Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem: rodzaje, technologia, urządzenia

Istnieje duża różnorodność metod spawania. Jednym z nich jest egzotyczny proces, taki jak zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem. Jej cechą charakterystyczną jest brak materiałów eksploatacyjnych takich jak elektrody, drut spawalniczy, gazy osłonowe. Niedawno opracowany proces staje się powszechny.

Historia wprowadzenia

Historia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW) sięga 1991 roku. Było to innowacyjne opracowanie Brytyjskiego Instytutu Spawalnictwa (TWI). Kilka lat później został on rozszerzony na budowę samolotów i statków.

Pierwszymi firmami, które wprowadziły nową technologię były Marine Aluminium z Norwegii i Boeing z USA. W swoich fabrykach używają zgrzewarek firmy ESAB, specjalizującej się w zgrzewaniu tarciowym z przemieszaniem (FSW).

Od 2003 roku firma nieustannie bada potencjał zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Na przykład dla stopów aluminium i ich odmian opracowano procesy spawania, które są stosowane w budowie samolotów, statków i kontenerów kolejowych.

Przemysł lotniczy znalazł możliwość zastąpienia połączenia nitowane połączenia spawane. Prędkość spawania tarciowego z przemieszaniem jest znacznie większa niż spawania łukiem elektrycznym. Spoina o długości 6 metrów może być utworzona w ciągu jednej minuty, podczas gdy prędkość spawania metodami konwencjonalnymi wynosi tylko 0,8 do 2 m/min przy grubości elementu 0,5 cm.

Wynik końcowy

Metale są łączone poprzez nagrzewanie w obszarze zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Podstawowym narzędziem spawalniczym w procesie zgrzewania tarciowego z przemieszaniem jest metalowy pręt składający się z dwóch połówek: łopatki i ramienia.

Obracający się trzpień zagłębia się w materiał swoją wystającą częścią, powodując intensywne nagrzewanie. Jego posuw jest ograniczony przez ramię, co zapobiega wnikaniu w spawany element. Materiał znacznie zwiększa swoją plastyczność w strefie grzewczej i tworzy jednorodną masę po dociśnięciu przez ramię.

Kolejnym etapem jest przesuwanie pręta wzdłuż zgrzewanego obszaru. Przesuwając się do przodu, ramię miesza rozgrzaną masę metalu, która po ostygnięciu tworzy solidne połączenie.

Co wpływa na jakość zgrzewania tarciowego z przemieszaniem

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem to stale rozwijający się proces. Ale już teraz można wyróżnić kilka parametrów, które mają wpływ na jakość połączenia:

1. Siła wywierana przez narzędzie.
2. Prędkość posuwu głowicy spawalniczej.
3. Rozmiar kołnierza.
4. Prędkość obrotowa rdzenia na obwodzie.
5. Kąt nachylenia.
6. Siła posuwu rdzenia.

Manipulowanie charakterystyką spawania pozwala na uzyskanie połączenia niepodobnych metali. Na przykład aluminium i lit. Lit, dzięki swojej niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości, może działać jako składnik stopowy części ze stopów aluminium, co czyni go odpowiednią technologią dla zastosowań w przemyśle lotniczym i kosmicznym.

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem może łatwo zastąpić kucie, tłoczenie lub odlewanie, gdy są one wykorzystywane w produkcji trudno pasujących do siebie części do produkcji części wykonanych z metali trudnych do połączenia. Na przykład stale o strukturze austenitu i perlitu, aluminium lub brązu.

Jakie aplikacje wchodzą w grę?

Branże procesowe, takie jak przemysł motoryzacyjny, stale pracują nad sposobami poprawy właściwości wytrzymałościowych produktów przy jednoczesnym zmniejszeniu ich wagi. W tym kontekście stale wprowadzane są nowe materiały, które wcześniej nie były spotykane ze względu na złożoność obróbki. Coraz częściej elementy układu napędowego, takie jak podramy, a czasem całe nadwozie, są wykonywane z aluminium lub kombinacji aluminium i innych materiałów.

Na przykład w 2012 r. Honda wykorzystała produkcję przyrostową i zgrzewanie tarciowe do produkcji podwozi swoich samochodów. Wprowadzili oni połączenie stali i aluminium.

Przy produkcji części karoserii z aluminium może dojść do przepalenia blachy. Wada ta nie jest już problemem w STP. Oprócz oszczędności energii od 1,5 do 2 razy, zmniejszają się koszty materiałów eksploatacyjnych, takich jak druty spawalnicze i gazy osłonowe, gazy osłonowe.

Oprócz produkcji samochodów, STP jest również stosowany w następujących obszarach

1. Przemysł budowlany: aluminiowe kratownice nośne, przęsła mostowe.
2. Pojazdy kolejowe: ramy, wózki, wagony.
3. Budownictwo okrętowe: grodzie, elementy konstrukcyjne.
4. Konstrukcja samolotu: zbiorniki paliwa, części kadłuba.
5. Przemysł spożywczy: różne pojemniki na produkty płynne (mleko, piwo).
6. Produkcja urządzeń elektrycznych: obudowy silników, anteny paraboliczne.

Oprócz stopów aluminium, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem jest stosowane do produkcji związków miedzi, na przykład w produkcji miedzianych pojemników do usuwania zużytego paliwa radioaktywnego.

Zalety CCT

Badanie CCT pozwalające na dobór sposobów spawania do łączenia różnych grup stopów. Chociaż STP został pierwotnie opracowany do pracy z metalami o niskiej temperaturze topnienia, takimi jak aluminium (660 °C), stosowanymi następnie do łączenia niklu (1455 °C), tytanu (1670 °C), żelaza (1538 °C).

Testy wykazały, że spoiny wykonane w ten sposób dokładnie odpowiadają metalowi spawanych części i charakteryzują się wyższymi wartościami wytrzymałości, niższymi kosztami pracy i niskim odkształceniem szczątkowym.

Prawidłowo dobrany tryb spawania zapewnia zgodność materiału spawalniczego i spawanego metalu pod następującymi względami:

• odporność na zmęczenie:
• Wytrzymałość na zginanie i rozciąganie;
• wytrzymałość.

Zalety w stosunku do innych procesów spawania

Spawanie TIG ma wiele zalet. Wśród nich:

1. Nietoksyczny. Brak przepalenia łuku, który w przeciwieństwie do innych gatunków odparowuje stopiony metal w obszarze spawania.
2. Zwiększa się szybkość tworzenia spoiny, co powoduje skrócenie czasu cyklu.
3. Koszty energii spadły o połowę.
4. Brak konieczności dalszej obróbki spoiny. Narzędzie do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem tworzy doskonałą spoinę, która nie wymaga czyszczenia.
5. Brak konieczności stosowania dodatkowych materiałów eksploatacyjnych (drut spawalniczy, gazy techniczne, topniki).
6. Możliwość tworzenia połączeń metalowych, które nie nadają się do innych procesów spawania.
7. Nie jest wymagane specjalne przygotowanie krawędzi spawania, z wyjątkiem czyszczenia i odtłuszczania.
8. Pierwszy z nich daje jednorodną strukturę spoiny bez porów, co ułatwia kontrolę jakości. Jest to standard dla zgrzewania tarciowego z przemieszaniem GOST R ISO 857-1-2009.

Jak sprawdzana jest jakość spoiny

Jakość spawania jest sprawdzana za pomocą dwóch rodzajów kontroli. Pierwszy z nich polega na złamaniu próbki powstałej w wyniku połączenia dwie części. Druga pozwala na inspekcję bez niszczenia. Stosowane są takie techniki jak inspekcja optyczna, badania audiometryczne. Pomaga wykryć obecność porów i niejednolitych wtrąceń pogarszających właściwości spoiny. Wyniki kontroli akustycznej przedstawione są w postaci wykresu, na którym wyraźnie widać, gdzie echo akustyczne odbiega od normy.

Wady tej metody to

Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem ma wiele zalet, ale także kilka wad:

1. Brak mobilności. STP polega na łączeniu części stałych, które są sztywno zamocowane w przestrzeni. Nakłada to na urządzenia do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem pewne właściwości, takie jak nieruchomość.
2. Mała wszechstronność. Nieporęczny sprzęt jest skonfigurowany do wykonywania tego samego rodzaju operacji. Dlatego też przyrządy spawalnicze są przeznaczone do określonych zadań. Na przykład do spawania ścian bocznych samochodów na linii montażowej i nic więcej.
3. Szew spawalniczy ma strukturę promienistą. Dlatego w przypadku niektórych rodzajów deformacji lub w pracy W agresywnym środowisku może dojść do zmęczenia spoiny.

Uchwyty spawalnicze są klasyfikowane według zasady tarcia

Procesy spawalnicze wykorzystujące tarcie można podzielić na kilka rodzajów:

1. Tarcie liniowe. Zasadą jest stworzenie trwałego połączenia nie poprzez działanie obracającej się końcówki, ale poprzez ruch części względem siebie. Uderzając w powierzchnię w miejscu styku, powodują tarcie i w konsekwencji wysoką temperaturę. Pod wpływem ciśnienia sąsiadujące części topią się i powstaje połączenie spawane.
2. Spawanie promieniowe. Technika ta jest stosowana w produkcji dużych kontenerów i zbiorników kolejowych. Jest on zredukowany do tego stopnia, że połączenia części są ogrzewane przez obracający się pierścień ubrany na zewnątrz. Tarcie powoduje, że temperatura zbliżona do temperatury topnienia. Przykładem firmy stosującej ten proces jest producent cystern Cespel w Cheboksary. Spawanie tarciowe z przemieszaniem zajmuje większość prac spawalniczych.
3. Zgrzewanie kołków. Ten typ zastępuje połączenie nitowane. Ten typ jest stosowany w połączeniach na zakładkę. Obracający się trzpień w miejscu styku podgrzewa zgrzewane elementy. Stopiony pod wpływem ciepła kołek wnika w ciało. Po ostygnięciu tworzy solidną, nierozerwalną spoinę.

Rodzaje STP według poziomu trudności

Operacje spawalnicze z wykorzystaniem zgrzewania tarciowego z przemieszaniem można podzielić na zgrzewanie planarne i objętościowe. Zasadnicza różnica między tymi dwoma wersjami polega na tym, że w pierwszym przypadku spoina jest spawana w dwóch wymiarach, w drugim - w trzech.

Na przykład producent spawarek ESAB opracował LEGIO 2D dla połączeń planarnych. Jest to konfigurowalny system do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem różnych metali nieżelaznych. Różne grupy urządzeń umożliwiają spawanie małych i dużych elementów. Zgodnie z oznaczeniem, urządzenia LEGIO posiadają kilka układów, które różnią się ilością głowic spawalniczych, możliwością spawania w kilku kierunkach osiowych.

Do operacji spawania ze skomplikowanym pozycjonowaniem w przestrzeni służą roboty 3D. Urządzenia te są instalowane na przenośnikach samochodowych, gdzie wymagane są połączenia spawane w skomplikowanej konfiguracji. Jednym z przykładów takiego robota jest Rosio firmy ESAB.

Wniosek

STP wypada korzystnie w porównaniu z tradycyjnym spawaniem. Jego powszechne zastosowanie nie tylko obiecuje korzyści ekonomiczne, ale także ochronę przyrody zdrowie osób zaangażowanych w produkcję.