Говорят, что сварка трением была открыта в Советском Союзе, когда токарь соединил на станке две заготовки цилиндрической формы. Одну он зажал неподвижно, а вторую, вращал в шпинделе. Стоило только соединить с определенным усилием торцы заготовок вместе, и они сварились.
Легенда также гласит, что все это произошло случайно. Может это и так. В любом случае, технология сварки трением начала развиваться, достигла определенных успехов и на сегодняшний день появились различные ее виды. Это довольно экономичный способ качественной сварки различных узлов без плавления дугой и применения индукционного или прочего нагрева.
По сути, сварка трением – это разновидность сварки давлением, так как только одновременное использование этих двух физических явлений, трения и давления, и приводит к формированию неразъемного сварного соединения. От других сварок она отличается только способом подачи тепла, которое в данном случае образуется через преобразование механической энергии посредством сил трения.
Весь процесс от начала и до конца можно описать в четырех простых пунктах:
- Как только трение начинает действовать на детали узла, с трущихся поверхностей удаляются жировой слой и оксидная пленка.
- Детали начинают разогреваться, область взаимодействия становится пластичной, а между атомами металлов образуются связи.
- Теперь металл легко поддается пластической деформации и выдавливается из стыка.
- Механическое движение прекращается с образованием прочного шва.
Принцип хорошо виден на фото сварки труб.
Способ эффективно используется на производстве, в строительной промышленности и классифицируется в зависимости от вида и формы применяемых материалов и принципа работы оборудования. Различают следующие виды сварки трением:
- Ротационная
(инерционная, с постоянной скоростью вращения);
- Перемешиванием
( катушечная, точечная, шовная);
- Погружная
(заполнением, штифтованием);
- Трибосборка;
- Радиальная;
- Вибрационная
(орбитальная, ультразвуковая, линейная).
демонстрируется технология сварки трением
Сварка трением с перемешиванием
Уникальный метод сварки трением с перемешиванием (СТП) был открыт в 1991 году в Великобритании в институте TWI. С тех пор началось активное изучение и технологическое совершенствование применяемого оборудования, что привело к широкому внедрению данного метода во многих отраслях промышленности России и зарубежных стран, таких как вагоностроение, судостроение, машиностроение.
Несомненное преимущество процесса СТП заключается в том, что соединение кромок металлов перемешиванием происходит в твердом состоянии, а значит, отсутствуют проблемы, которые ранее были вызваны дуговой сваркой: коробления, выгорание легкоплавкой эвтектики и т.д.
Сущность процесса заключается в следующем: рабочий орган (стержень) погружается на определенную глубину в свариваемый металл (диаметр инструмента не должен превышать глубину сварки), после чего ему сообщается вращательное движение с высокой скоростью с одновременным перемещением вдоль линии стыка. Под действием сил трения металл приобретает пластичные свойства, в результате чего происходит его перемещение вдоль оси вращения рабочего органа и перенос в направлении сварки с образованием неразъемного шва.
С помощью СТП соединяют металлы с низкой температурой ликвидуса: алюминиевые и магниевые сплавы, никель, медь и титан.
Классификация СТП
По назначению:
• Шовная;
• Точками;
• Наплавка;
• Удаление пор, раковин и видоизменение материала;
• Формирование внутренних каналов;
• Пайка.
По конструктивным особенностям инструмента:
• С вращающимся и неподвижным буром;
• Катушечная;
• С конусным пином;
• С изменяемой длиной пина;
• Инструментом без пина;
По другим особенностям:
• С дополнительно вносимым металлом;
• С дополнительным нагревом;
• С применением защитных сред и добавлением легирующих элементов;
• С механической или упрочняющей обработкой сварного шва;
• Тип параметров, поддерживаемых на постоянном уровне (Fz; Fx;δ)