Сварка трением

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сва́рка тре́нием — разновидность сварки давлением (часто упоминается как «сварка без расплавления»), при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия. Сварка трением используется для соединения различных металлов и термопластиков в авиастроении и автомобилестроении. Следует отметить, что окончательное соединение формируется на завершающей стадии процесса, когда к уже неподвижным образцам прикладывается проковочное усилие.

соединение, полученное сваркой трением
Сварка трением

Процесс образования сварного соединения:

  • Разрушение и удаление оксидных плёнок под действием сил трения;
  • Разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и наиболее пластичные объёмы металла выдавливаются из стыка;
  • Прекращение вращения с образованием сварного соединения.

Сварка трением сопровождается процессом, при котором механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения. Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения. В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы: по мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых и оксидных плёнок, присутствующих на них в исходном состоянии; граничное трение уступает место сухому, в контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи, которые немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей[1].

Практическому использованию сварки трением положили начало опыты токаря-новатора А. И. Чудикова (1956 г.), получившие развитие в работах ВНИИЭСО (СССР). Эти работы послужили толчком для начала исследований сварки трением в США, Японии, Великобритании, Германии и других странах. В 1960—1990 годах сварку трением интенсивно исследовали и внедряли в промышленность как в СССР, так и в других странах мира[2].

Сварка трением с перемешиванием[править | править код]

Сварка трением с перемешиванием
Инструменты для сварки трением с перемешиванием

Британским институтом сварки (TWI) в 1991 году был разработан метод сварки трением с перемешиванием. Этим методом сваривают стыковые швы листового проката из алюминиевых, титановых и некоторых других сплавов, стали. Возможна сварка практически всех металлов и сплавов с температурой плавления до 1800 °C, а также возможность соединения деталей из разнородных металлов[3]. Для сварки используют инструмент в форме стержня, состоящий из двух основных частей, а именно: заплечика или бурта (утолщенная часть) и наконечника (выступающая часть). Размеры этих конструктивных элементов выбирают в зависимости от толщины и материала свариваемых деталей. Длину наконечника устанавливают приблизительно равной толщине детали, подлежащей сварке. Диаметр заплечика может изменяться от 1,2 до 25 мм. Вращающийся с высокой скоростью инструмент в месте стыка вводится в соприкосновение с поверхностью заготовок так, чтобы наконечник внедрился в заготовки на глубину, примерно равную их толщине, а заплечик коснулся их поверхности. После этого инструмент перемещается по линии соединения со скоростью сварки. В результате работы сил трения происходит нагрев металла до пластического состояния, перемешивание его вращающимся инструментом и вытеснение в освобождающееся пространство позади движущегося по линии стыка инструмента. Объем, в котором формируется шов, ограничивается сверху заплечиком инструмента. По окончании сварки вращающийся инструмент выводят из стыка за пределы заготовки. В связи с асимметрией структуры швов в поперечном сечении сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием, принято различать сторону набегания, где направление вращения инструмента совпадает с направлением сварки, и противоположную сторону — отхода. Основными параметрами процесса сварки трением с перемешиванием являются: скорость сварки, частота вращения инструмента, усилия прижатия и перемещения инструмента, угол наклона инструмента, его размеры. Усилия прижатия и перемещения зависят от типа свариваемого материала, его толщины и скорости сварки[4].

Примечания[править | править код]