Zavarivanje trenjem uz miješanje: vrste, tehnologija, oprema

Postoji velika raznolikost metoda zavarivanja. Među njima postoji takav egzotični postupak kao što je zavarivanje trenjem uz miješanje. Njegova prepoznatljiva značajka je nedostatak potrošnog materijala kao što su elektrode, žica za zavarivanje, zaštitni plinovi. Novorazvijena metoda dobiva široku primjenu.

Povijest pojavljivanja

Povijest zavarivanja trenjem uz miješanje (STP) započela je 1991. godine. Bio je to inovativni razvoj britanskog Instituta za zavarivanje (IAS). Nekoliko godina kasnije tehnologija je korištena u izgradnji zrakoplova i morskih brodova.

Prve tvrtke koje su lansirale novu tehnologiju u proizvodnju bile su norveški i američki. U svojim pogonima koristili su opremu za zavarivanje koncerna UMPIN, specijaliziranu za razvoj rotacijskog zavarivanja trenjem (PCT).

Od 2003. godine tvrtka kontinuirano istražuje mogućnosti zavarivanja trenjem uz miješanje. Na primjer, razvijene su metode zavarivanja aluminijskih legura i njihovih modifikacija koje se koriste u područjima izgradnje zrakoplova, pomorskih brodova i željezničkih kontejnera.

U zrakoplovnoj industriji pronađena je mogućnost zamjene zakovice zavareni spojevi. Štoviše, brzina zavarivanja metodom STP značajno premašuje brzinu električnog luka. Zavar dugačak 6 metara može se oblikovati u jednoj minuti, dok brzina zavarivanja na uobičajeni način doseže samo 0,8-2 m/min s debljinom dijela od 0,5 cm.

Bit procesa

Spajanje metala nastaje zagrijavanjem u zoni zavarivanja trenjem. Glavni alat za zavarivanje za zavarivanje trenjem je metalna šipka koja se sastoji od dvije polovice: ramena i ramena.

Svojim izbočenim dijelom rotirajuća šipka tone u materijal, uzrokujući veliko zagrijavanje. Njegovo hranjenje ograničava rame, sprječavajući prolazak kroz zavareni dio. U zoni grijanja materijal značajno povećava svoju plastičnost i, pritisnut ramenom, tvori jednu masu.

Sljedeći korak je pomicanje šipke duž zavarene zone. Krećući se naprijed, ovratnik miješa zagrijanu metalnu masu, koja nakon hlađenja tvori snažnu vezu.

Što utječe na kvalitetu STP-a

Zavarivanje trenjem uz miješanje je proces stalno razvijajući se. Ali već sada možete razlikovati nekoliko parametara koji utječu na kvalitetu veze:

1. Sila koju stvara alat.
2. Brzina dovoda glave za zavarivanje.
3. Veličina Burta.
4. Obodna brzina rotacije šipke.
5. Kut nagiba.
6. Sila hranjenja šipke.

Manipulacija karakteristikama zavarivanja omogućuje postizanje spajanja različitih metala. Na primjer, aluminij i litij. Litij, zbog svoje male gustoće i velike čvrstoće, može djelovati kao legirajuća komponenta dijelova od aluminijskih legura, što omogućuje primjenu ove tehnologije u zrakoplovnoj industriji.

Zavarivanje trenjem uz miješanje može lako zamijeniti kovanje, štancanje, lijevanje kada primjenjuju se za proizvodnju dijelova od metala koji se teško kombiniraju. Na primjer, čelici sa strukturom austenita i perlita, čelik od aluminija ili bronce.

U kojim se područjima koristi

Područja proizvodnje poput automobilske industrije neprestano rade na tome kako povećati kvalitete čvrstoće proizvoda uz smanjenje njegove mase. S tim u vezi, kontinuirano se uvodi novi materijali koji prethodno nisu bili karakteristični zbog složenosti obrade. Sve češće, elementi snage, kao što su podokviri, a ponekad i cijela tijela, izrađeni su od aluminija ili njegove kombinacije s drugim materijalima.

Tako je 2012. godine tvrtka "Honda" primijenila aditivne tehnologije i zavarivanje trenjem uz miješanje kako bi proizvela podokvire za svoje automobile. Uveli su kombinaciju čelika i aluminija.

U proizvodnji zavarenih aluminijskih elemenata tijela može doći do izgaranja metalnih limova. STP je lišen ovog nedostatka. Osim što se potrošnja električne energije smanjuje za 1,5-2 puta, smanjuju se i troškovi potrošnog materijala kao što je žica za zavarivanje, zaštitni plinovi.

Osim proizvodnje automobila, STP se koristi u sljedećim područjima:

1. Građevinska proizvodnja: aluminijske potporne rešetke, rasponi mostova.
2. Željeznički prijevoz: okviri, kolica na kotačima, vagoni.
3. Brodogradnja: pregrade, strukturni elementi.
4. Proizvodnja zrakoplova: spremnici za gorivo, dijelovi trupa.
5. Hrana: različiti spremnici za tekuće proizvode (mlijeko, pivo).
6. Proizvodnja elektrotehnike: kućišta elektromotora, parabolične antene.

Osim aluminijskih legura, zavarivanje trenjem uz miješanje koristi se za dobivanje bakrenih spojeva, na primjer, u proizvodnji bakrenih spremnika za odlaganje istrošenog radioaktivnog goriva.

Prednosti STP-a

Studija STP-a omogućila je odabir načina zavarivanja prilikom spajanja različitih skupina legura. Unatoč činjenici da je STP izvorno razvijen za rad s metalima s niskom točkom taljenja, kao što je aluminij (660 ipaina), kasnije se koristi za spajanje nikla (1455 ipaina C), titana (1670 ipaina), željeza (1538 ipaina).

Studije pokazuju da je šav dobiven na ovaj način u potpunosti u skladu sa svojom strukturom s metalom zavarenih dijelova i ima veće pokazatelje čvrstoće, niže troškove rada i nisku trajnu deformaciju.

Ispravno odabrani način zavarivanja jamči usklađenost materijala šava i zavarenog metala prema sljedećim pokazateljima:

• snaga Zamora:
• čvrstoća na savijanje i zatezanje;
• žilavost.

Prednosti u odnosu na druge vrste zavarivanja

STP ima brojne prednosti. Među njima su:

1. Netoksičan. Za razliku od drugih sorti, nema Gorenje električnog luka, zbog čega rastaljeni metal isparava u zoni zavarivanja.
2. Povećanje brzine formiranja šava, čime se smanjuje vrijeme proizvodnog ciklusa.
3. Prepoloviti troškove električne energije.
4. Nema potrebe za daljnjom obradom zavara. Alat za zavarivanje trenjem uz miješanje tijekom rada tvori savršen šav koji ne zahtijeva skidanje.
5. Nema potrebe za dodatnim potrošnim materijalom (žica za zavarivanje, tehnički plinovi,fluksi) .
6. Mogućnost dobivanja metalnih spojeva nedostupnih drugim vrstama zavarivanja.
7. Nema potrebe za posebnom pripremom rubova za zavarivanje, osim čišćenja i odmašćivanja.
8. Dobivanje homogene strukture šava bez pora, što rezultira lakšom kontrolom kvalitete, koja je regulirana za zavarivanje trenjem uz miješanje GOST R ISO 857-1-2009.

Kako se provjerava kvaliteta zavara

Kvaliteta zavarivanja provjerava se s dvije vrste kontrole. Prvi podrazumijeva uništavanje prototipa dobivenog spajanjem dva detalja. Drugi omogućuje provjeru bez uništavanja. Koriste se metode kao što su optička kontrola, audiometrijska studija. Pomaže u određivanju prisutnosti pora i heterogenih inkluzija koje pogoršavaju karakteristike šava. Rezultati zvučne kontrole su dijagram koji jasno prikazuje mjesta odstupanja akustičnog odjeka od norme.

Nedostaci metode

Uz brojne prednosti, metoda zavarivanja trenjem ima popratne nedostatke:

1. Nedostatak mobilnosti. STP uključuje spajanje fiksnih dijelova čvrsto fiksiranih u prostoru. To nameće određena svojstva opremi za zavarivanje trenjem uz miješanje, poput nepokretnosti.
2. Niska svestranost. Glomazna oprema konfigurirana je za izvođenje iste vrste operacija. S tim u vezi, uređaji za zavarivanje dizajnirani su za određene zadatke. Na primjer, za zavarivanje automobilskih bočnih zidova na transporteru i ni za što drugo.
3. Šav za zavarivanje ima radijalnu strukturu. S tim u vezi, s određenim vrstama deformacija ili tijekom rada dijelovi u korozivnom okruženju može se nakupiti zamor zavara.

Sorte STP prema principu djelovanja

Postupci zavarivanja koji koriste trenje u osnovi mogu se podijeliti u nekoliko vrsta:

1. Linearno trenje. Bit metode svodi se na dobivanje jednodijelne veze ne kao rezultat djelovanja rotirajućeg vrha, već zbog kretanja dijelova jedan u odnosu na drugi. Djelujući na površinu na mjestu dodira, stvaraju trenje i, posljedično, visoku temperaturu. Pod pritiskom dolazi do topljenja susjednih dijelova i nastaje zavareni spoj.
2. Radijalno zavarivanje. Ova se metoda koristi za proizvodnju spremnika velikog promjera, željezničkih cisterni. Svodi se na činjenicu da se spojevi dijelova zagrijavaju rotirajućim prstenom odjevenim izvana. Silom trenja uzrokuje temperaturu blizu točke taljenja. Primjer poduzeća koje koristi ovu tehnologiju je čeboksarska tvrtka za proizvodnju cisterni "Sespel". Zavarivanje trenjem uz miješanje zauzima najveći dio zavarivanja.
3. PIN zavarivanje. Ova sorta zamjenjuje spoj zakovice. Ova vrsta se koristi za preklapanje spojeva. Rotirajući zatik na mjestu kontakta zagrijava zavarene dijelove. Od visoke temperature dolazi do topljenja i zatik prodire unutra. Kad se ohladi, stvara snažnu jednodijelnu vezu.

Sorte STP prema stupnju složenosti

Operacije zavarivanja izvedene trenjem mogu se uvjetno podijeliti na ravne i volumetrijske. Glavna razlika između ovih sorti je u tome što se u prvom slučaju šav za zavarivanje formira u dvodimenzionalnom prostoru, a u drugom u trodimenzionalnom.

Dakle, za ravne spojeve, poduzeće za proizvodnju opreme za zavarivanje, asa, razvilo je 2 Asa-instalaciju asa. To je prilagodljiv sustav za zavarivanje trenjem uz miješanje različitih obojenih metala. Različite dimenzijske skupine opreme omogućuju zavarivanje malih i velikih dijelova. Prema oznaci, oprema za opremu ima nekoliko rasporeda, koji se razlikuju po broju glava za zavarivanje, mogućnosti zavarivanja u nekoliko aksijalnih smjerova.

Za zavarivanje s teškim položajem u prostoru postoje 3 robotska robota. Takvi se uređaji ugrađuju na automobilske transportere, gdje su potrebni zavari složene konfiguracije. Jedan od primjera takvih robota bio bi postavljanje AP-a za proizvodnju AP-a.

Zaključak

STP se povoljno uspoređuje s tradicionalnim vrstama zavarivanja. Njegova sveprisutna uporaba ne samo da obećava ekonomske koristi, već i očuvanje zdravlje ljudi zaposleni u proizvodnji.