Ротационную сварку трением изобрел в СССР токарь-новатор А. И. Чудиков в 1956 году. В дальнейшем оборудование и технология ротационной сварки широко экспортировалась в Европу ВНИИЭСО – впоследствии Институтом Сварки России. Эти работы послужили толчком для начала исследований сварки трением в США, Японии, Великобритании, Германии и других странах.

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.

Нагрев происходит в результате трения двух поверхностей сжатых между собой деталей, то есть механическая энергия преобразуется в тепловую. Наибольшее распространение получила схема сварки, когда нагрев трением осуществляется в контакте между деталями, одна из которых вращается относительно другой. Возникающее при вращении трение, а также пластическое деформирование вызывают разрушение окисных и адсорбированных пленок и удаление их и других посторонних включений из зоны сварки. Такая очистка позволяет в процессе пластической деформации обеспечить надежную металлическую связь по всей поверхности свариваемых деталей и получить высокопрочное соединение.

В процессе нагрева трением различают три стадии.

Первая стадия представляет собой приработку трущихся поверхностей, когда сминаются выступы, разрушаются пленки, обеспечивается металлический контакт по всей поверхности стыка свариваемых деталей. В конце первой стадии момент сил трения уменьшается до минимума. С началом второй стадии возникают отдельные очаги металлической связи (очаги схватывания), которые постепенно расширяются, но по мере перемещения трущихся поверхностей относительно друг друга разрушаются. На этой стадии момент трения постоянно нарастает до максимума и происходит интенсивный нагрев торцов.

Для третьей стадии характерно падение момента сил трения, так как с повышением температуры металла очаги схватывания легко разрушаются и прочность металла уменьшается. При нагреве торцов деталей до пластического состояния (Тп = 0.7…0.9 Тпл) момент сил трения стабилизируется и в дальнейшем не меняется. В результате температура по сечению стыка выравнивается и металл деталей оказывается подготовленным к образованию сварного соединения. Вращение детали практически мгновенно прекращается и детали сжимаются с усилием проковки, которое обычно в два раза больше усилия при нагреве.

Основные параметры режима сварки трением:

1. Скорость относительного перемещения свариваемых поверхностей. Для вращающихся деталей оптимальное число оборотов должно соответствовать относительной окружной скорости Vокр = 12…60 об/мин.

2. Величина осевого усилия при нагреве Рн и осевого усилия при проковке Рп. Эти усилия зависят от площади сечения свариваемых деталей и свойств материалов. Поэтому эти усилия для разных материалов задаются через удельное давление Руд = 2…25 кг/мм2.

3. Величина осадки при нагреве ∆LH и осадки при проковке ∆Lп. Суммарная осадка зависит от свойств материала и выбирается в зависимости от диаметра деталей dд, то есть ∆LH + ∆Lп = 0.2…0.5dд, Величина ∆LH прямо зависит от времени нагрева tH, которое часто используется в качестве параметра режима сварки. Малый объем металла, нагреваемого при сварке трением, требует малого времени нагрева (1.5…50 с) и незначительного расхода энергии.

Мощность при сварке трением в 5…10 раз меньше, чем при контактной сварке. При этом обеспечивается равномерная нагрузка фаз питающей сети и высокий коэффициент полезной мощности cos φ = 0.8…0.85. Мощность двигателя для вращения детали можно существенно уменьшить, если предварительно накопить механическую энергию во вращающемся маховике машины. По этому принципу создано оборудование для так называемой инерционной сварке трением.

Одно из наиболее важных преимуществ сварки трением – возможность сварки разнородных материалов с получением высокого качества сварных соединений с прочностью и пластичностью на уровне основного металла.

Ниже показан вид современной машины для ротационной сварки трением, этапы сварки соединения и типичные соединения из разнородных сплавов.

  • Facebook Clean
  • Twitter Clean
  • White Google+ Icon

 

© 2012-2019  Дизайн IWM