Сущность сварки металлов трением, ее преимущества и недостатки

Сварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении поверх­ностей свариваемого изделия. Трение поверх­ностей осуществляют вращением свариваемых деталей, сжимаемых усилием Р. В процессе сварки наблюдаются значительные пласти­ческие деформации на свариваемых поверхностях.

Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения металлических связей между ювенильными (чистыми) контактирующими поверхностями свариваемых деталей. Препятствующие образованию этих связей раз­личные включения и пленки, покрывающие металлические поверхности, разрушаются при трении и удаляются из зоны сварки в радиальном направлении вследствие значительной пластической деформации трущихся поверх­ностей.

На поверхностях деталей, прижатых усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая на пре­одоление этих сил, превращается в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и вызывает интен­сивный нагрев металла до температур, необходимых для образования сварного соединения; применительно к сварке сталей эти температуры, в зависимости от режима про­цесса, составляют 950—1300° С (1223—1573 К). По до­стижении требуемой температуры относительное дви­жение деталей должно быть по возможности быстро (практически мгновенно) прекращено. Процесс образо­вания сварного соединения завершают проковкой: к на­гретым, но уже неподвижным деталям на некоторое время прикладывают сжимающее усилие. После проковки происходит естественное охлаждение сварных деталей.

Преимущества сварки трением:

1. Для получения требуемой деформации металл доводят до состояния повышенной пластичности с помощью теп­лоты, возникающей при трении. Механическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую, причем гене­рирование теплоты происходит строго локализовано в тонких приповерхностных слоях металла. Эта особен­ность процесса предопределяет основные преимущества сварки трением.

2. Объем тонкого слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно уклады­вается в весьма малый промежуток времени — от не­скольких секунд до полминуты, поэтому производитель­ность сварки трением весьмавысока, и конкурировать с нею может лишь электрическая кон­тактная сварка.

3. Малый объем металла, на­греваемого при сварке трением, предопределяет и исключи­тельно высокие энергетические характеристики процесса; ра­сход энергии и мощность уста­новок при сварке трением в 5-10 раз меньше, чем при контактной сварке.

4. Одно из наиболее важных преимуществ сварки тре­нием — высокое качество получаемых сварных соедине­ний. При правильно выбранном режиме сварки металл стыка и прилегающих к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшими, чем основной металл свариваемых деталей.

5. Сварные соединения, выполненные с помощью сварки трением без перенастройки машины, обладают высокими показателями (временное сопротивление разрыву, угол изгиба, ударная вязкость).

6. Сварка трением позволяет получать прочные соедине­ния не только из одноименных, но и из большого числа сочетаний разноименных металлов и сплавов, в том числе и таких, теплофизические характеристики которых резко различны.

7. Основные параметры процесса сварки трением сравнительно­ легко программируются. Оборудование для сварки трением — это полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда либо автоматы, работа которых протекает без участия человека.

Недостатки сварки трением:

1. Применение сварки трением ограничено формой и размерами сечения свариваемых деталей. При использо­вании вращательного движения сварка трением позво­ляет получить хорошие результаты лишь в тех случаях, когда одна из деталей представляет собой тело вращения (стержень или трубу), ось которого совпадает с осью вращения, а другая деталь обладает плоской поверх­ностью.

2. На поверхностях трения недопустима окалина; ее присутствие может привести к образованию недобро­качественного соединения.

3. Возможность использования сварки трением ограни­чивается также и размерами сечения свариваемых дета­лей в месте их сопряжения. Расчеты показывают, что использовать этот процесс для сварки стержней сплошного сечения диаметром более 200 мм при современном уровне развития техники нецелесообразно. Для сварки таких стержней (сечением более 30 000 мм²) потребовалась бы машина с электродвигателем мощностью порядка 500 кВт, при частоте вращения около 100—150 об/мин и с осевым усилием более 300 тс (294 МН).

Диапазон площадей сечений дета­лей, которые целесообразно сваривать трением, составляет 30 - 8000 мм².

Процесс сварки вибро­трением, отличительная особенность которого — сооб­щение одной из свариваемых деталей возвратно-посту­пательного движения в плоскости трения с относительно малыми амплитудами. В этом случае можно сваривать детали с различной формой поперечного сечения.

Поиск по сайту: