Зварювання тертям: з’єднання простого і складного

Сварка окремих конструктивних деталей без застосування дугового розряду, квантового генератора, ультразвуку та інших пристроїв для перетворення різних видів енергії в теплову можлива. Для цього необхідно при достатньому тиск створити тертя між деталями, в результаті якого обидві поверхні нагріваються і зварюються.

Що дає використання фізики при зварюванні?

Спосіб зварювання тертям дозволяє з’єднати такі матеріали і речовини:

  • різні марки стали від маловуглецевих до інструментальних і високолегованих;
  • сплави алюмінієві, мідні, титанові;
  • сплави, цирконій в різноманітних поєднаннях;
  • термопласти.

Основне обмеження пов’язане з технічними особливостями методу: одна з зварювальних конструкції повинні мати форму тіл обертання.

До недоліків методу відносять не мобільність процесу через громіздкість устаткування. Проблемним місцем може стати стик, в якому викривлені волокна текстури: він схильний до корозії в агресивному середовищі або втомного руйнування.

Але на ряду з недоліками, виділяють і цілий ряд переваг зварювання тертям:

  • висока продуктивність;
  • незначні енергетичні витрати;
  • якість виконуваних робіт і отримання однакового результату для всіх деталей партії;
  • простота процесу підготовки поверхонь до зварювання, який не включає в себе навіть етап очищення;
  • підходить для з’єднання металів і сплавів з різною структурою. Особливо ефективно її застосування для речовин, які іншим способом не з’єднуються;
  • відповідність санітарним вимогам охорони праці. При такому вигляді з’єднання гарячий метал не розбризкується, токсичний газ не виділяється, а ультрафіолетове випромінювання не діє на організм;
  • простота організації процесу і управління майже повністю автоматизованим обладнанням.

Основні фізичні характеристики процесу

Зварювання деталей без розплавлення відбувається при температурах нижче ніж температура плавлення речовин і при відстанях, при яких вступають в силу міжатомна взаємодія. Таке можливо при пластичній деформації осередків металу в точках зварювання. Спосіб доведення до пластичного стану поверхневого шару в зварюванні тертям полягає в зміні внутрішньої енергії речовин за рахунок здійснення роботи сили тертя.

Найпростіший спосіб забезпечити тертя – це закріпивши одну деталь, одному обертати з необхідною частотою. В результаті в місці зіткнення двох частин вони розігріваються і теплова енергія розм’якшує невеликий шар. Так як процес протікає під тиском, це призводить до деякого видавлювання речовини назовні. Він утворює грат на стику.

Паралельно руйнуються окисні, жирові плівки поверхні і «закочуються» в грат. Для припинення нагріву досить просто зупинити обертання деталі. Для отримання міцного з’єднання, осьове зусилля не припиняють ще деякий час.

Звернути увагу! Процес сильного стиснення після зупинки деталі називається проковуванням. Режим проковки істотно впливає на міцність з’єднання.

До основних параметрів зварювального процесу, якій протікає під дією тертя, відносять такі:

  • частоту обертання деталей, що зварюються відносно один одного;
  • значення осьового зусилля під час нагрівання тертям;
  • параметр опади при нагріванні;
  • величина осьового зусилля проковки;
  • часовий режим проковки.

Теплота, яка вводиться в речовини, його потужність залежить від частоти обертання і показника осьового зусилля

Нове слово в зварювальному процесі

Однією з різновидів пластичного з’єднання металів є зварювання тертям з перемішуванням. Її використовують для нестандартних умов зварювальних робіт:

  • з’єднань елементів з нестандартною формою для зварювання тертям, таких як заготовки у вигляді плоских листів, просторові профільні конструкції, труби;
  • відновлення зношених деталей;
  • модифікування і поліпшення структури матеріалів;
  • усунення тріщин, дефектів лиття.

Для такого виду зварювальних робіт застосовують спеціальне обладнання. Їм є робочий інструмент, який складається бурту і піна. Бурт є підставою, а пін – наконечник розташований на бурти. Бурт і пін, обертаючись, за рахунок тертя, створюють зону пластичної деформації на зварюються поверхнях. Пін ще переміщається уздовж поверхні стику і переносить матеріал в НЕ розм’якшені ділянки. Бурт створює додатковий тиск на зварювальний шов. Тобто проковка проходить автоматично.

Інженерами розроблені ще кілька видів зварювання тертям:

  • інерційна;
  • орбітальна;
  • ротаційна;
  • лінійна;
  • штифтова.

Лінійна зварювання тертям дозволяє з’єднувати цим способом деталі, які не мають форму тіла обертання. Вона використовує не обертальний тертя, а тепло від тертя, що виникає при зворотно-поступальному русі однієї з деталей. Ці рухи відбуваються під тиском. Після нагріву до температури, що забезпечує пластичну деформацію, рух зупиняється. Тиск же, навпаки, посилюється для того, щоб матеріал витік із зони стику. При цьому сформується рівна стикувальна площину.

Ссылка на основную публикацию