Орбитальная сварка трением

Раздел МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ к

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 2

(Сварка трением)

Содержание лабораторной работы

Цель и задачи лабораторной работы

Ознакомится с характерными особенностями и технологическими возможностями сварки трением.

 

 

Оглавление

1. Термины и определения. 2

2. Историческая справка. 2

3. Виды и типы сварки трением.. 3

3.1 Конвенционная сварка. 3

3.2 Орбитальная сварка трением.. 5

3.3 Радиальная сварка трением.. 5

3.4 Перемешивающая сварка трением (ПСТ) 6

3.5 Инерционная сварка. 8

3.6 Комбинированная сварка. 9

3.7 Вибрационная сварка. 9

3.8 Роликовая сварка. 10

4. Особенности процесса. 11

5. Область применения. 12

6. Достоинства и недостатки. 12

Преимущества. 13

Недостатки. 15

7. Исходные данные: 16

 

Термины и определения

 

Сварка — это технологический процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных и межмолекулярных связей между свариваемыми частями изделия при их нагреве (местном или общем), и/или пластическом деформировании.

 

Сварка трением - это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия

 

Сварка давлением - это способ получения неразъемного соединения деталей путем их совместного пластического деформирования.

 

Известны две разновидности сварки давлением: без нагрева (сварка взрывом, импульсом магнитной энергии, холодная сварка) и с нагревом (кузнечная, ультразвуковая, трением, диффузионная, высокочастотная, газопрессовая и контактная сварка).

 

 

Историческая справка

 

Термин «сварка трением», а точнее – «friction stir welding» (FSW), появился в 1991г после опубликования изобретения английских технологов (Wayne Thomas и др.) из Института Сварки (TWI, Кембридж).

 

Практическому использованию сварки трением положили начало опыты токаря-новатора А.И. Чудикова (1956 г.), получившие развитие в работах ВНИИЭСО (Россия). Эти работы послужили толчком для начала исследований сварки трением в США, Японии, Великобритании, Германии и других странах.

 В 1960-1990 гг. сварку трением интенсивно исследовали и внедряли в промышленность как в СССР, так и в других странах мира. В последние десятилетия интерес к сварке трением возрос.

 

FSW – это процесс твердотельного соединения материалов, при котором механическая энергия, подводимая к свариваемым деталям (например, за счет вращения специального керамического инструмента), преобразуется в тепловую. При этом металл не плавится, генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения, и благодаря пластической деформации свариваемых металлов в зоне стыка под воздействием механического усилия вращающегося инструмента происходит сварка.

 

 

Виды и типы сварки трением

 

Классификация способов в виде схемы показана на рис. 1. Наибольшее распространение получили способы 1 и 2. Сварку трением по способу 1 называют сваркой с непрерывным приводом или конвенционной сваркой.

Конвенционная сварка

Конвенционная сварка – разновидность сварки трением, при которой механическая энергия, постоянно поступающая от источника, непосредственно преобразуется в тепловую в тонких приповерхностных слоях металла сопряженных и подлежащих соединению поверхностей свариваемых заготовок.

 

Рис. 1. Классификация способов сварки трением

 

Наиболее распространенная схема выполнения конвенционной сварки трением (способ 1, А) показана на рис. 2. Технологический цикл этого способа состоит в следующем.

 

Одной из заготовок сообщают вращательное движение, затем заготовки сближают и прилагают к ним осевое усилие нагрева (в некоторых машинах для сварки трением предусмотрена предварительная притирка поверхностей). Стадию нагрева регламентируют в машинах или временем нагрева, или совместной деформацией заготовок. После торможения подвижной заготовки прилагают усилие проковки.

 

Рис. 2. Схема конвенционной сварки трением с непрерывным приводом: 1 — тормоз; 2, 3 —  свариваемые заготовки	Рис. 3. Принципиальные схемы сварки трением: а — вращение одной детали; б — вращение обеих деталей; в — крайние заготовки неподвижны, средняя вращается; г — крайние заготовки неподвижны, вращается удаляемый после сварки диск; д — вращение концевых деталей

Предлагают некоторые разновидности конвекционной сварки трением, которые позволяют в значительной мере преодолеть отмеченные выше недостатки.

На рис.З схематически представлены способы 1 А- 1Д (см. рис. 1). Общим для этих способов является то, что свариваемые поверхности значительным усилием прижимают друг к другу и, вращая, перемещают. При этом в начальный момент разрушаются и вытесняются из стыков различные загрязнения, а также стираются неровности на свариваемых поверхностях. В результате получается плотный контакт поверхностей и прекращается доступ воздуха к ним. В дальнейшем происходит быстрый нагрев тонких слоев металла свариваемых поверхностей. Часть нагретого металла с возможными остатками загрязнений вытесняется за пределы стыка.

После прекращения вращения деталей при их совместной пластической деформации образуется сварное соединение.

Отличительной особенностью способа 1Г является выполнение сварки длинных труб с помощью вращения зажатого между ними относительно тонкого диска. По этому способу сварки в результате износа и нагрева диск 1 становится тоньше и при осадке срезается по диаметру, близкому к внутреннему диаметру свариваемых труб 2, а его периферийная часть в виде шайбы остается вваренной между торцами.

Это сварка, при которoй относительное движение заготовок обеспечивает массивный маховик, предварительно разогнанный до нужной скорости специальным двигателем небольшoй мощности. Пpи прижатии свариваемых торцов заготовок дpуг к дpугу энергия, накопленная вo вращающейся массе маховика, трансформируетcя в теплоту, которая выделяется в процессe трения в стыке.

 

 

Орбитальная сварка трением

Для сварки трением деталей некруглого сечения может быть использована орбитальная сварка, при которой две свариваемые детали, поджатые осевым усилием, синхронно вращаются в одну сторону, а оси вращения деталей смещены на величину эксцентриситета. При этом каждая точка контакта описывает окружность с радиусом, равным эксцентриситету. Процесс нагрева прекращается совмещением осей вращения деталей.

Орбитальная сварка трением осуществляется движением прижатых с силой Fпp одна к другой заготовок по круговой орбите без вращения вокруг собственных осей ( рис . 4). Оси заготовок смещены вoвремя нагрева нa величину эксцентриситета. Пo завершении стадии нагрева оcи совмещают, прекращая тем сaмым относительное движение заготовок, далее выполняют проковку. Этот способ позволяeт избежать трудностей, связанных c неравномерным нагревом Fн свариваемого элементa по сечению из-зa различия в значенияx линейных скоростей на егo центральных и периферийных участках.

 

Рис. 4. Схема орбитальной сварки трением : а - стадия нагрева ; б - стадия проковки.