Det finns en mängd olika svetsmetoder. Bland dem är en sådan exotisk process som friktionssvetsning. Dess utmärkande drag är frånvaron av förbrukningsvaror som elektroder, svetstråd, skyddsgaser. En nyutvecklad metod vinner bred acceptans.
Utseendehistoria
Historien om friction stir welding (FSW) började 1991. Det var en innovativ utveckling av British Welding Institute (TWI). Några år senare användes tekniken vid konstruktion av flygplan och fartyg.
De första företagen som satte den nya tekniken i produktion var norska Marine Aluminium och amerikanska Boeing. De använde svetsutrustning från ESAB-koncernen, som är specialiserad på utveckling inom området rotationsfriktionssvetsning (PCT), i sina företag.
Sedan 2003 har företaget kontinuerligt undersökt möjligheterna med friction stir-svetsning. Det fanns till exempelmetoder har utvecklats för svetsning av aluminiumlegeringar och deras modifieringar, som används vid konstruktion av flygplan, fartyg och järnvägscontainrar.
Inom flygindustrin fann man sig möjligt att ersätta nitade fogar med svetsade. Dessutom överskrider svetshastigheten med FSW-metoden avsevärt ljusbågens hastighet. En 6 m lång svets kan bildas på en minut, medan konventionell svetshastighet endast är 0,8-2 m/min för en deltjocklek på 0,5 cm.
Käran i processen
Metallskarvning uppstår på grund av uppvärmning i svetszonen med friktionsmetoden. Det huvudsakliga svetsverktyget för friction stir welding är en metallstång som består av två halvor: en krage och en skuldra.
Med sin utskjutande del är den roterande stången nedsänkt i materialet, vilket orsakar kraftig uppvärmning. Dess utbud begränsas av ansatsen, vilket inte tillåter att arbetsstycket som ska svetsas att passera igenom. I uppvärmningszonen ökar materialet sin plasticitet avsevärt och, nedtryckt av axeln, bildar det en enda massa.
Nästa steg är stavens rörelse längs den svetsade zonen. När man rör sig framåt blandar axeln den uppvärmda metallmassan, som efter kylning bildar en stark koppling.
Vad påverkar kvaliteten på STP
Friction stir-svetsning är en process som ständigt utvecklas. Men redan nu finns det flera parametrar som påverkar kvaliteten på anslutningen:
- Kraft som genereras av verktyget.
- Flödeshastighetsvetshuvud.
- Värdet på axeln.
- Stångens omkretshastighet.
- Lutningsvinkel.
- Spöets matningskraft.
Manipulation av svetsegenskaper gör att du kan ansluta olika metaller. Till exempel aluminium och litium. Litium kan, på grund av sin låga densitet och höga hållfasthet, fungera som en legeringskomponent i aluminiumlegeringsdelar, vilket gör att denna teknik kan användas inom flygindustrin.
Friction stir welding kan enkelt ersätta smide, stansning, gjutning, när de används för att tillverka delar av svårmatchade metaller. Till exempel stål med austenit- och perlitstruktur, stål av aluminium eller brons.
I vilka områden används
Branscher som bilindustrin arbetar ständigt med hur man kan öka produktens hållfasthetsegenskaper samtidigt som den minskar dess vikt. I detta avseende finns det en kontinuerlig introduktion av nya material som tidigare var okarakteristiska på grund av bearbetningens komplexitet. I allt högre grad tillverkas strukturella element som hjälpramar och ibland hela karosser av aluminium eller en kombination av aluminium.
Således, 2012, tillämpade Honda additiv tillverkning och friktionssvetsning för att tillverka underramar till sina fordon. De introducerade en kombination av stål och aluminium.
Genombränning av metallplåt kan förekomma vid tillverkning av kroppssvetsar av aluminium. Denna brist berövas STP. Förutom detelförbrukningen minskas med 1,5-2 gånger, kostnaden för förbrukningsvaror som svetstråd, skyddsgaser minskar.
Förutom bilproduktion används STP inom följande områden:
- Byggbranschen: stödfackverk av aluminium, brospännen.
- Järnvägstransport: ramar, boggier på hjul, vagnar.
- Varvsbyggnad: skott, strukturella element.
- Flygplan: bränsletankar, flygkroppsdelar.
- Livsmedelsindustrin: olika behållare för flytande produkter (mjölk, öl).
- Elektrisk produktion: motorhus, parabolantenner.
Förutom aluminiumlegeringar används friktionssvetsning för att erhålla kopparföreningar, till exempel vid tillverkning av kopparbehållare för deponering av använt radioaktivt bränsle.
STP-förmåner
Att studera FSW gjorde det möjligt att välja svetslägen när man sammanfogade olika grupper av legeringar. Trots att FSW från början utvecklades för att arbeta med metaller med låg smältpunkt, såsom aluminium (660 ° C), började det senare användas för att sammanfoga nickel (1455 ° C), titan (1670 ° C), järn (1538 ° C).
Forskning visar att svetsen som erhålls på detta sätt helt överensstämmer i sin struktur med metallen i de delar som ska svetsas och har högre hållfasthetsindikatorer, lägre arbetskostnader och låg restdeformation.
Korrektdet valda svetsläget garanterar överensstämmelse mellan svetsmaterialet och metallen som svetsas enligt följande indikatorer:
- trötthetsstyrka:
- böj- och draghållfasthet;
- seghet.
Fördelar jämfört med andra typer av svetsning
STP har många fördelar. Bland dem:
- Ej giftig. Till skillnad från andra varianter finns det ingen ljusbågsbränning, på grund av vilken den smälta metallen avdunstar i svetszonen.
- Ökad sömbildningshastighet, vilket resulterar i snabbare cykeltider.
- Minska energikostnaderna med hälften.
- Inget behov av ytterligare bearbetning av svetsen. Friction Stir Tool bildar en perfekt svets utan behov av strippning.
- Inget behov av ytterligare förbrukningsvaror (svetstråd, industrigaser, flussmedel).
- Möjligheten att få metallfogar som inte är tillgängliga för andra typer av svetsning.
- Ingen speciell förberedelse av svetskanter är nödvändig, förutom för rengöring och avfettning.
- Att erhålla en homogen svetsstruktur utan porer, vilket resulterar i enklare kvalitetskontroll, som regleras för friktionssvetsning GOST R ISO 857-1-2009.
Hur kvaliteten på en svets kontrolleras
Svetskvaliteten kontrolleras av två typer av kontroll. Den första innebär förstörelsen av prototypen som är resultatet avanslutning av två delar. Den andra tillåter verifiering utan förstörelse. Metoder som optisk kontroll, audiometrisk undersökning används. Det hjälper till att bestämma närvaron av porer och inhomogena inneslutningar som försämrar sömmens egenskaper. Resultaten av ljudkontrollen är ett diagram som tydligt visar de platser där det akustiska ekot avviker från normen.
Nackdelar med metoden
Med många fördelar har friktionssvetsmetoden åtföljande nackdelar:
- Brist på rörlighet. STP innebär anslutning av fasta delar, stelt fixerade i rymden. Detta ålägger svetsutrustning med friktionsrörning vissa egenskaper, såsom orörlighet.
- Låg mångsidighet. Skrymmande utrustning är konfigurerad för att utföra samma typ av operationer. I detta avseende är enheter för svetsning utformade för specifika uppgifter. Till exempel för att svetsa bilsidoväggar på en transportör, och för inget annat.
- Svetssömmen har en radiell struktur. I detta avseende, med vissa typer av deformation eller när delen används i en aggressiv miljö, kan svetsutmattning ackumuleras.
Sorter av STP enligt handlingsprincipen
Svetsprocesser baserade på friktion kan delas in i flera typer:
- Linjär friktion. Kärnan i metoden är att erhålla en permanent anslutning inte som ett resultat av verkan av en roterande spets, utan på grund av rörelsen av delar i förhållande till varandra. Genom att agera på ytan vid kontaktpunkten skapar defriktion och följaktligen höga temperaturer. Under tryck smälts de angränsande delarna och en svetsfog bildas.
- Radial svetsning. Denna metod används för tillverkning av containrar med stor diameter, järnvägstankar. Det kokar ner till att delarnas skarvar värms upp av en roterande ring klädd på utsidan. Genom friktion orsakar det en temperatur nära smältpunkten. Ett exempel på ett företag som använder denna teknik är Sespel, en tillverkare av tankbilar från Cheboksary. Friction stir welding tar upp huvuddelen av svetsarbetet.
- Dubbsvetsning. Denna sort ersätter nitkopplingen. Denna typ används för överlappande anslutningar. Det roterande stiftet vid kontaktpunkten värmer delarna som ska svetsas. Från den höga temperaturen uppstår smältning och stiftet penetrerar inuti. Genom att kylas ner skapar det en stark permanent anslutning.
varianter av STP efter svårighetsgrad
Svetsoperationer som utförs med friktion kan delas in i plana och volymetriska. Den största skillnaden mellan dessa sorter är att i det första fallet bildas svetsen i tvådimensionellt utrymme och i det andra - i tredimensionellt utrymme.
För plana fogar har alltså svetsutrustningstillverkaren ESAB utvecklat 2D LEGIO-maskinen. Det är ett anpassningsbart friktionssvetsningssystem för olika icke-järnmetaller. Olika storleksgrupperutrustning låter dig svetsa delar av små och stora storlekar. Enligt märkningen har LEGIO-utrustning flera layouter, som skiljer sig åt i antal svetshuvuden, förmågan att svetsa i flera axiella riktningar.
Det finns 3D-robotar för svetsjobb med komplexa positioner i rymden. Sådana anordningar installeras på biltransportörer, där svetsar av en komplex konfiguration krävs. Ett exempel på sådana robotar är ESAB:s Rosio.
Slutsats
STP kan jämföras med traditionella svetstyper. Dess utbredda användning lovar inte bara ekonomiska fördelar, utan också bevarandet av hälsan för människor som arbetar i produktionen.
