Varjenje s trenjem: vrste, tehnologija, oprema

Obstaja veliko različnih tehnik varjenja. Med njimi se uporablja eksotični postopek, imenovan varjenje s trenjem. Njegova značilnost je, da ne potrebuje potrošnega materiala, kot so elektrode, varilna žica, zaščitni plini. Nedavno razvita metoda postaja splošno razširjena.

Zgodovina

Zgodovina varjenja s trenjem (FSW) sega v leto 1991. To je bil inovativen razvoj Britanskega inštituta za varjenje (TWI). Nekaj let pozneje je bila tehnologija uporabljena pri izdelavi letal in ladij.

Prvi podjetji, ki sta začeli uporabljati novo tehnologijo, sta bili norveško podjetje Marine Aluminium in ameriški Boeing. V svojih obratih so uporabljali varilno opremo podjetja ESAB, specialista za varjenje s trenjem (FCW).

Od leta 2003 potekajo stalne raziskave varjenja s trenjem. Razviti so bili na primer postopki za varjenje aluminijevih zlitin in njihovih različic za uporabo v letalih, vojaških plovilih in železniških zabojnikih.

Pri gradnji letal je bilo ugotovljeno, da priložnost za zamenjavo kovičeni spoji varjeni. Hitrosti varjenja z varjenjem TIG so bistveno večje kot pri varjenju z električnim oblokom. Šest metrov dolg zvar lahko nastane v manj kot minuti, medtem ko je hitrost varjenja običajno le 0,8-2 m/min pri debelini obdelovanca 0,5 cm.

Bistvo postopka

varjenje s trenjem kovin se izvede s segrevanjem v območju varjenja. Osnovno varilno orodje pri varjenju s trenjem je kovinska palica, sestavljena iz dveh polovic - rame in sredice.

Vrteči se zatič se z izstopajočim delom potopi v material, kar povzroči intenzivno segrevanje. Njen pomik je omejen z ramo, ki preprečuje, da bi prodrla v obdelovanec. V območju segrevanja material močno poveča svojo plastičnost in ob pritiskanju z ramenom tvori enotno maso.

Naslednji postopek je vlečenje jedra vzdolž varjene površine. Pri premikanju naprej vijak razburka segreto kovinsko maso, ki se po ohladitvi trdno poveže.

Kaj vpliva na kakovost STP

Varjenje s trenjem je postopek, ki se nenehno razvija. Vendar pa je že mogoče določiti več parametrov, ki vplivajo na kakovost spoja:

1. Sila, ki deluje na orodje.
2. Hitrost podajanja varilne glave.
3. Velikost ovratnika.
4. RPM.
5. Kot nagiba.
6. Sila napajanja jedra.

Z manipulacijo varilnih lastnosti je mogoče doseči spajanje različnih kovin. Na primer aluminij in litij. Litij lahko zaradi svoje nizke gostote in visoke trdnosti deluje kot legirna sestavina delov iz aluminijevih zlitin, zato je ta tehnologija primerna za uporabo v letalstvu in vesolju.

Varjenje s tornim mešanjem lahko zlahka nadomesti kovanje, žigosanje, litje, kadar se uporabljajo Za dele iz kovin, ki jih je težko spojiti. Na primer jekla z avstenitno in perlitno strukturo, aluminijasta ali bronasta jekla.

Na katerih področjih uporabe

V drugih panogah, na primer v avtomobilski industriji, si nenehno prizadevajo izboljšati trdnostne lastnosti izdelka in hkrati zmanjšati njegovo težo. Nenehno uvajamo nove materiale, ki so bili prej zaradi zahtevnosti obdelave redki. Sestavni deli za pogon, kot so pomožni okvirji in včasih celo celotne karoserije, so vse pogosteje izdelani iz aluminija ali kombinacije aluminija in drugih materialov.

Honda je na primer leta 2012 uvedla aditivno proizvodnjo in varjenje s trenjem pri proizvodnji podsklopov za svoje avtomobile. Uvedli so kombinacijo jekla in aluminija.

Pri proizvodnji varjenih delov karoserije iz aluminija lahko pride do izgorevanja pločevine. STP nima te pomanjkljivosti. Poleg tega, da se poraba električne energije zmanjša za faktor 1,5 do 2, se zmanjšajo tudi stroški potrošnega materiala, kot je varilna žica, zaščitni plini.

Poleg avtomobilske industrije se STP uporablja tudi na naslednjih področjih

1. Gradbeništvo: aluminijaste nosilne konstrukcije, mostni razponi.
2. Železniška vozila: okvirji, podstavni vozički, vagoni.
3. Ladjedelništvo: pregrade, strukturne komponente.
4. Letalo: rezervoarji za gorivo, deli trupa.
5. Živilska industrija: različna embalaža za tekoče izdelke (mleko, pivo).
6. Elektrotehnika: ohišja motorjev, parabolične antene.

Poleg aluminijevih zlitin se varjenje s trenjem uporablja tudi za izdelavo bakrovih spojin, na primer pri izdelavi bakrenih posod za odlaganje izrabljenega radioaktivnega goriva.

Prednosti STP

Študija o uporabi HSS je omogočila izbiro različnih načinov varjenja za spajanje različnih skupin zlitin. Čeprav je bil prvotno razvit za uporabo v avtomobilski industriji, je STP za uporabo v.. s kovinami z nizkim tališčem, kot je aluminij (660 °C), ki se nato uporablja za spajanje niklja (1455 °C), titana (1670 °C) in železa (1538 °C).

Študije kažejo, da je zvar, izdelan s to metodo, po strukturi popolnoma skladen s kovino varjenih delov, ima višje vrednosti trdnosti, nižje stroške dela in nizko preostalo deformacijo.

Pravilno izbran varilni postopek zagotavlja, da sta varilni material in varjena kovina ustrezna v naslednjih pogledih:

• odpornost proti utrujanju:
• Upogibna in natezna trdnost;
• žilavost.

Prednosti pred drugimi postopki varjenja

Prednosti CCT so številne. Med njimi so:

1. Nestrupeno. V nasprotju z drugimi postopki varjenja električni oblok ne gori, zaradi česar se staljena kovina v območju varjenja izhlapi.
2. Daljša hitrost oblikovanja zvara, kar pomeni krajši čas cikla.
3. Zmanjšanje stroškov energije za polovico.
4. Nadaljnja obdelava zvara ni potrebna. Orodje za varjenje s trenjem ustvari popoln zvar, ki ga med delovanjem ni treba čistiti.
5. Ni potrebe po dodatnem potrošnem materialu (varilna žica, tehnični plini, topila).
6. Možnost pridobivanja spojev kovin, ki jih drugi postopki varjenja ne omogočajo.
7. Posebna priprava varilnih robov ni potrebna, razen čiščenja in razmaščevanja.
8. doseganje homogene strukture zvara brez por, kar olajša nadzor kakovosti, ki je predpisan za varjenje s trenjem po standardu GOST R ISO 857-1-2009.

Kako se preverja kakovost zvarov

Kakovost varjenja se preverja z dvema različnima vrstama pregledov. Prva vključuje uničenje preskusnega kosa, ki nastane pri spoju Dva dela. Drugi omogoča preverjanje brez uničenja. Uporabljajo se metode, kot so optični pregled in avdiometrično testiranje. Pomaga pri odkrivanju por in neenakomernih vključkov, ki poslabšajo lastnosti zvara. Rezultati akustičnega preskusa prikažejo diagram, ki jasno pokaže, kje akustična emisija odstopa od norme.

Slabosti metode so

Kljub številnim prednostim ima varjenje s trenjem tudi slabosti:

1. Pomanjkanje mobilnosti. STP vključuje spajanje fiksnih delov, ki so togo pritrjeni v prostoru. Zaradi tega ima oprema za varjenje s trenjem določene lastnosti, kot so nepremičnost.
2. Majhna vsestranskost. Oprema za varjenje s trenjem je konfigurirana za izvajanje enovrstnih postopkov. Zato so varilni pripravki zasnovani za posebne naloge. Na primer za varjenje bočnic avtomobilov na montažni liniji in nič drugega.
3. Varilni šiv ima radialno strukturo. Zato je pri nekaterih vrstah deformacij ali pri delu V agresivnih okoljih se lahko pojavi utrujenost zvara.

Spremembe procesa varjenja s trenjem glede na načelo delovanja

Postopke varjenja s trenjem lahko razdelimo na več vrst:

1. Linearno trenje. Bistvo metode je v tem, da se neločljiva povezava ne ustvari zaradi delovanja vrtečega se obroča, temveč zaradi medsebojnega gibanja delov. Na površini na stiku povzročajo trenje in posledično visoko temperaturo. Spojni deli se pod pritiskom stopijo in nastane varjeni spoj.
2. Radialno varjenje. Ta metoda se uporablja za izdelavo cistern velikega premera, železniških cistern. Gre za to, da se spoji sestavnih delov segrevajo z vrtljivim obročem, ki je nameščen na zunanji strani. S trenjem doseže temperaturo, ki je blizu temperature taljenja. Primer podjetja, ki uporablja to tehnologijo, je proizvajalec cistern Sespel iz Čeboksarja. Varjenje s trenjem zavzema večji del varjenja.
3. Varjenje čepov. Ta vrsta nadomešča kovičeni spoj. Ta vrsta se uporablja za prekrivne spoje. Vrteči se zatič na mestu stika segreva varjene dele. Pri visokih temperaturah se raztopi in zatič prodre. Ko se ohladi, tvori trdno in trajno povezavo.

Raznolikost STP glede na stopnjo težavnosti

Varjenje s trenjem lahko razdelimo na ravninsko in volumetrično varjenje. Glavna razlika med obema različicama je v tem, da je pri prvi varjenec varjen v dveh dimenzijah, pri drugi pa v treh.

Tako je proizvajalec varilnih strojev ESAB razvil 2D LEGIO za ravninske spoje. To je nastavljiv sistem za varjenje različnih neželeznih kovin s trenjem. Različne dimenzijske skupine opreme omogočajo varjenje majhnih in velikih delov. LEGIO ima glede na oznako več konfiguracij, ki se razlikujejo po številu varilnih glav, možnosti varjenja v več osnih smereh.

3D roboti obstajajo za varjenje s kompleksnim pozicioniranjem v prostoru. Takšni stroji se uporabljajo na avtomobilskih montažnih linijah, kjer je treba variti šive nepravilnih oblik. Primer takega robota je ESAB-ov Rosio.

Zaključek

STP je primerljiv s tradicionalnim varjenjem. Njegova široka uporaba ne obeta le gospodarskih koristi, temveč tudi ohranjanje zdravo ljudje, ki sodelujejo v proizvodnji.