Istnieje wiele różnych metod spawania. Wśród nich jest tak egzotyczny proces, jak zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem. Jego cechą wyróżniającą jest brak materiałów eksploatacyjnych takich jak elektrody, drut spawalniczy, gazy osłonowe. Nowo opracowana metoda zyskuje powszechną akceptację.
Historia wyglądu
Historia zgrzewania tarciowego z przemieszaniem (FSW) rozpoczęła się w 1991 roku. Był to innowacyjny rozwój Brytyjskiego Instytutu Spawalnictwa (TWI). Kilka lat później technologia została wykorzystana do budowy samolotów i statków.
Pierwszymi firmami, które wprowadziły nową technologię do produkcji, były norweski Marine Aluminium i amerykański Boeing. W swoich przedsiębiorstwach korzystali ze sprzętu spawalniczego koncernu ESAB, który specjalizuje się w opracowaniach w dziedzinie rotacyjnego zgrzewania tarciowego (PCT).
Od 2003 roku firma nieprzerwanie bada możliwości zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Na przykład byłyopracowano metody spawania stopów aluminium i ich modyfikacji, które znajdują zastosowanie w budowie samolotów, statków i kontenerów kolejowych.
W przemyśle lotniczym okazało się możliwe zastąpienie połączeń nitowanych połączeniami spawanymi. Ponadto prędkość spawania metodą FSW znacznie przewyższa prędkość łuku elektrycznego. Spoinę o długości 6 m można uformować w ciągu jednej minuty, podczas gdy konwencjonalna prędkość spawania wynosi tylko 0,8-2 m/min dla części o grubości 0,5 cm.
Istota procesu
Łączenie metali następuje w wyniku nagrzania w strefie spawania metodą tarcia. Głównym narzędziem do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem jest pręt metalowy, składający się z dwóch połówek: kołnierza i kołnierza.
Dzięki wystającej części obracający się pręt jest zanurzony w materiale, powodując silne nagrzewanie. Jego podaż jest ograniczona przez ramię, co nie pozwala na przejście spawanego przedmiotu. W strefie grzania materiał znacznie zwiększa swoją plastyczność i dociskany ramieniem tworzy jedną masę.
Następnym krokiem jest ruch pręta wzdłuż spawanej strefy. Posuwając się do przodu ramię miesza rozgrzaną masę metalową, która po schłodzeniu tworzy mocne połączenie.
Co wpływa na jakość STP
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem to proces, który nieustannie się rozwija. Ale już teraz istnieje kilka parametrów, które wpływają na jakość połączenia:
- Siła generowana przez narzędzie.
- Prędkość posuwugłowica spawalnicza.
- Wartość barku.
- Obwodowa prędkość obrotowa pręta.
- Kąt nachylenia.
- Siła podawania pręta.
Manipulacja charakterystykami spawania pozwala na uzyskanie połączenia różnych metali. Na przykład aluminium i lit. Lit, ze względu na swoją niską gęstość i wysoką wytrzymałość, może pełnić funkcję składnika stopowego części ze stopów aluminium, co pozwala na zastosowanie tej technologii w przemyśle lotniczym.
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem może z łatwością zastąpić kucie, tłoczenie, odlewanie, gdy są używane do produkcji części z trudno dopasowanych metali. Na przykład stale o strukturze austenitu i perlitu, stale z aluminium lub brązu.
W jakich obszarach jest używany
Branże takie jak przemysł motoryzacyjny nieustannie pracują nad zwiększeniem właściwości wytrzymałościowych produktu przy jednoczesnym zmniejszeniu jego wagi. W związku z tym stale wprowadzane są nowe materiały, które wcześniej były nietypowe ze względu na złożoność przetwarzania. Coraz częściej elementy konstrukcyjne, takie jak ramy pomocnicze, a czasem całe nadwozia, są wykonane z aluminium lub kombinacji aluminium.
W ten sposób w 2012 roku Honda zastosowała produkcję addytywną i spawanie tarciowe z przemieszaniem do produkcji ram pomocniczych swoich pojazdów. Wprowadzili połączenie stali i aluminium.
Przepalenie blach może wystąpić podczas produkcji elementów spawanych karoserii z aluminium. Ta wada jest pozbawiona STP. poza tymzużycie energii elektrycznej zmniejsza się 1,5-2 razy, zmniejsza się koszt materiałów eksploatacyjnych takich jak drut spawalniczy, gazy osłonowe.
Oprócz produkcji samochodów, STP jest używany w następujących obszarach:
- Przemysł budowlany: aluminiowe kratownice wsporcze, przęsła mostowe.
- Transport kolejowy: ramy, wózki kołowe, wagony.
- Przemysł stoczniowy: grodzie, elementy konstrukcyjne.
- Samolot: zbiorniki paliwa, części kadłuba.
- Przemysł spożywczy: różne pojemniki na produkty płynne (mleko, piwo).
- Produkcja elektryczna: obudowy silników, anteny paraboliczne.
Oprócz stopów aluminium, zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem jest wykorzystywane do otrzymywania związków miedzi, na przykład w produkcji miedzianych pojemników do utylizacji zużytego paliwa radioaktywnego.
Korzyści STP
Zbadanie FSW umożliwiło wybór trybów spawania podczas łączenia różnych grup stopów. Pomimo tego, że początkowo FSW został opracowany do pracy z metalami o niskiej temperaturze topnienia, takimi jak aluminium (660 °C), później zaczęto go stosować do łączenia niklu (1455 °C), tytanu (1670 °C), żelaza (1538 ° C).
Badania pokazują, że uzyskana w ten sposób spoina w pełni odpowiada strukturą metalowi spawanych części i ma wyższe wskaźniki wytrzymałości, niższe koszty pracy i niewielkie odkształcenia resztkowe.
Poprawniewybrany tryb spawania gwarantuje zgodność materiału spawanego i spawanego metalu według następujących wskaźników:
- siła zmęczenia:
- wytrzymałość na zginanie i rozciąganie;
- wytrzymałość.
Przewaga nad innymi rodzajami spawania
STP ma wiele zalet. Wśród nich:
- Nietoksyczny. W przeciwieństwie do innych odmian, nie ma spalania łuku elektrycznego, dzięki czemu stopiony metal odparowuje w strefie spawania.
- Większa prędkość tworzenia szwu, co skutkuje krótszymi czasami cyklu.
- Obniżenie kosztów energii o połowę.
- Nie ma potrzeby dalszej obróbki spoiny. Narzędzie do mieszania tarciowego tworzy idealną spoinę bez konieczności zdejmowania izolacji.
- Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych materiałów eksploatacyjnych (drut spawalniczy, gazy przemysłowe, topniki).
- Możliwość uzyskania połączeń metalowych, które nie są dostępne dla innych rodzajów spawania.
- Nie jest wymagane żadne specjalne przygotowanie krawędzi spawanych, z wyjątkiem czyszczenia i odtłuszczania.
- Uzyskanie jednorodnej struktury spoiny bez porów, co skutkuje łatwiejszą kontrolą jakości, która jest regulowana dla zgrzewania tarciowego z przemieszaniem GOST R ISO 857-1-2009.
Jak sprawdzana jest jakość spoiny
Jakość spawania jest sprawdzana przez dwa rodzaje kontroli. Pierwsza polega na zniszczeniu prototypu w wynikupołączenie dwóch części. Drugi umożliwia weryfikację bez zniszczenia. Stosowane są takie metody jak kontrola optyczna, badanie audiometryczne. Pomaga określić obecność porów i niejednorodnych wtrąceń, które degradują właściwości szwu. Wyniki kontroli dźwięku to wykres, który wyraźnie pokazuje miejsca, w których echo akustyczne odbiega od normy.
Wady metody
Z wieloma zaletami metoda zgrzewania tarciowego ma towarzyszące wady:
- Brak mobilności. STP polega na połączeniu części stałych, sztywno zamocowanych w przestrzeni. Nakłada to pewne właściwości na sprzęt do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem, takie jak bezruch.
- Niska wszechstronność. Sprzęt wielkogabarytowy jest skonfigurowany do wykonywania tego samego typu operacji. W związku z tym urządzenia do spawania są projektowane do konkretnych zadań. Na przykład do spawania ścian bocznych samochodów na przenośniku i do niczego innego.
- Szew spawalniczy ma strukturę promienistą. W związku z tym, przy pewnych rodzajach odkształceń lub gdy część jest eksploatowana w agresywnym środowisku, zmęczenie spoiny może się kumulować.
Odmiany STP zgodnie z zasadą działania
Procesy spawania oparte na tarciu można podzielić na kilka typów:
- Tarcia liniowe. Istotą metody jest uzyskanie trwałego połączenia nie w wyniku działania obracającej się końcówki, ale w wyniku ruchu części względem siebie. Działając na powierzchnię w miejscu styku tworzątarcie iw konsekwencji wysokie temperatury. Pod naciskiem sąsiednie części topią się i powstaje połączenie spawane.
- Spawanie promieniowe. Metoda ta stosowana jest do produkcji kontenerów wielkośrednicowych, cystern kolejowych. Sprowadza się to do tego, że połączenia części ogrzewane są przez obracający się pierścień obciągnięty na zewnątrz. Poprzez tarcie powoduje temperaturę zbliżoną do temperatury topnienia. Przykładem przedsiębiorstwa wykorzystującego tę technologię jest Sespel, producent cystern z Czeboksary. Spawanie tarciowe z przemieszaniem zajmuje większość prac spawalniczych.
- Spawanie kołków. Ta odmiana zastępuje połączenie nitowe. Ten typ jest używany do połączeń na zakładkę. Obrotowy sworzeń w miejscu styku nagrzewa spawane części. Pod wpływem wysokiej temperatury następuje topienie, a szpilka wnika do środka. Schładza się, tworzy silne trwałe połączenie.
Odmiany STP według poziomu trudności
Operacje spawania wykonywane z wykorzystaniem tarcia można podzielić na płaskie i wolumetryczne. Główna różnica między tymi odmianami polega na tym, że w pierwszym przypadku spoina powstaje w przestrzeni dwuwymiarowej, a w drugim - w przestrzeni trójwymiarowej.
W ten sposób, producent sprzętu spawalniczego ESAB opracował maszynę 2D LEGIO do połączeń płaskich. Jest to konfigurowalny system zgrzewania tarciowego z przemieszaniem dla różnych metali nieżelaznych. Różne grupy wielkościsprzęt pozwala na spawanie części o małych i dużych rozmiarach. Zgodnie z oznaczeniem, sprzęt LEGIO posiada kilka układów, które różnią się ilością głowic spawalniczych, możliwością spawania w kilku kierunkach osiowych.
Istnieją roboty 3D do prac spawalniczych o złożonych pozycjach w przestrzeni. Takie urządzenia są instalowane na przenośnikach samochodowych, gdzie wymagane są spoiny o złożonej konfiguracji. Jednym z przykładów takich robotów jest Rosio firmy ESAB.
Wniosek
STP wypada korzystnie w porównaniu z tradycyjnymi rodzajami spawania. Jego powszechne stosowanie obiecuje nie tylko korzyści ekonomiczne, ale także zachowanie zdrowia osób zatrudnionych przy produkcji.
