Friktionssvejsning

Friktionssvejsning  er en form for tryksvejsning (ofte omtalt som "svejsning uden smeltning"), hvor opvarmning udføres ved friktion , forårsaget - i den grundlæggende version af denne metode - af bevægelse (rotation) af en af ​​delene skal svejses. Friktionssvejsning bruges til at samle forskellige metaller og termoplast i fly- og bilindustrien . Det skal bemærkes, at den endelige forbindelse dannes på det sidste trin af processen, når en smedningskraft påføres allerede ubevægelige prøver.

Processen med dannelse af en svejset samling omfatter følgende trin:

Friktionssvejsning ledsages af en proces, hvor den mekaniske energi , der tilføres en af ​​delene, der skal svejses, omdannes til varme ; i dette tilfælde sker genereringen af ​​varme direkte på stedet for den fremtidige forbindelse. Varme kan frigives, når en del roterer i forhold til en anden eller en indsats mellem dele. Samtidig presses delene af konstant eller stigende tryk over tid . Svejsning afsluttes med et træk og et hurtigt ophør af rotation. Følgende processer finder sted i samlingszonen under svejsning: efterhånden som rotationsfrekvensen af ​​de emner, der svejses, øges ved tilstedeværelse af tryktryk, overlappes kontaktfladerne, og de fedt- og oxidfilm, der er til stede på dem i den oprindelige tilstand, ødelægges ; grænsefriktion giver plads til tør friktion, separate mikrofremspring kommer i kontakt, de deformeres, og der dannes unge områder med umættede bindinger af overfladeatomer, mellem hvilke der øjeblikkeligt dannes metalliske bindinger , som øjeblikkeligt ødelægges på grund af overfladernes relative bevægelse [ 1] .

Den praktiske brug af friktionssvejsning blev initieret af eksperimenterne fra innovatordrejeren A. I. Chudikov (1956), som blev udviklet i værkerne af VNIIESO (USSR). Disse arbejder tjente som en impuls til starten af ​​friktionssvejsningsforskning i USA, Japan, Storbritannien, Tyskland og andre lande. I 1960-1990 blev friktionssvejsning intensivt undersøgt og introduceret i industrien både i USSR og i andre lande i verden [2] .

En variation af friktionssvejsning er rotationssvejsning  , en metode, hvor friktion skabes ved at rotere en af ​​delene, der skal svejses.

Friction stir welding

The Welding Institute of Technology (TWI, UK) udviklede i 1991 og patenterede metoden for friction stir welding (FSW) i december samme år [3] . Til at begynde med blev metoden (men kendt endnu tidligere: den blev patenteret i USSR tilbage i 1967) anvendt på plader og plader lavet af aluminium og aluminiumslegeringer [4] [5] . I øjeblikket bruges denne metode til at svejse stødsvejsninger af valsede plader lavet af aluminium, titanium , magnesium og nogle andre legeringer (herunder dem, der er vanskelige eller umulige at svejse ved buesvejsning ), emner af stål , polymerer og kompositter . Det er muligt at svejse næsten alle metaller og legeringer med et smeltepunkt op til 1800 °C, og det er også muligt at sammenføje dele fra uens metaller [6] [7] .

I rollen som et svejseværktøj i denne metode bruges en stang, der består af en fortykket del (støtteskulder eller skulder) og en udragende del (spids). Værktøjets dimensioner vælges under hensyntagen til tykkelsen og materialet af de dele, der skal svejses; i dette tilfælde skal spidsens længde omtrent svare til tykkelsen af ​​den del, der skal svejses, og diameteren på støtteskulderen kan normalt variere fra 1,2 til 25 mm [8] [9] . Ved svejsning dyppes et hurtigt roterende værktøj langsomt ned i samlingen af ​​de dele, der skal svejses, til en dybde, der tilnærmelsesvis svarer til tykkelsen af ​​de kanter, der skal samles, hvorefter værktøjet bevæges langs samlingslinjen. Samtidig presser støtteskulderen kraftigt på overfladen af ​​kanterne, hvis materiale opvarmes på grund af intern friktion og gennemgår plastisk deformation , og plaststrømningszonen har en langstrakt form; Den samtidig roterende spids sørger for blanding af materialet og dets ekstrudering ind i det frigivne rum bag værktøjet [5] [10] . Det volumen, hvori svejsningen er dannet, begrænses ovenfra af støttekraven. Efter afslutning af svejseprocessen fjernes værktøjet fra samlingen [8] .

Strukturen af ​​den resulterende svejsning viser sig at være asymmetrisk, således at der i tværsnittet af den svejste samling skelnes den side af angrebet, for hvilken rotationsretningen af ​​værktøjet falder sammen med svejseretningen og det modsatte side - siden af ​​tilbagetoget [4] . Når svejseværktøjet bevæger sig langs sømmen, afviger værktøjets akse lidt fra vinkelret på svejseplanet: støttekraven skal røre kanterne af de dele, der skal svejses med hele arbejdsfladen, ellers hvis hældningsvinklen er for stor, kan kontinuiteten af ​​svejsningen ved dens rod blive brudt med dannelsen af ​​en tunneldefekt. Det anbefales, at der ved flytning af værktøjet opretholdes en lille (fra 1,5 til 4,5°) hældning i svejseretningen [5] . De vigtigste parametre, der karakteriserer processen med friktionsrørsvejsning er: svejsehastighed, værktøjets rotationsfrekvens, kræfter, der opstår ved at trykke og flytte værktøjet, værktøjets dimensioner og dets hældningsvinkel. I dette tilfælde afhænger presse- og bevægelseskræfterne af materialet i de dele, der skal svejses, deres tykkelse og svejsehastighed [8] [9] .

Da sammenføjningen af ​​materialer ved friktionsrørsvejsning sker uden smeltning (i den faste fase), har denne svejsemetode flere fordele: fyldmaterialer og beskyttelsesgasser anvendes ikke ; der er ingen sprøjt af smeltet metal og frigivelse af skadelige gasser og røg; svejsningen er karakteriseret ved høj styrke med en fin kornstørrelse og fravær af porøsitet; intet behov for foreløbig rengøring af kanterne (da oxidfilmen fjernes under friktion); restspændinger i svejsematerialet er små. Energiforbruget ved friktionsrørsvejsning er 2-5 gange mindre end ved lysbue- og modstandssvejsning [ 5] .

Noter

  1. Friktionssvejsning (utilgængeligt led) . Dato for adgang: 20. december 2013. Arkiveret fra originalen 4. januar 2014. 
  2. Friktionssvejsning og dens praktiske anvendelse  (utilgængeligt link)
  3. Sergeeva E. V.  Friction stir welding in the aerospace industry (review)  // Automatic welding. - 2013. - Nr. 5 (721) . - S. 58-62 .
  4. 1 2 Karmanov V. V., Kameneva A. L., Karmanov V. V.  Friktionsrørsvejsning af aluminiumslegeringer: essensen og specifikke træk ved processen, træk ved svejsningens struktur  // Bulletin of the Perm Nat. forskning polyteknisk læreanstalt universitet Luftfartsteknik. - 2012. - Nr. 32 . - S. 67-80 .
  5. 1 2 3 4 Komova O. I., Maslov A. N., Osadchenko N. V. Atomfunktioner  og konstruktion af programbevægelsen af ​​en svejserobot  // Bulletin fra Moscow State Technical University. N.E. Bauman. Serie: Naturvidenskab. - 2018. - Nr. 5 (80) . - S. 15-36 . — doi : 10.18698/1812-3368-2018-5-15-36 . Arkiveret fra originalen den 2. februar 2019.
  6. Maistrenko A. L., Lukash V. A., Zabolotny S. D., Strashko R. V.  Anvendelse af friktionsprocessen med omrøring til sammenføjning af magnesiumlegeringer og ændring af deres struktur // Automatisk svejsning. - 2016. - nr. 5-6 (753) . - S. 74-81 .
  7. Sergeeva E. V. Friction stir welding (FSW - Friction Stir Welding) i verdens skibsbygning. Det nuværende udviklingsniveau, udsigter, udstyr . // Russisk skibsbygningsportal shipbuilding.ru . Hentet 1. februar 2019. Arkiveret fra originalen 20. september 2018.
  8. 1 2 3 Ishchenko A. Ya., Pod'elnikov S. V., Poklyatsky A. G.  Friction stir welding of aluminium legeringer (review) // Automatic welding. - 2007. - Nr. 11 . - S. 32-38 .
  9. 1 2 Friktionsrørsvejsning af konstruktionsmaterialer . // Svejseinformationsportal svarka-24.info (16. februar 2018). Hentet 1. februar 2019. Arkiveret fra originalen 2. februar 2019.
  10. Maslennikov A. V., Erofeev V. A.  Fysisk og matematisk model for friktionsrørsvejsning  Izvestiya Tula gos. universitet Teknisk videnskab. - 2013. - Nr. 10 . - S. 64-7338 .