Třecí svařování

Třecí svařování se provádí teplem generovaným třením při vzájemném pohybu spojovaných dílů, které jsou stlačovány axiální silou. Jeden ze svařovaných dílů je pohyblivý, druhý, přitlačený k prvnímu, se otáčí. Když ohřev ve spoji dosáhne svařovací teploty (pro ocel 900–1200 ℃), tření se náhle zastaví a axiální síla se zvýší. Třecí svařování je energeticky velmi účinné. Je široce používán v zemědělském inženýrství.

Třecí svařování je druh tlakového svařování, při kterém se mechanická energie přiváděná do jedné ze svařovaných částí přeměňuje na tepelnou energii; v tomto případě dochází k tvorbě tepla přímo v místě budoucí přípojky. Teplo se může uvolňovat při otáčení jednoho dílu vůči druhému (obr. 1, a) nebo vložky mezi díly (obr. 1, b, c), při vratném pohybu dílů v rovině spoje s relativně malými amplitudami a při zvukové frekvenci (obr. 1, d). Díly jsou lisovány konstantním nebo rostoucím tlakem v průběhu času. Svařování končí pěchováním a rychlým zastavením rotace.

V zóně spoje při svařování probíhají různé procesy. Jak se zvyšuje rychlost otáčení svařovaných obrobků za přítomnosti tlakového tlaku, kontaktní plochy se zabrušují a různé nečistoty na nich přítomné v počátečním stavu jsou zničeny. Hraniční tření ustupuje suchému tření. Jednotlivé mikrovýčnělky se dostávají do kontaktu, deformují se a vznikají oblasti s nenasycenými vazbami povrchových atomů, mezi nimiž dochází okamžitě k vytvoření kovových vazeb, které se vlivem relativního pohybu povrchů okamžitě rozruší. Tento proces probíhá nepřetržitě a je doprovázen zvětšením aktuální kontaktní plochy a rychlým zvýšením teploty v místě spoje. V tomto případě se odolnost kovu vůči deformaci snižuje a tření se rozšiřuje po celé kontaktní ploše. V oblasti spoje se objeví tenká vrstva měkčeného kovu, která působí jako lubrikant a tření ze sucha se stává hranicí.

Rýže. 1. Třecí svařování:

a – rotace jedné části; b – rotace; obě části; c – rotace vložky se dvěma pevnými částmi;

d – vratný pohyb jedné části.

Působením tlakové síly se kov ze spoje přemístí a svarové plochy – návar – se k sobě přiblíží. Styčné plochy jsou připraveny pro vytvoření svarového spoje: kov v zóně spoje má nízkou odolnost proti vysokoteplotní deformaci, oxidové filmy jsou ztenčeny, částečně zničeny a odstraněny, spojované plochy jsou aktivovány. Po brzdění, kdy se rychlost otáčení blíží nule, je pozorován mírný pokles teploty kovu ve spoji v důsledku odvodu tepla.

Při třecím svařování se získají tupé a T-spoje (obr. 2) s vysokými mechanickými vlastnostmi. V tomto případě se vypočítaná napětí ve svarovém spoji ukáží jako ekvivalentní napětím v základním kovu. Dovolená napětí se stanoví na základě speciálních experimentů.

Rýže. 2. Díly získané třecím svařováním:

a, b – zadnice; c – tričko

Třecí svařování umožňuje získat pevné spoje nejen ze stejných, ale také z odlišných kovů a slitin, dokonce s různými termofyzikálními vlastnostmi. Hlavní typy svarových spojů při třecím svařování jsou: tupé spoje tyčí a trubek, spoje tyčí a trubek s rovným povrchem.

Strojní třecí svařování

Třecí svařovací stroje obvykle obsahují tyto hlavní součásti (obr. 3): pohon otáčení vřetena 1 s řemenovým pohonem 2; třecí spojka 3 pro spojení vřetena s hnacím zařízením; brzda 4 pro brzdění vřetena; dvě svorky pro upevnění svařovaných obrobků 7; vřeteník 5 s vřetenem nesoucím otočnou svorku 6; koník 8 s pevnou svorkou; pneumatické nebo hydraulické válce 9, zajišťující vytvoření požadovaného provozního tlaku stroje; pneumatický, pneumohydraulický nebo hydraulický ovládací obvod pro silový pohon stroje; ovládací skříň.

Rýže. 3. Strukturální a kinematické schéma třecího svařovacího stroje

U většiny strojů je součástí rotačního pohonu třífázový asynchronní elektromotor a pohon klínovým řemenem s ozubeným řemenem. U strojů pro mikro- a přesné svařování, jejichž vřeteno musí vyvinout velmi vysokou rychlost otáčení, se jako pohon používají pneumatické turbíny, které se vyznačují rychlým zrychlením a brzděním a umožňují obejít se bez převodu přímým spojením hřídele. s vřetenem stroje.

Materiály používané pro svařování

Svařovací drát

Drát je označen indexem St. (svařování) a následujícími písmeny a číslicemi. Písmena označují chemické prvky obsažené v kovu drátu: A – dusík, G – mangan, C – křemík, X – chrom, H – nikl, M – molybden, T – titan, Yu – hliník, C – zirkon, atd. První dvě Čísla za St. indexem označují obsah uhlíku v setinách procenta a čísla za písmeny označují obsah tohoto prvku v procentech. Absence čísla za písmenným označením legujícího prvku znamená, že tohoto prvku je v drátu méně než jedno procento. Písmeno A na konci označení u značek nízkouhlíkového a legovaného drátu označuje snížený obsah škodlivých nečistot (síry a fosforu). Například svařovací drát značky Sv-08KhG3S2 obsahuje 0,08 % uhlíku, do 1 % chromu, do 3 % manganu a 2 % křemíku.

Kovové elektrody

Elektrody jsou klasifikovány podle účelu, typu, třídy, tloušťky povlaku, kvality, přípustných prostorových poloh pro svařování nebo navařování atd. Podle kvality se elektrody dělí do tří skupin: 1, 2, 3. Povlak elektrody musí být stejnoměrný, hustý, odolný, bez prasklin, bobtnání, prověšení nebo excentricity vzhledem k ose tyče. Jsou povoleny drsnosti a jednotlivé škrábance s hloubkou menší než čtvrtina tloušťky povlaku, promáčkliny s hloubkou do poloviny tloušťky povlaku a jiné drobné vady. Pevnost povlaku se testuje následovně: když elektrody o průměru menším než 1 mm padnou naplocho na ocelovou desku z výšky 4 m a elektrody o průměru 0,5 mm nebo větším padnou naplocho na ocelovou desku z výšky výšce 4 m, povlak by neměl být zničen. Odolnost povlaku proti vlhkosti se kontroluje ponořením elektrody do vody a jejím podržením po dobu 24 hodin při teplotě 15℃. Elektrody jsou baleny ve voděodolném papíru nebo plastové fólii; balíčky o hmotnosti 25 kg jsou umístěny v dřevěných krabicích. Hmotnost krabice 3 kg. Každé balení obsahuje štítek obsahující název výrobce, symbol elektrod, rozsah jejich použití, způsoby svařování, mechanické a speciální vlastnosti svarového kovu atd. Typ elektrody je označen písmenem E a číslem udávající zaručenou pevnost v tahu svarového kovu v kgf/mm8. Písmeno A v označení znamená, že svarový kov nanesený touto elektrodou má zvýšené plastické vlastnosti. Takové elektrody se používají při svařování nejkritičtějších švů. Každý typ elektrody odpovídá několika značkám, pro každou z nich byly vyvinuty technické specifikace. Například typ E30 odpovídá elektrodám OMM-50, TsM-2, MEZ-42 atd. Značka elektrody je její průmyslové označení, charakterizující tyč a povlak.

Výhody a nevýhody třecího svařování

Výhody

• Lokální vývin tepla v blízkých povrchových vrstvách součástí při třecím svařování je hlavním znakem tohoto procesu, který určuje jeho energetické a technologické výhody. Plocha tenké vrstvy ohřátého kovu je tak malá, že celý cyklus ohřevu obvykle trvá krátkou dobu, do 30 sekund. To určuje vysokou produktivitu procesu třecího svařování, kterému v tomto ohledu může konkurovat pouze elektrické kontaktní svařování na tupo.
• Lokální vývin tepla a malé objemy kovu zahřátého při třecím svařování určují velmi vysokou účinnost procesu třecího svařování, přičemž spotřeba energie a energie při třecím svařování je 5-10krát menší než při elektrickém odporovém svařování na tupo.
• Při správně zvoleném režimu svařování má kov spoje a přilehlých zón pevnost a tažnost ne menší než základní kov spojovaných dílů, spoj je bez pórů, dutin, různých typů cizích vměstků a dalších makrodefektů a kov spoje a tepelně ovlivněných zón v důsledku šokového termomechanického působení, podobného charakteru jako u způsobů termomechanického zpracování kovů.
• Tření dílů svařovaných ve stejném režimu se vyznačuje opakovatelností mechanických vlastností: změna pevnosti v tahu, úhlu ohybu, rázové houževnatosti a dalších ukazatelů v dávce dílů svařovaných v konstantním režimu nepřesahuje 8-11%. To umožňuje rozumně aplikovat selektivní kontrolu kvality šarže dílů, což je důležité zejména při současné absenci jednoduchých, spolehlivých a levných metod nedestruktivního zkoušení tupých spojů vhodných pro použití ve svařovnách.
• Při třecím svařování odpadá před zahájením procesu čištění povrchů přicházejících do styku, což výrazně šetří čas pomocných operací.
• Proces třecího svařování umožňuje vytvářet pevné spoje nejen stejných, ale také rozdílných kovů a slitin. Třecí svařování se od ostatních typů svařování odlišuje hygienou procesu: nepřítomností ultrafialového záření, emisí škodlivých plynů a rozstřiků horkého kovu.
• Třecí svařování se provádí na speciálních strojích. Hlavní parametry procesu jsou relativně snadno programovatelné a všechna zařízení jsou buď poloautomatická s minimálním využitím ruční práce, nebo automatická.

• Spojení pouze takových dvojic dílů, z nichž alespoň jedna je rotačním tělesem, jehož osa se shoduje s osou otáčení. V tomto případě může být další díl libovolného tvaru, ale musí mít rovný povrch, ke kterému je první díl přivařen, což výrazně neomezuje použitelnost třecího svařování; Z rozboru charakteru výroby vyplývá, že ve strojírenství tvoří počet dílů s kruhovým průřezem až 50-70 % z celkového počtu svařovaných dílů.
• Objemnost zařízení, v důsledku čehož proces nemůže být mobilní, je proces proveditelný pouze tehdy, jsou-li obrobky, které mají být svařovány, dodávány do stroje.
• Zakřivení vláken textury válcovaných výrobků v zóně plastické deformace – vlákna v blízkosti spoje jsou umístěna v radiálních směrech a zasahují k vnějšímu povrchu svařovaného dílu. U dílů pracujících při dynamickém zatížení může být spoj s takovýmto uspořádáním vláken zdrojem únavového porušení a u ostatních dílů pracujících v agresivním prostředí může být zdrojem koroze. Nejlepší způsob, jak těmto defektům předejít, je zakonzervovat otřepy na součásti.

Vlastnosti tvorby spojů při třecím svařování

Proces třecího svařování kovů je ve skutečnosti velmi složitý a různorodý, podléhá mnoha zákonům, protože jevy jako tvorba tepla a opotřebení povrchů při tření v něm koexistují a vzájemně se ovlivňují. Nepřetržité vytváření a okamžitá destrukce kovových vazeb mezi styčnými plochami v procesu jejich relativního pohybu, téměř okamžité zahřívání a velmi rychlé ochlazování malých objemů kovu za přítomnosti velmi vysokých měrných tlaků. Elasticko-plastické deformace v mikroobjemech výstupků drsných povrchů a v makroobjemech kovových vrstev přiléhajících k těmto povrchům.

Aplikace třecího svařování

Výpočty praktické aplikace třecího svařování ukazují, že je stále vhodné jej používat pro svařování dílů o průměru 6 až 100 mm. Nejúčinnější využití třecího svařování pro výrobu řezných nástrojů při výrobě kompozitních svařovaných-kovaných, svařovaných-odlévaných nebo svařovaných-lisovaných dílů. Ukazuje se, že je nepostradatelný při spojování různých materiálů, které se obtížně svařují nebo se nedají svařit jinými metodami, například oceli a hliníku. Třecí svařování je také účinné pro spojování plastových obrobků. Používá se ke svařování dna tlakové láhve na stlačený plyn. Kus bezešvé ocelové trubky s předehřátým koncem je umístěn na rychle se otáčejícím trnu. Zvlňovací zařízení se přiblíží k rotujícímu obrobku, čímž se kov rozruší a dá mu polokulovitý tvar dna válce. Při rychlé rotaci obrobku se pěchovací kov rychle zahřeje třením mezi pěchováním a obrobkem při procesu pěchování a jeho teplota se vlivem mechanické práce třecích sil nesnižuje a zvyšuje. V důsledku tření se kov dna velmi zahřeje a usadí se a vytvoří ztluštění. Pro spojení kulatých válcových tyčí nebo trubek se díly zajistí ve strojních svěrkách a přivedou se do kontaktu s jejich konci. Jedna část zůstává nehybná, druhá se otáčí rychlostí 500-1500 ot./min a je neustále přitlačována ke stacionární části. Vlivem tření se konce dílů rychle zahřejí a po krátké době se roztaví. Třecí spojka se automaticky vypne, čímž se zastaví otáčení vřetena; pak jsou díly axiálně rozrušeny. V řadě případů se metoda ukázala jako velmi účinná. Vyznačuje se vysokou produktivitou, vysokou kvalitou a stabilitou svařování, protože proces je automatizovaný, všechny parametry jsou vysoce konzistentní. Metoda je velmi ekonomická a má vysokou účinnost. Spotřeba elektrické energie je 15-20 W/mm 2 a spotřeba elektrické energie je 7-40krát nižší než u kontaktního elektrického svařování. Metoda umožňuje svařovat různé kovy (hliník s mědí, hliník s ocelí, měď s ocelí atd.). Šířka zóny vlivu svarového spoje není větší než 2-3 mm. Nejúčinnější je svařování polotovarů obráběcích nástrojů, vrtáků, závitníků a uhlíkové a rychlořezné oceli.

Doufám, že nyní rozumíte procesu třecího svařování, jak to funguje, výhodám a nevýhodám této metody. Pokud máte nějaké dotazy, můžete se jich zeptat zde. Doporučuji také navštívit náš YouTube kanál.