Технология сварки трением

Сварка трением, представляя собой вариант сварки давлением, использует нагрев от перемещения соединяемых деталей относительно друг друга, то есть от трения. Оно возникает при вращении сжатых заготовок либо поступательно-возвратном движении. На участке стыка деталей возникающая механическая энергия преобразуется в тепловую. Нагрев строго ограничен околоповерхностным слоем соединяемых изделий. Формирование сварных соединений является совместным результатом действия как пластической деформации, так и сжатия контактирующих поверхностей при нагревании. Причем благодаря трению происходит разрушение поверхностных пленок из оксидов в ходе пластических деформаций, а между кромками свариваемых изделий возникают металлические связи. Такая сварка возможна без расправления металла соединяемых конструкций в твердом виде.

Преимущества сварки трением

Возникшая в ходе экспериментов по присоединению концевых деталей на токарном станке сварка трением получила быстрое распространение в различных производствах. Сегодня это один из самых высокоэффективных процессов соединения заготовок, чаще всего круглой формы, изготовленных как из однообразных, так и разнородных материалов. Его применение позволяет в несколько раз увеличивать производительность работ при высоком качестве стыка. К преимуществам данного способа относят несложное оборудование, простоту процесса работы, а также экономичность.

Схемами сварки трением предусмотрено вращение сжатых деталей: одной из двух, обеих, вращающейся вставки между неподвижными либо поступательно-возвратным движением единственной. Нагревание их происходит посредством трения с почти мгновенной остановкой по завершении процесса нагрева. Причем усилие сжатия заготовок постоянно, а усилие проковки увеличивается с нагревом и после торможения вращающихся деталей. На параметры режима такой сварки оказывают влияние как скорость вращения с длительностью действия усилия проковки, так и величины осадки с осевым усилием в ходе нагревания и проковки.

Исключительно высокое и стабильное качество соединения при несложной технике работы на станках сварки трением делает ее результат, не зависящим от квалификации и опыта работающего. Удобство режимов этой технологии способствует устранению имеющихся трудностей в контроле качества сварных соединений другими способами, что особенно эффективно для изготовления режущего инструмента типа сверл, фрез и метчиков. С его помощью можно соединять дорогостоящие режущие части с хвостовиками определенного инструмента из других материалов. Также широко применяются машины сварки трением в автомобиле- и станкостроении.

Технология сварки трением

Самая простая и часто используемая схема данного способа сварки предполагает соединение двух деталей, одна из которых сохраняет неподвижность, в то время как вторая вращается вокруг их общей оси. Обе свариваемые заготовки помещаются в зажимных устройствах оборудования по одной оси. Их торцы своими сопряженными поверхностями прижимаются друг к дружке с определенным усилием, за счет чего возникает необходимая сила трения. Когда заготовки вводятся во вращение, работа, совершаемая  для преодоления силы трений, превращается в теплоту. Выделяемая на трущиеся поверхности, она разогревает металл околоповерхностного слоя до требуемой температуры, при которой формируется сварной шов.

При множестве достоинств технологии сварки трением, таких как небольшие энергозатраты, на порядок меньшие, чем для контактной сварки, хорошая производительность работ со способностью соединения металлов и сплавов в самых разных вариантах и несложная автоматизация, есть у нее и существенный недостаток. Это неуниверсальность данной технологии сварки. Для соединения двух частей изделия по меньшей мере одной из них придется служить телом вращения. Еще данный способ осложнен громоздкостью оборудование для сварки трением с образованием грата после сварки. Но при этом выпускаемые сегодня различные модели машин, как специализированных, так и универсальных, хорошо зарекомендовали себя надежностью и большим сроком эксплуатации.

Роботизированная (ротационная) сварка трением обеспечивает непрерывность производства полного провара без необходимости достижения точки расплавления. Она чаще всего применяется при соединении металлических листов, например, алюминия. В процессе такой сварки часть машины в виде цилиндра с буртиком, имеющая конец определенного профиля, вращаясь, внедряется в металл стыка соединения листов. Возникающее при этом тепло благодаря трению детали с инструментом размягчает деталь, что позволяет ему продвигаться дальше по шву. Подвергшийся пластической деформации материал при подаче его на край кромки инструмента от действия давления профиля с буртиком вковывается в основной металл. Охлаждаясь, полученное соединение обретает прочность и надежно скрепляет детали.

Особенности процесса сварки

Возможности этой технологии позволяют производить сварку трением алюминия без использования присадочного материала и защитных газов. Она обеспечивает полный провар металлов толщиной в пределах 3 см без риска возникновения внутренних пустот с порами. Хорошие прочностные характеристики при незначительных деформациях достижимы даже в особых случаях соединений алюминиевых сплавов, когда прочие технологии их соединения не гарантируют успеха. Эффективна данная технология также для сваривания сплавов свинца, меди, магния и даже титана.

Радиальная технология нашла применение в обработке сваркой трением пластмасс и длинномерных изделий. К примеру, она незаменима в устройстве трубопроводов, когда требуется сварка труб с неповоротными стыками. В этом случае необходимо, чтобы обе части сохраняли неподвижное положение. Поэтому их нагрев осуществляется с помощью вращения особой вставки в зазор между ними, которую удаляют непосредственно перед проковкой.

В процессе вибрационной или линейной сварки трением одна из соединяемых заготовок остается неподвижной, а вторая совершает поперечные колебательные движения. Данный способ эффективен для соединения изделий с прямоугольным сечением. Одной из его разновидностей является схема наплавки вибротрением. Она предусматривает совершение прутком поступательных колебательных движений в направлении, перпендикулярном оси перемещения обрабатываемой заготовки.

Сварка трением с перемешиванием производится с помощью перемещающегося инструмента. В ходе такого процесса соединяемые листы или детали неподвижно скрепляются. Зазор при этом должен быть минимальным. При введении в него вращающегося инструмента с последующим его передвижением вдоль линии шва осуществляется нагрев поверхностного слоя металла. От вращения инструмента торцы заготовок плавятся, их металл перемешивается и образует соединение.