с помощью которого можно перемещать крупногабаритные детали.

Для настройки оборудования нужно установить параметр сварки, мощность привода шпинделя, задать размер заготовки, которую нужно сварить, а также установить скорость сварки.

Большинство настроек опытный сварщик установит сразу, а вот с расчетом мощности привода могут быть проблемы. Поэтому рекомендуем использовать следующую формулу:

Где S — это площадь свариваемого сечения в мм2, а Nуд неизменно и составляет 20 Вт/мм2.

Вместо заключения

Соединение металла трением — это простой, но в то же время эффективный метод сварки. Благодаря такой технологии можно добиться сварки разнородных металлов, высокой производительности труда, отличного качества швов. А вы имели дело со сваркой трением в своей практике? Расскажите об этом в комментариях. Также посмотрите ниже видео, где подробно показана сварка трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector