Сварка кузовных деталей автомобиля при помощи инновационных технологий
Типичные изображения сварки – манипулятор, изрыгающий искры, или мужчина в сварочной маске, нависший над лужей светящегося металла – не распространяются на сварку трением с перемешиванием (СТП). Металло-соединяющий метод был разработан в 1991 году промышленным исследовательским Институтом сварки недалеко от Кембриджа, Англия. В середине 1990-х годов две скандинавские алюминиево-экструзивные компании стали первыми использовать данную технику в коммерческих целях. С тех пор она получила широкое распространение в авиакосмической промышленности и постепенно проникла в автомобильную сферу.
Искры и защитные очки являются частью сварки методом плавления, где электрический ток нагревает два куска металла до расплавленного состояния. Когда металл остывает, результатом становится оно – твердое металлическое соединение. В противоположность этому методу, СТП является твердотелым методом сварки не предусматривающим расплавление металла. Тепло, выделяемое давлением и трением, это все, что необходимо для обеспечения прочной связи между металлами.
Преимущества сварки трения с перемешиванием
Преимущества данного метода многочисленны. Наиболее важным является то, что СТП работает для разнородных металлов. Сварить различные сплавы алюминия можно не только этим методом, но только им можно приварить сталь к алюминию. До изобретения СТП это было трудоемким, дорогостоящим процессом, а хрупкое соединение, которое часто было результатом попыток такой сварки, не подходило для несущих конструкций.
Сфера применения в сварке кузова автомобиля
Область применения сварки кузовных деталей автомобиля путем трения с перемешиванием довольно широка. К примеру, компания Mazda, использует СТП, чтобы прикрепить стальные шипы к алюминиевой панели внутри багажника в модели MX-5 Miata. Передний подрамник в автомобиле Honda Accord, который несет на себе вес двигателя и некоторые компоненты подвески, сделан на половину из стали и алюминия. Подробности конструкции являются секретом компании, хотя Honda все-таки призналась, что это первое их использование непрерывной, или линейной, сварки трением с перемешиванием в биметаллических структурных компонентах для производства автомобилей. Технология проста: две половины соединяемых частей металла перекрывают друг друга, а их соединительные швы распологаются между ними. Барьер, устанавливаемый между сталью и алюминием, уменьшает вероятность биметаллической коррозии кузова автомобиля. По словам компании Honda, во время процесса СТП формируется новое железо-алюминиевое химическое соединение – Fe4A113 – а соединение между металлами такое же прочное, как при обычной сварке двух одинаковых металлов.
- 2013 Honda Accord (передний подрамник)
- 2010 Toyota Prius (задняя дверь)
- 2007 Audi R8 (часть пространственной рамы)
- 2006 Mazda MX-5 Miata (багажник и капот)
- 2005 Ford GT (часть пространственной рамы)
- 2004 Mazda RX-8 (задняя дверь и капот)
- 2003 Lincoln Town Car L (элементы подвески)
- 2001 Volvo V70 (рама заднего сидения)
Метод СТП также набирает популярность среди автопроизводителей благодаря своей способности точечной сварки тонких листов алюминия, как в вышеупомянутом случае с панелями багажника MX-5. Сварка плавлением может перфорировать тонколистовой алюминий, но так как при СТП выделяется меньше тепла, такие повреждения менее вероятны. Кроме того, по сравнению со сваркой плавлением, при сварке трением с перемешиванием потребляется в два раза меньше электроэнергии.
Также, в отличие от обычной сварки кузова автомобиля, которая добавляет вес в виде швов из сварочной проволоки присадочного металла, СТП ничего не добавляет
Таким образом, данный метод сварки уменьшает вес готовой продукции, что особенно важно в современном автомобильном мире, когда идет борьба за высокую эффективность расхода топлива (про методы уменьшения веса в конструкции автомобилей читайте здесь). Особенно это преимущество актуально для сборки электрических и гибридных автомобилей, так как такие модели, как правило, покупают не из-за внешнего вида, не из-за технических характеристик, а в надежде сэкономить на топливе
Учитывая этот факт, а также возможность сварки разнородных металлов, сварка трением с перемешиванием открывает большие возможности для использования алюминия во всех конструкциях автомобиля для максимального снижения веса. Глядя на успешные результаты применения СТП в производстве транспортных средств, можно с уверенностью сказать, что вскоре СТП будут использовать в автомобильной промышленности повсеместно.
Электроды со специальным покрытием
Как варить алюминий, если от соединения не требуется особой прочности? Этот способ применяется для сваривания менее ответственных алюминиевых изделий. Ими охотно пользуются небольшие мастерские и домашние умельцы. Эксперты отмечают следующие недостатки метода:
- непрочность и пористость шовного материала;
- высокая разбрызгиваемость расплава;
- плохо отделяется шлак.
Сварка идет на постоянном токе обратной полярности. Заготовки большой толщины следует подогревать перед сваркой для достижения полного проплавления. Шов лучше проваривать одним электродом, при смене высок риск образования плотной шлаковой корки, мешающей повторному розжигу.
Шлак следует удалять сразу после сварки.
Сварка алюминия трением в домашних условиях. Фрикционная сварка
Приветствую, Самоделкины! Алюминий достаточно легко плавится и с помощью трения его легко довести до необходимой температуры. На этом основывается так называемая «фрикционная сварка».
За счет вращения насадки, материал заготовок разогревается, плавится и перемешивается, создавая неразборное соединение. Можно ли в домашних условиях имея минимум инструментов сотворить что-нибудь подобное? А давайте-ка это проверим!
Изучив чертежи, мастер сделал вот такую незамысловатую штуковину:
После первой попытки результат не впечатляет. Видно, что удалось продвинуться вперед по стыку на несколько миллиметров, но процесс идет очень тяжело.
На разрыв получившийся шов оказался достаточно прочный и руками порвать его не получилось. А вот в обратную сторону шов легко поддался.
В соединяемых деталях предварительно сверлим отверстия насквозь, диаметром 1,5 мм.
После этого прожариваем их такой насадкой.
Одно отверстие прогрелось чуть лучше, другое чуть хуже. Пока заготовки горячие – то можно повторно пройтись по отверстиям и проплавить их еще сильнее. Вот так отверстия выглядят после сварки, они немного промялись и внизу видны капли плавленого алюминия.
Крепим пятилитровую бутылку недалеко от соединения, и наливаем в бутылку воду, неспешно, по пол литра. Казалось, что уже на трех килограммах соединение должно было развалиться, но не тут-то было! Соединение выдержало 5 кг!
Держится, держится! Хе-хе-хе-хе!
Держится! Это. какой-то парадокс! Напряженный момент!
Оно держится… Да что ж такое! А? Хоть здесь сломается? А? Страшно))
Не, ну всё, это — уже предел! 5 кило! На самом краю! И вот эти две маленькие точки держат! Вы представляете? Ну что, господа инженеры, кто нормально в политехе сопромат учил? Скажите, какой тут рычаг, и какое усилие приходится на срез на эти две точки?
Груз находится на расстоянии в 19 см. Автор не ожидал такого результата. Казалось, что оно отвалится еще в самом начале, на трех килограммах, наверное. К сожалению, шов заварить в таких вот прямо совсем кустарных условиях не получается. Был бы, хотя бы, сверлильный станочек, то можно было бы по сражаться. Но с дрелью, просто, чисто физически очень тяжело держать ее на месте. Она постоянно пытается куда-то уплыть. Ее тянет то в одну сторону, то в другую. Очень большое сопротивление, этот алюминий такой тягучий. Ну а вот точечная сварка оказалась вообще крутая. Это просто чудо какое-то, серьезно!
Ну что ж, надо, все-таки, ее завалить! Молоток 800 грамм. 800 грамм! Общий вес 5800 грамм!
Что у нас тут есть еще тяжелого, что не жалко?
Итак, 10 кило, начинаем. Главное, чтоб на пальцы не упало.
Не, ну в принципе — логично, на таком расстоянии не должно было упасть, но оно реально – тяжелое.
Уже полоса начинает на бок сгибаться. Все!
Верхнюю заклепку получилось получше проварить, и она осталась на месте. А вот нижняя выскочила.
Благодарю за внимание. До новых встреч!. Видеоролик автора:
Видеоролик автора:
Источник (Source)
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Особенности и сферы применения
СТП широко используется во многих сферах производства. В авиаракетостроении её применяют для формирования конструкций фюзеляжа или панелей с различными назначениями. Если говорить о судостроении, она служит для сварки корпуса небольших кораблей. И это далеко не все, такая популярность объясняется высоким качеством образующегося соединения.
Межатомные связи при сварке могут обеспечить прочность, которая будет равна или быть на более высоком уровне, чем основной материал. Качество таких швов обычно выдерживает большие нагрузки и надёжно служит на протяжении долгого времени.
Сварка трением соединяет металлы, находящиеся в твердом состоянии. В этом случае используется специальный вращающийся инструмент, он состоит из бурта, профилированного основания и наконечника с профилем, он перемещается вдоль стыка заготовок, подвергающихся соединению. Далее происходит тепловыделение с последующим соединением материала. Давление бурта на стыке, способствует пластической деформации и течению свариваемого металла, который перемешивается профилированным наконечником.
Техника безопасности
Соблюдение правил техники безопасности позволит сберечь здоровье и материальные ценности.
- пользоваться только исправным оборудованием, перед началом работ осматривать его, проверяя целостность изоляции, отсутствие механических повреждений и утечек газа;
- пользоваться средствами индивидуальной защиты: маской, респиратором. негорючей одеждой и обувью, спилковыми крагами;
- применять только инвентарные сварочные провода достаточного сечения;
- оборудовать эффективную вытяжную вентиляцию рабочей зоны;
Рабочая зона не должна быть загромождена, все горючие материалы должны находиться не ближе 5 метров.
Особенности процесса фрикционной сварки
Технология сваривания материалов методом фрикционной сварки дает возможность соединять изделия из различных материалов, к примеру, обрабатывать алюминиевые заготовки без использования присадочной проволоки и дополнительного оборудования. Упомянутая методика сваривания позволяет практически полностью расплавить металлическое сырье с плотностью от 3 сантиметров, при этом не деформировав само изделие. Наиболее эффективна технология сварки трением при работе с медными, свинцовыми, титановыми материалами.
Практическое применение метода сварки трением показывает, что его целесообразно задействовать при сварке деталей с диаметром от 6 до 100 миллиметров.
Установки для фрикционной сварки незаменима в производственном процессе сварочно-кованых, сварочно-штампованных или же сварочно-литых элементов. Методика подходит для работы с трудносвариваемыми материалами или же теми, которые нельзя соединить никакими иными способами сварки, к примеру, сырьем из стали и алюминия. Активно применяется метод фрикционной свари при соединении пластмассовых деталей.
Преимущества метода сварки трением
Упомянутая методика соединения материалов отличается следующими достоинствами:
- Высокие показатели работы: в целом сварочный цикл занимает несколько часов, что возможно за счет быстрого разогрева поверхностей рабочих заготовок из металла;
- Высокие показатели КПД в работе;
- Соединение деталей выполняется качественно: места стыков прочные, если правильно был задан режим работы на панели инвертора;
- Предварительна очистка рабочей поверхностей не требуется, что сокращает затраты времени на процесс соединения заготовок;
- Возможность сваривать различные материалы, которые невозможно соединить иными методами;
- Процедура абсолютно безопасна: в процессе сваривания раскаленное сырье не разбрызгивается и нет выделений инфракрасных лучей;
- Машины для фрикционной сварки полностью автоматизированы: этот метод может быть выполнен в автономном режиме при применении специального оборудования, обеспечивающего контроль всей процедуры.
Недостатки метода сварки трением
К минусам упомянутой методики соединения материалов можно причислить следующие:
- Соединение рабочих заготовок возможно только в том случае, если одна их них будет вращаться, а поверхность второй в месте стыка абсолютно ровная;
- Оборудование, которое используется для реализации сварки трением, отличается большими габаритами и может быть использовано для стационарного инвертора;
- Если соединение материалов выполняется за счет динамического давления, то в местах стыка через некоторое время могут образовываться трещины, а также следы коррозийных процессов.
Основные разновидности фрикционного метода
С момента появления такой сварки были разработаны разные ее варианты, но все они работают по одному принципу — преобразованию силы трения в тепловую энергию.
Рекомендуем к прочтению Как самому варить автогеном
Ротационный
Ротационная сварка трением позволяет с высокой производительностью соединять листы тонкостенной стали. Рабочий инструмент — вращающийся ролик, который движется вдоль свариваемого места со скоростью 2 м/с. За счет трения валика о металл в месте стыка или наложения листов он разогревается и передает тепло заготовке. Прижимные пластины обеспечивают необходимое давление, и получается надежное соединение.
Радиальный
Основная область его применения — заделка трубных стыков. В качестве присадки выступает разжимное кольцо.
Существует несколько вариантов расположения труб и соединительного кольца:
- Снаружи. При этом кольцо вращается с внешней части трубы, а чтобы она не деформировалась, внутрь вставляют оправку.
- Внутри. Кольцо движется внутри, а оправка надевается снаружи.
Линейный
В этом случае не происходит вращения деталей. Относительно друг друга они совершают линейные возвратно-поступательные движения. Когда достигается требуемая температура, заготовки останавливаются и сдавливаются. За счет частичного удаления излишков образуется сварной шов.
Орбитальный
Применение указанного способа сварки предусматривает вращение деталей в 1 плоскости, но по разным орбитам. Он позволяет соединять заготовки, имеющие большую площадь соприкосновения. Процесс нагрева регулируется путем изменения скорости, а также смещения осей вращения. После достижения требуемой температуры деталей они выставляются соосно и прижимаются друг к другу. Чтобы упрочить диффузный слой, после сварки выполняют проковку шва.
Точечное трение
Эта технология разработана только в конце прошлого века. Она подразумевает неподвижную фиксацию заготовок. Между ними проникает вращающийся рабочий инструмент, выполненный в виде цилиндра со штырем и заплечиками. За счет вращения штыря поверхность деталей разогревается, имеющийся зазор заполняется расплавленным металлом.
Инерционная сварка
Эта технология соединения предусматривает фиксацию одной детали неподвижно, а другой — на маховике. Вращающаяся заготовка приближается к стационарной, за счет инерции маховика они начинают тереться и нагреваться. В этом момент мотор уже не работает. Усилие вдавливания подвижного элемента в неподвижный зависит от толщины и материала, из которого они сделаны. После полной остановки маховика в месте соприкосновения прижатых элементов образуется надежное соединение.
Штифтовый
Такой способ используют, когда надо восстановить детали. В поврежденном месте под штифт, который является наплавкой, делают отверстие соответствующего диаметра. Штифт вращают с большой скоростью и вводят в подготовленное место. В процессе трения происходит нагрев детали и штифта. Они размягчаются, и формируется прочное соединение. Такой способ ремонта позволяет быстро восстановить требуемую деталь, добиться в месте установки штифта большей прочности, чем у самого предмета.
Рекомендуем к прочтению Как варить металлы в газозащитной среде
Непрерывный привод
Это один из первых методов фрикционной сварки. Он заключается в том, что одна деталь зафиксирована неподвижно, а вторая вращается. Когда они соприкасаются, происходит осевой разогрев поверхностей. При достижении заданной температуры останавливается вращение заготовки и выполняется сдавливание деталей. Для упрочения шва его проковывают.
Колебательный метод
Такая технология может реализоваться за счет движения как одной детали, так и обеих. Выполняется возвратно-поступательное движение, за счет чего происходит разогрев поверхностей и они становятся пластичными. После их сжатия образуется надежное соединение. Колебательный метод эффективно применяется при сваривании деталей из высокопластичных материалов.
Контроль качества сварных соединений
Качество соединения при сварке трением в той, или иной степени может зависеть
он следующих факторов: выбор оптимальных режимов, подготовка сварных кромок,
соответствие материалов заготовок заданным, от параметров термической обработки
соединения.
Разрушающие методы контроля сварки применяются при разработке технологического
процесса при сварке опытных партий, а также выборочно при контроле ответственных
деталей. Для оценки механических свойств соединения применяются следующие виды
испытаний: на растяжение, изгиб, кручение и определение усталостной прочности,
загиб соединения, измерение твёрдости. А также макро- и микроструктурный анализ.
Эти показатели позволяют комплексно оценить структуру и свойство сварного соединения,
но наиболее достоверными считаются испытания на ударный изгиб и усталостную
прочность.
Неразрушающие
методы контроля сварных соединений, такие как магнитная
дефектоскопия, ультразвуковая
дефектоскопия, контроль
гамма-лучами и рентгеноскопия
не достаточно достоверны при выявлении дефектов в сварных соединениях, полученных
сваркой трением.
Дополнительные материалы по теме:
| Диффузионная сварка металлов в вакуумеУльтразвуковая сварка металловСпособы газовой сварки | Сварка металлов взрывом. ТехнологияСварка в среде защитных газовАвтоматическая сварка |
Преимущества и недостатки
К основным преимуществам данного метода относятся:
- высокая производительность;
- энерго/эффективность;
- стабильность и качество соединения на высоком уровне;
- лояльные требования к чистоте поверхности;
- возможность эффективного соединения одноимённых сплавов и разных металлов. Как пример: сталь с алюминием либо медью.
- Возможность проведения работ с использованием программируемых машин с частичным использованием ручного труда или без такового.
Также немаловажно, что в процессе работ не выделяется ультрафиолетовые излучения. В работе нет брызг горячего металла
В рабочем процессе не выделяются вредные газы, отрицательно влияющих на здоровье рабочих.»
Но, есть и ложка дёгтя, как же без неё обойтись! Недостатки сварки трением – это:
- универсальность процесса на низком уровне;
- тяжёлое и громоздкое технологическое оборудование;
- искривление текстурных волокон в рабочей (сварной) зоне.
Радует то, что недостатков гораздо меньше, нежели положительных моментов.
Режимы и процесс сварки
Первоначальный режим процесса подразумевает разрушение и удаление окисных плёнок. Это достигается силой трения.
На втором этапе происходит разогрев рабочих кромок до пластичного состояния. А также появление временного контакта, его разрушения. Выдавливание из стыков пластичных объёмов металла.
К третьему режиму относится окончание вращения и образование цельного сварного соединения.
Сущность рабочего процесса сводится к следующему. Для работы задействуют инструмент, выполненный в виде стержня. Заплечики (бурт) с утолчённой частью и наконечник с выступающими краями. Размеры элементов подбираются исходя из толщины рабочих деталей.
Способы
Данный вид сварки включает в себя несколько методов, на которых следует остановиться. Давайте рассмотрим виды сварки трением, остановимся на каждом из них. Узнаем, где и каким образом, каждый из них применяется.
Линейная сварка трением использует инструмент цилиндрической формы с наплечниками и выступающим штырём в центре конструкции. Для вращения он опускается в линию соединения рабочих деталей.
Вращаясь, инструмент создаёт прижимное усилие и поступательные движения для создания сварного шва.
Дополнительно он формируется заплечниками. С помощью выдавливания и перемешивания происходит формирование сварного шва.
Ротационная сварка трением сегодня считается разработанным и распространенным способом. Она активно используется при выпуске холодильного оборудования, производстве паромов, тепловых обменников и электрических силовых агрегатов.
Техника задействована в научных и исследовательских целях, а также в автомобильной отрасли.
Какое оборудование необходимо?
К процессу подключаются специальные машины. Например, автоматическая установка СТ 110, предназначенная для производства автомобильных выпускных автомобилей.
Машины комплектуются рабочими узлами. Это: вращающийся привод, фрикционная муфта, шпинделя с ремённой передачей тормоз.
Большая часть машин оборудована приводом вращения, в который входит асинхронный электрический силовой агрегат, клиномерная передача с зубчатым ремнём.
Этот способ сварки подразумевает использование и других конструкций. К примеру, машин для микро и прецизионной сварки. «Малыши» не отстают от «взрослых». В маленьких конструкциях шпиндель должен разогнаться и развить частоту вращения 80-650 с -1 . Сварки трением по ГОСТ 260184 регламентирует термины и определения основных понятий.
Техника безопасности
В процессе работ необходимо соблюдать противопожарную и личную безопасность.
Процесс безопасности включает подготовительный этап и рабочие моменты.
Это проверка рабочей формы и защитных принадлежностей. Освобождение рабочей зоны от посторонних предметов.
Проверка рабочего инструмента и электрических соединений.
Подробно о соблюдении ТБ написано в инструкции по проведению работ.
В интернете достаточно литературы по этому вопросу. Есть обучающие ролики, где показано не только видео сварки трением, рабочих процессов, но и в полном объёме раскрывается тема ТБ.
Важно, чтобы каждый сотрудник перед началом работы прошёл технический и личный инструктаж. Для этого предусмотрен специальный журнал
Особенности процесса фрикционной сварки
Технология сваривания материалов методом фрикционной сварки дает возможность соединять изделия из различных материалов, к примеру, обрабатывать алюминиевые заготовки без использования присадочной проволоки и дополнительного оборудования. Упомянутая методика сваривания позволяет практически полностью расплавить металлическое сырье с плотностью от 3 сантиметров, при этом не деформировав само изделие. Наиболее эффективна технология сварки трением при работе с медными, свинцовыми, титановыми материалами.
Практическое применение метода сварки трением показывает, что его целесообразно задействовать при сварке деталей с диаметром от 6 до 100 миллиметров.
Установки для фрикционной сварки незаменима в производственном процессе сварочно-кованых, сварочно-штампованных или же сварочно-литых элементов. Методика подходит для работы с трудносвариваемыми материалами или же теми, которые нельзя соединить никакими иными способами сварки, к примеру, сырьем из стали и алюминия. Активно применяется метод фрикционной свари при соединении пластмассовых деталей.
Преимущества метода сварки трением
Упомянутая методика соединения материалов отличается следующими достоинствами:
- Высокие показатели работы: в целом сварочный цикл занимает несколько часов, что возможно за счет быстрого разогрева поверхностей рабочих заготовок из металла;
- Высокие показатели КПД в работе;
- Соединение деталей выполняется качественно: места стыков прочные, если правильно был задан режим работы на панели инвертора;
- Предварительна очистка рабочей поверхностей не требуется, что сокращает затраты времени на процесс соединения заготовок;
- Возможность сваривать различные материалы, которые невозможно соединить иными методами;
- Процедура абсолютно безопасна: в процессе сваривания раскаленное сырье не разбрызгивается и нет выделений инфракрасных лучей;
- Машины для фрикционной сварки полностью автоматизированы: этот метод может быть выполнен в автономном режиме при применении специального оборудования, обеспечивающего контроль всей процедуры.
Недостатки метода сварки трением
К минусам упомянутой методики соединения материалов можно причислить следующие:
- Соединение рабочих заготовок возможно только в том случае, если одна их них будет вращаться, а поверхность второй в месте стыка абсолютно ровная;
- Оборудование, которое используется для реализации сварки трением, отличается большими габаритами и может быть использовано для стационарного инвертора;
- Если соединение материалов выполняется за счет динамического давления, то в местах стыка через некоторое время могут образовываться трещины, а также следы коррозийных процессов.http://zewerok.ru/wp-content/uploads/2017/07/videoplayback-2.mp4
Сварка трением с перемешиванием
Применение сварочных работ, основанных на трении с перемешиванием, используется для создания прочнейших неразъемных соединений конструкций с различными геометрическими характеристиками. Универсальность этого метода подтверждается возможностью замещения всех альтернативных способов сварки: заклепочной технологией, электроннолучевой, даже лазерной. Активно используется эта методика в авиастроительстве при создании конструкций, отвечающих стандартам пятого поколения авиационных моделей.
Из ключевых особенностей сварных работ с перемешиванием выделяют следующие:
- Поддерживается работа с материалами, находящимися в твердой фазе.
- Низкий процент деформации соединяемых материалов.
- Размерная стабильность отличная, остается возможность повторного сваривания.
- Исключается процесс выгорания.
- Сварной шов имеет высокую прочность.
- Сварка осуществляется на высокой скорости, отсутствуют трещины усадочного типа.
В процессе сварки экологические и энергетические характеристики сохраняются на высоком европейском уровне.
Оборудование для сварки трением
Для осуществления сварных процессов, основанных на методе трения, применяется специфическое оборудование:
- Уникальные машины для сварки. Могут изготавливаться под заказ, учитывая индивидуальные запросы покупателей.
- Микро-ЭВМ – устройство использует инновационные программы контроля рабочего режима.
- Станок, обеспечивающий снятие грата.
- Дополнительные работы или манипуляторы, функцией которых является дозагрузка и снятие заготовок с главной машины.
- Транспорт, использующийся для ускорения производственных мощностей.
Выбор оптимальной комплектации сварного оборудования для конкретного производства должен основываться на анализе следующих параметров: желаемого режима сварки, соответствие мощности привода конечным выпускаемым продуктам, размеров применяемых на производстве заготовок. Отдельное значение оказывается желаемая производительность всей рабочей линии. Для выпуска большего числа сварных конструкций потребуется более дорогостоящее и современное оборудование.
Основные виды сварки
Имеются различные способы сварки. Способы сварки и виды сварных соединений необходимо знать, чтобы выбирать правильное оборудование, расходные материалы и устанавливать нужные режимы. Виды сварки и их краткая характеристика должны быть тем знанием, которое позволит в результате получить качественный, красивый и прочный шов. Каждый способ обладает своими нюансами, преимуществами и недостатками.
В сварке могут использоваться нагревание или давление, а также их сочетание. В соответствии с этим виды сварки и их характеристики разделяются на две большие группы – плавлением и давлением.
Технология сварки заключается в образовании межатомной связи между металлическими изделиями и получению в результате прочного неразъемного соединения. Первая стадия процесса заключается в максимально близком приближении свариваемых элементов друг к другу.
Однако на этом этапе достаточного взаимного проникновения атомов невозможно. Это объясняется тем, что при обычной температуре не помогут даже значительные прилагаемые усилия. Этому помешает твердость материала, а также то, что даже при самой хорошей обработке контакт между деталями будет происходить не по всей поверхности, а только по нескольким точкам. К тому же прочному соединению будут препятствовать остатки на поверхностях грязи, окисел, жировых пленок.
Прочный физический контакт будет возможен только в результате применения сильного давления или расплавлением краев соединяемых металлических деталей. При этом исчезает зазор между соединяемыми деталями, и они начинают представлять собой единое целое.
Виды классификации способов сварки предполагают сварку плавлением без применения давления, термомеханическую с использованием тепловой энергии и давления и сварку давлением. Распространенный способ – это плавление соединяемых элементов.
Способы сварки металлов:
- Ручная электродуговая.
- Газовая.
- Полуавтоматическая.
- Автоматическая.
- ТИГ сварка.
- Электронно-лучевая.
- Электрошлаковая.
- Плазменная.
- Диффузионная.
- Контактная электрическая.
- Стыковая контактная.
- Шовная контактная.
- Точечная контактная.
- Точечная конденсатная.
- Индукционная.
Применяемые при этом электроды бывают плавящиеся и неплавящиеся. Краткая характеристика основных видов сварки поможет выбрать наиболее подходящий способ для конкретного процесса. Все виды сварочных работ предполагают использование подходящего для них оборудования.
Также имеет свои особенности сварка разных металлов. Так, например, трудность при сваривании углеродистых сталей заключается в закалке зоны около шва, и образовании многочисленных трещин. Поэтому при сваривании изделий из таких материалов рекомендуется предварительно подогревать детали до температуры 100-300 градусов, применять многослойный шов, использовать электроды с покрытием, после окончания процесса проводит отпуск получившегося изделия до температуры 300 градусов.
Трудность при сваривании ферритовых сталей с большим содержанием хрома заключается в том, что при охлаждении существует опасность выпадения зерен карбидов хрома, что понижает стойкость по отношению к образованию коррозии. Для предотвращения этого явления следует устанавливать ток небольшого значения, чтобы можно было обеспечить более значительную скорость охлаждения. Также для выравнивания количества хрома в зернах и на границах можно после окончания сварки осуществлять отжиг.
Сварка чугунных изделий производится чугунными электродами с предварительным подогревом деталей. Диаметр чугунных электродов выбирают в диапазоне 8-25 миллиметров.
Свариваемость меди понижают примеси кислорода, водорода и свинца. Результативным является использование газовой сварки. Если применяется дуговая сварка, то электроды выбирают угольные или металлические. Сварке алюминиевых деталей препятствует наличие оксидов. Их помогает растворять использование флюсов.
Технология
При движении свариваемых трением деталей происходит ряд последовательных процессов:
- под воздействием механических нагрузок разрушаются пленки окислов и загрязнения;
- заготовки разогреваются, металл выдавливается из стыка, одновременно вынося все загрязнения;
- вращение резко прекращается, при этом давление на детали не убирается, а часто увеличивается.
Опыт показал, что оптимальное значение размеров свариваемых элементов лежит в пределах от нескольких миллиметров, до 100-150 см. Бoльшие размеры требуют резкого увеличения мощности привода, переставая быть рентабельными. Наилучший эффект получается при использовании деталей с одинаковыми свариваемыми поверхностями. Исходя из этой особенности, в процессе подготовки, заготовки специально подрезают, выравнивая их торцы.
Сварочный процесс, выполняемый за счет трения, включает две переменных:
Скорость вращения и давление. Подбор этих параметров зависит от сочетания металлов, составляя наиболее сложную составляющую процесса. На 80% расчеты основаны на экспериментальных данных.
Динамические нагрузки возникающие при этом способе в ряде случаев требует дополнительной термической обработки. При этом она не требуется для низколегированных и некоторых классов высоколегированных сталей.
Принцип сварки
Сварка металла трением – технологический процесс изготовления сварного соединения, который осуществляется за счет применения тепловой энергии, возникающей на контактных поверхностях соединяемых элементов. Во время этого процесса элементы с усилием прижимаются друг к другу, и одна из заготовок движется относительно другой.
Обычно применяется трение вращения, во время этого процесса вращается одна из свариваемых заготовок или вкладка между элементами. В точке, в которой происходит усиленное прижатие элементов, происходит выделение тепла и осуществляется нагревание.
Благодаря высокой температуре и трению происходит активное разрушение оксидных пленок и следов посторонних загрязнений. Поверхности свариваемых элементов плотно притираются друг к другу, во время этого начинается разрушение микро выступов. Поверхность становится ровной, и за счет этого атомы металлов могут вступать в полноценное взаимодействие друг с другом.
Фрикционная сварка осуществляется в несколько этапов:
- снятие оксидных пленок;
- нагревание поверхностей для состояния пластичности. Во время этого этапа также создаются и разрушаются фрагменты кристаллических решеток;
- на третьем этапе останавливается вращение, возникает кристаллизация зоны контакта и образуется сварное соединение.
После того как достигается необходимый показатель температуры плавления происходит остановка вращения с одновременным увеличением силы прижима.
