Рідко коли на великих виробничих підприємствах авіаційної, морської та сільськогосподарської галузі застосовують стандартні типи зварювання.
Причина цього одна: Незалежно від кількості та кваліфікації зварювального складу, людський фактор не дозволить досягти того рівня продуктивності та точності, який необхідний на виробництві таких масштабів.
Саме тому на таких підприємствах використовуються нестандартні методи зварювання, здатні дати бажаний ефект. Таким методом є фрикційне зварювання, він же зварювання тертям, про яке ми поговоримо в нашій статті.
ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ
Фрикційним називають такий метод зварювання, де дві деталі нагріваються сильним тертям один про одного, внаслідок чого матеріал плавиться і формує зварювальну сполуку.
Крім тертя також відіграє важливу роль тиск, який зазнають заготівлі та подальше проковування об’єктів зварювання.
Така методика зварювання металів практично повністю автоматична, необхідно лише навчити персонал зварювального складу налаштовувати дане обладнання, за рахунок чого можна досягти, куди більшого рівня якості виробництва та загальної продуктивності цеху, не вдаючись до найму більшої кількості зварників вищої кваліфікації.
Процес гранично простий у розумінні та освоєнні на промисловому підприємстві великого обсягу.
ПЛЮСИ І МІНУСИ
Крім простоти та продуктивності самого процесу, слід також відзначити можливість зварювання тертям металів і матеріалів різного роду та складу, не кажучи вже про хорошу якість самих швів зварювання.
Що стосується проблем методики, так це обмежені розміри деталей, що зварюються, так як обладнання не здатне працювати з матеріалом, габарити якого відрізняються від тих, на що верстати розраховані.
Крім цього, площа зварювання так само обмежена, оскільки зварювання площею перерізу більше 150 мм2 не забезпечить необхідну якість зварного шва.
ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ
“Зварювання тертям активно використовується у широкому спектрі галузей. Ми вже згадували, що воно використовується у виробництві кораблів, авіації та сільськогосподарської техніки.”
Однак це далеко не весь спектр застосувань. Нафтопереробні машини, електротехніка, ядерна галузь, навіть космічні кораблі зварюють цим методом.
“Все це – заслуга фрикційного зварювання, яке зарекомендувало свою ефективність.”
ТИПИ ФРИКЦІЙНОГО ЗВАРЮВАННЯ
У зварювання тертям є безліч варіацій: радіальне, інерційне, орбітальне і зварювання тертям з безперервним приводом і коливальне.
Було б розумно розібрати кожну детальніше.
РАДІАЛЬНА
У випадках, коли необхідно зварити труби тертям, використовують радіальний тип зварювання. У цьому виді фрикційного зварювання головну роль виконують два кільця – внутрішнє та зовнішнє.
Кільця, що обертаються, виробляють тепло в місці зіткнення труб, що щільно притискаються один до одного, по можливості, використовуючи додатковий тиск.
Зверніть особливу увагу на схему, що знаходиться нижче, на ній “а” – зовнішнє кільце, а “б” – це внутрішнє, 1 і 2 – труби, які зварюються, а 4 – затискний механізм.
ІНЕРЦІЙНА
При інерційному зварюванні обертальне зусилля накопичується в маховику, який у свою чергу безпосередньо насаджений на шпиндель, що обертається.
Як тільки маховик досягає потрібної швидкості, заготовки притискають за допомогою тиску, доки процес зварювання не закінчиться. Закінчення процесу супроводжується зупинкою шпинделя.
За наведеною схемою ми можемо побачити, що розташований маховик під нумерацією 1, а самі об’єкти зварювання – відповідно 2 і 3.
ОРБІТАЛЬНА
Орбітальне зварювання тертям у першу чергу використовується при варінні заготовок за великою площею, так як тепло виділяється рівномірно по всій області зіткнення.
Полягає процес у тому, що обидві деталі обертаються щодо один одного, після чого вони зупиняються та поєднуються, згодом виконується проковування.
На схемі зображено процес орбітального зварювання, де буква “а” означає стадію нагрівання деталей, а стадія проковки заготовок значиться буквою “б”.
З безперервним приводом
Найперший вид фрикційного зварювання, що зародився ще в середині ХХ століття. У такому методі зварювання одну деталь закріплюють нерухомо, а інша обертається за рахунок приводу.
“У місці зіткнення обох об’єктів зварювання утворюється осьове тертя, внаслідок чого деталі нагріваються, поки метал не нагріється до необхідного рівня температури.”
Як тільки це трапляється, гальмо зупиняє деталь, що обертається, після чого відбувається проковування. За схемою, наведеною нижче, можна побачити, як відбувається цей процес.
Цифрою 1 відзначено гальмо, яке відповідає за зупинку деталі під номером 2, яка приварюється до деталі під номером 3.
КОЛИВАЛЬНА
Цей вид зварювання тертям по суті має вібрацію однієї або обох деталей під конкретним кутом, через що цей метод ще називають вібраційним.
Коливальний метод зварювання відмінно зарекомендував себе у зварюванні термопластів та реактопластів, нехай і рідко використовується.
“ТЕХНОЛОГІЯ”
Звичайно, у кожного процесу є своя технологія, так що розберемо її. Спочатку відбувається підготовка металу. Незважаючи на те, який саме метод зварювання тертям ви обрали, цей етап необхідний.
У разі фрикційного зварювання особливо заглиблюватися в підготовку не потрібно, адже якість підготовки деталей не знизить якість зварного шва, а будь-які нерівності досить просто виправляються.
Слід заглибитись у встановлення зварювального режиму, адже саме від нього залежить рівень якості зварювального з’єднання, що нам так необхідно.
Спочатку буде розумним ознайомитися з параметрами режиму зварювання. У нашій статті ми надамо власні рекомендації на кожне значення, тому новачкам буде простіше почати, проте ми рекомендуємо прочитати нормативну документацію технології.
Найперший параметр – частота обертання шпинделя. Залежно від матеріалу оптимальне значення варіюється. Так, для чорного металу застосовується частота від 2,6 до 3.
Для кольорових металів за типом міді, алюмінію і сплавів вистачить і 2, але для титану параметр повинен бути принаймні 4 або 5.
Наступний параметр – це питоме обертання притирання. У разі непросто дати загальні рекомендації, адже тут необхідно підбирати конкретні значення для конкретних металів.
При зварюванні тертям вуглецевої сталі можна використовувати значення 10 МПа при часі притирання в 1-3 секунди, але у тієї ж міді значення кардинально відрізняються.
Даний параметр варто вибирати відповідно до нормативної документації, але він дозволить значно прискорити та покращити роботу зварювального обладнання.
Після цього йде питомий тиск нагріву. При зварюванні інструментальних та жароміцних сталей вибираємо рівень між 60 і 120 МПа, для більш простих в обробці вуглецевих та низьколегованих сталей достатньо від 30 до 60 МПа. Алюмінію багато не потрібно – всього 7-20 МПа.
Далі, залежно від пластичності металу, вибираємо питомий тиск проковки. Для алюмінію відмінно підійде значення 8-10 РН при тривалості менше трьох секунд. Для інших матеріалів краще звіритись із документацією.
В кінці, вибирайте час на нагрівання та гальмування. На даний параметр немає універсальних значень, а від рекомендацій можна вільно відхилятися, тому приділіть час експерименту зі значеннями. Але врахуйте, що час, відведений на гальмування, має бути досить коротким.
УСТАТКУВАННЯ
За стандартом, у наборі є зварювальна машина, верстат для зйомки грат та маніпулятор, що переміщує деталі великих габаритів. Звичайно, склад цілком може відрізнятися, дивлячись на вартість і спеціалізацію комплекту, але відштовхуватимемося від стандарту.
Обладнання має перелік налаштувань, що включає швидкість і параметр зварювання, потужність приводу і розмір самої оброблюваної заготовки.
Досвідчені зварювальники легко зможуть встановити всі необхідні параметри по потребі технологічного процесу, але на розрахунок потужності ми радимо використовувати цю формулу, оскільки можуть виникнути деякі труднощі:
S – площа перерізу зварювання мм2; Nуд– Константа, що дорівнює 20 Вт/мм2.
ЗАМІСТЬ ВИСНОВОК
Фрикційне зварювання – простий у освоєнні, якісний та продуктивний метод, що дозволяє отримати зварні шви навіть на металах різного роду та складу.
Якість швів не тільки не поступається звичайному зварюванню, а й значно перевищує, не кажучи вже про продуктивність самого процесу.
Будемо раді дізнатися і про ваш досвід роботи з цією технологією в коментарях під статтею, якщо є.
Нижче ви можете переглянути відеоролик, в якому максимально докладно показаний процес зварювання тертям з перемішуванням алюмінієвих сплавів.