Введение
Процесс сварки в твердом состоянии
Сварка трением (FWR) — это процесс сварки и соединения в твердом состоянии, который генерирует тепло за счет механического трения между деталями, находящимися в относительном движении друг к другу. В этом процессе используется боковая сила, называемая «осадкой», для пластической деформации и сплавления материалов. Сварка трением — это технология сварки в твердом состоянии, аналогичная кузнечной сварке, в отличие от сварки плавлением. Сварка трением применяется для соединения металлов и термопластов в широком спектре авиационных и автомобильных приложений. Норма ISO для сварки трением — EN ISO 15620:2019, которая также содержит информацию об основных терминах и определениях, а также таблицы по свариваемости металлов и сплавов.
История
Некоторые заявки и патенты, связанные со сваркой трением, датируются началом 20-го века, а ротационная сварка трением является старейшим из этих методов. В. Рихтер запатентовал метод линейной сварки трением (ЛСТ) в 1924 году. Первое описание и эксперименты, связанные с ротационной сваркой трением, состоялись в Советском Союзе в 1956 году. Другой метод был изобретен Ю. Клименко в Советском Союзе в середине 1960-х годов и запатентован в 1967 году, экспериментально подтвержден и разработан в коммерческую технологию в Институте сварки (TWI) в Великобритании и запатентован повторно в 1991 году: процесс сварки трением перемешиванием (FSW) – это процесс соединения в твердом состоянии, который использует нерасходуемый инструмент для соединения двух сопрягаемых деталей без расплавления материала заготовок. Улучшенной модификацией стандартной техники сварки трением является сварка трением с низким усилием, гибридная технология, разработанная EWI и Manufacturing Technology Inc. (MTI), которая "использует внешний источник энергии для повышения температуры интерфейса соединяемых деталей, тем самым снижая силы процесса, необходимые для получения сварного соединения в твердом состоянии по сравнению с традиционной сваркой трением". Этот процесс применим как к линейной, так и к ротационной сварке трением.
Методы обработки металла
Сварка трением представлена множеством различных способов, но наиболее распространены следующие методы.
Роторная сварка трением
Роторная фрикционная сварка (РФС) является одним из основных методов сварки трением. Один свариваемый элемент вращается относительно другого и прижимается. Нагрев материала происходит за счет работы трения и создает неразъемное соединение.
Линейная сварка трением
Линейная сварка трением (ЛСТ) — это процесс перемещения одного компонента поступательно-возвратным движением по поверхности неподвижного компонента.
Сварка трением с помещением
Сварка трением перемешиванием (FSW) — это процесс соединения в твердом состоянии, в котором используется нерасходный инструмент для соединения двух сопрягаемых деталей без расплавления материала заготовок. Тепло выделяется за счет трения между вращающимся инструментом и материалом заготовок, что приводит к образованию пластифицированной зоны вблизи инструмента FSW. По мере перемещения инструмента вдоль линии соединения он механически перемешивает два куска металла и деформирует нагретый и пластифицированный металл механическим давлением, оказываемым инструментом, подобно соединению глины или теста.
Поверхности трения
Фрикционное наплавление – это процесс, основанный на фрикционной сварке, при котором на поверхность подложки наносится покрытие. Стержень из материала покрытия (называемый мехтродом) вращается под давлением, создавая пластифицированный слой в стержне в зоне контакта с подложкой.
Линейная вибрационная сварка
При линейной вибрационной сварке материалы приводятся в контакт и помещаются под давление. Затем к ним прикладывается внешняя вибрационная сила, вызывающая скольжение деталей относительно друг друга перпендикулярно направлению приложенного давления.
Орбитальная сварка трением
Орбитальная фрикционная сварка аналогична ротационной сварке, но использует более сложное оборудование для создания орбитального движения, при котором вращающаяся деталь совершает движение по небольшой окружности, значительно меньшей, чем размер соединения в целом.
Сопротивление приступу
Фрикционная сварка может непроизвольно возникать на скользящих поверхностях, таких как подшипники. Это особенно вероятно, если смазочная масляная пленка между скользящими поверхностями становится тоньше шероховатости поверхности, что может быть вызвано низкой скоростью, низкой температурой, недостаточным количеством масла, избырным зазором, низкой вязкостью масла, высокой шероховатостью поверхностей или их сочетанием. Сопротивление заеданию – это способность материала противостоять фрикционной сварке. Это фундаментальное свойство поверхностей подшипников и, в целом, скользящих поверхностей под нагрузкой.
Любопытство
Фрикционная сварка (микрофрикционная сварка) также выполнялась на станке с ЧПУ, что не означает, что это безопасно и рекомендуется для использования на фрезерном станке. Также было показано, что фрикционная сварка применима и к дереву.