Физические основы процесса сварки трением

Сварка отдельных конструктивных деталей без применения дугового разряда, квантового генератора, ультразвука и других устройств для преобразования различных видов энергии в тепловую возможна. Для этого необходимо при достаточном давление создать трение между деталями, в результате которого обе поверхности нагреваются и свариваются.

Что даёт использование физики при сварке?

Способ сварки трением позволяет соединить такие материалы и вещества:

  • различные марки стали от малоуглеродистых до инструментальных и высоколегированных;
  • сплавы алюминиевые, медные, титановые;
  • сплавы, цирконий в разнообразных сочетаниях;
  • термопласты.

Основное ограничение связано с техническими особенностями метода: одна из свариваемых конструкции должны иметь форму тел вращения.Физика

К недостаткам метода относят не мобильность процесса из-за громоздкости оборудования. Проблемным местом может стать стык, в котором искривлены волокна текстуры: он подвержен коррозии в агрессивной среде или усталостному разрушению.

Но на ряду с недостатками, выделяют и целый рад достоинств сварки трением:

  • высокая производительность;
  • незначительные энергетические затраты;
  • качество производимых работ и получение одинакового результата для всех деталей партии;
  • простота процесса подготовки поверхностей к сварке, который не включает в себя даже этап очищения;
  • подходит для соединения металлов и сплавов с различной структурой. Особенно эффективно её применения для веществ, которые другим способом не соединяются;
  • соответствие санитарным требованиям охраны труда. При таком виде соединения горячий металл не разбрызгивается, токсичный газ не выделяется, а ультрафиолетовое излучение не действует на организм;
  • простота организации процесса и управления почти полностью автоматизированным оборудованием.

Основные физические характеристики процесса

Сваривание деталей без расплавления происходит при температурах ниже чем температура плавления веществ и при расстояниях, при которых вступают в силу межатомное взаимодействие. Такое возможно при пластическом деформировании очагов металла в точках сваривания. Способ доведения до пластического состояния поверхностного слоя в сваривании трением заключается в изменении внутренней энергии веществ за счёт совершения работы силы трения.Оборудование

Самый простой способ обеспечить трение — это закрепив одну деталь, другу вращать с необходимой частотой. В результате в месте соприкосновения двух частей они разогреваются и тепловая энергия размягчает небольшой слой. Так как процесс протекает под давлением, это приводит в некоторому выдавливанию вещества наружу. Он образует грат на стыке.

Параллельно разрушаются окисные, жировые плёнки поверхности и «закатываются» в грат. Для прекращения нагрева достаточно просто остановить вращение детали. Для получения прочного соединения, осевое усилие не прекращают ещё некоторое время.

Обратить внимание! Процесс сильного сжатия после остановки детали называется проковкой. Режим проковки существенно влияет на прочность соединения.

К основным параметрам сварочного процесса, которой протекает под действием трения, относят такие:

  • частоту вращения свариваемых деталей относительно друг друга;
  • значение осевого усилия во время нагрева трением;
  • параметр осадки при нагреве;
  • величина осевого усилия проковки;
  • временной режим проковки.

Теплота, которая вводится в вещества, его мощность зависит от частоты вращения и показателя осевого усилия

Новое слово в сварочном процессе

Одной из разновидностей пластического соединения металлов является сварка трением с перемешиванием. Её используют для нестандартных условий сварочных работ:

  • соединений элементов с нестандартной формой для сварки трением, таких как заготовки в виде плоских листов, пространственные профильные конструкции, трубы;
  • восстановление изношенных деталей;
  • модифицирование и улучшение структуры материалов;
  • устранение трещин, дефектов литья.

Для такого вида сварочных работ применяют специальное оборудование. Им является рабочий инструмент, который состоит бурта и пина. Бурт является основанием, а пин — наконечник расположенный на бурте. Бурт и пин, вращаясь, за счёт трения, создают зону пластической деформации на свариваемых поверхностях. Пин ещё перемещается вдоль поверхности стыка и переносит материал в не размягчённые участки. Бурт создаёт дополнительное давление на сварочный шов. То есть проковка проходит автоматически.

Инженерами разработаны ещё несколько видов сварки трением:

  • инерционная;
  • орбитальная;
  • ротационная;
  • линейная;
  • штифтовая.

Линейная сварка трением позволяет соединять этим способом детали, не имеющие форму тела вращения. Она использует не вращательное трение, а тепло от трения, возникающего при возвратно-поступательном движении одной из деталей. Эти движения происходят под давлением. После нагрева до температуры, обеспечивающей пластическую деформацию, движение останавливается. Давление же, наоборот, усиливается для того, чтобы материал вытек из зоны стыка. При этом сформируется ровная стыковочная плоскость.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*