Există o mare varietate de metode de sudare. Printre acestea se numără un proces atât de exotic precum sudarea prin frecare. Caracteristica sa distinctivă este absența consumabilelor precum electrozi, sârmă de sudură, gaze de protecție. O metodă nou dezvoltată câștigă acceptare pe scară largă.
Istoria apariției
Istoria sudării prin frecare cu agitare (FSW) a început în 1991. A fost o dezvoltare inovatoare a Institutului Britanic de Sudare (TWI). Câțiva ani mai târziu, tehnologia a fost folosită în construcția de avioane și nave.
Primele companii care au pus noua tehnologie în producție au fost Norwegian Marine Aluminium și American Boeing. Ei au folosit echipamente de sudare de la concernul ESAB, care este specializat în dezvoltări în domeniul sudării prin frecare rotativă (PCT), în întreprinderile lor.
Din 2003, compania a cercetat continuu posibilitățile de sudare prin frecare cu agitare. De exemplu, au fostau fost dezvoltate metode pentru sudarea aliajelor de aluminiu și modificările acestora, care sunt utilizate în construcția de aeronave, nave și containere feroviare.
În industria aeronautică, s-a găsit posibilă înlocuirea îmbinărilor nituite cu altele sudate. În plus, viteza de sudare prin metoda FSW depășește semnificativ viteza arcului electric. O sudură de 6 m lungime poate fi formată într-un minut, în timp ce viteza convențională de sudare este de numai 0,8-2 m/min pentru o grosime a părții de 0,5 cm.
Esența procesului
Îmbinarea metalelor are loc datorită încălzirii în zona de sudare prin metoda frecării. Instrumentul principal de sudare al sudării prin frecare cu agitare este o tijă de metal, constând din două jumătăți: un guler și un umăr.
Cu partea sa proeminentă, tija rotativă este scufundată în material, provocând o încălzire puternică. Furnizarea sa este limitată de umăr, nepermițând trecerea piesei de sudat. În zona de încălzire, materialul își crește semnificativ plasticitatea și, apăsat de umăr, formează o singură masă.
Următorul pas este mișcarea tijei de-a lungul zonei sudate. Înaintând, umărul amestecă masa metalică încălzită, care, după răcire, formează o legătură puternică.
Ce afectează calitatea STP
Sudarea prin frecare este un proces în continuă evoluție. Dar deja acum există mai mulți parametri care afectează calitatea conexiunii:
- Forța generată de instrument.
- Rata de alimentarecap de sudare.
- Valoarea umărului.
- Viteza circumferenţială de rotaţie a tijei.
- Unghi de înclinare.
- Forța de alimentare a lansetei.
Manipularea caracteristicilor sudurii vă permite să realizați conectarea unor metale diferite. De exemplu, aluminiu și litiu. Litiul, datorită densității scăzute și rezistenței sale ridicate, poate acționa ca o componentă de aliere a pieselor din aliaj de aluminiu, ceea ce permite ca această tehnologie să fie utilizată în industria aerospațială.
Sudura cu agitare prin frecare poate înlocui cu ușurință forjarea, ștanțarea, turnarea, atunci când sunt folosite pentru a produce piese din metale greu de asortat. De exemplu, oțeluri cu structură austenită și perlită, oțeluri din aluminiu sau bronz.
În ce zone este folosit
Industriile precum industria auto lucrează în mod constant la cum să crească proprietățile de rezistență ale produsului, reducând în același timp greutatea acestuia. În acest sens, există o introducere continuă de noi materiale care anterior erau necaracteristice din cauza complexității prelucrării. Din ce în ce mai mult, elementele structurale, cum ar fi cadrele auxiliare și, uneori, corpurile întregi sunt fabricate din aluminiu sau o combinație de aluminiu.
Astfel, în 2012, Honda a aplicat fabricarea aditivă și sudarea prin frecare cu agitare pentru a produce subcadre pentru vehiculele sale. Au introdus o combinație de oțel și aluminiu.
Arderea foilor metalice poate apărea în timpul producției de sudură pentru caroserie din aluminiu. Acest neajuns este lipsit de STP. Pe lângă astaconsumul de energie electrică este redus de 1,5-2 ori, costul consumabilelor precum sârmă de sudură, gaze de protecție este redus.
Pe lângă producția de mașini, STP este utilizat în următoarele domenii:
- Industria construcțiilor: ferme de susținere din aluminiu, travee de pod.
- Transport feroviar: cadre, boghiuri pe roți, vagoane.
- Construcții navale: pereți etanși, elemente structurale.
- Avioane: rezervoare de combustibil, piese pentru fuzelaj.
- Industria alimentară: diverse recipiente pentru produse lichide (lapte, bere).
- Producție electrică: carcase de motoare, antene parabolice.
Pe lângă aliajele de aluminiu, sudarea prin frecare cu agitare este utilizată pentru a obține compuși de cupru, de exemplu, în producția de recipiente de cupru pentru eliminarea combustibilului radioactiv uzat.
beneficii STP
Studiarea FSW a făcut posibilă selectarea modurilor de sudare la îmbinarea diferitelor grupuri de aliaje. În ciuda faptului că inițial FSW a fost dezvoltat pentru a lucra cu metale cu un punct de topire scăzut, cum ar fi aluminiul (660 ° C), ulterior a început să fie folosit pentru a îmbina nichel (1455 ° C), titan (1670 ° C), fier. (1538 ° C).
Cercetarile arata ca sudura obtinuta in acest fel corespunde in totalitate in structura sa cu metalul pieselor de sudat si are indicatori de rezistenta mai mari, costuri de manopera mai mici si deformare reziduala redusa.
Corectmodul de sudare selectat garantează conformitatea materialului de sudare și a metalului care se sudează conform următorilor indicatori:
- rezistenta la oboseala:
- rezistență la încovoiere și la tracțiune;
- rezistență.
Avantaje față de alte tipuri de sudare
STP are multe avantaje. Printre acestea:
- Netoxic. Spre deosebire de alte soiuri, nu există ardere cu arc electric, din cauza căreia metalul topit se evaporă în zona de sudare.
- Viteză crescută de formare a cusăturilor, rezultând timpi de ciclu mai rapid.
- Reducerea costurilor cu energie la jumătate.
- Nu este nevoie de prelucrare ulterioară a sudurii. Instrumentul de amestecare cu frecare formează o sudură perfectă fără a fi nevoie de dezlipire.
- Nu este nevoie de consumabile suplimentare (sârmă de sudură, gaze industriale, fluxuri).
- Abilitatea de a obține îmbinări metalice care nu sunt disponibile pentru alte tipuri de sudare.
- Nu este necesară nicio pregătire specială a marginilor de sudură, cu excepția curățării și degresării.
- Obținerea unei structuri de sudură omogenă, fără pori, rezultând un control al calității mai ușor, care este reglementat pentru sudarea prin frecare cu agitare GOST R ISO 857-1-2009.
Cum este verificată calitatea unei suduri
Calitatea sudurii este verificată prin două tipuri de control. Prima presupune distrugerea prototipului rezultat dinconexiunea a două părți. Al doilea permite verificarea fără distrugere. Se folosesc metode precum controlul optic, examinarea audiometrică. Ajută la determinarea prezenței porilor și incluziunilor neomogene care degradează caracteristicile cusăturii. Rezultatele controlului sunetului sunt o diagramă care arată clar locurile în care ecoul acustic se abate de la normă.
Dezavantajele metodei
Cu numeroase avantaje, metoda de sudare prin frecare are dezavantaje însoțitoare:
- Lipsa de mobilitate. STP presupune conectarea unor piese fixe, fixate rigid în spațiu. Acest lucru impune anumite proprietăți echipamentelor de sudură prin frecare, cum ar fi imobilitatea.
- Versatilitate redusă. Echipamentul voluminos este configurat pentru a efectua același tip de operațiuni. În acest sens, dispozitivele pentru sudare sunt proiectate pentru sarcini specifice. De exemplu, pentru sudarea pereților laterali ai mașinii pe un transportor și pentru nimic altceva.
- Cusătura de sudură are o structură radială. În acest sens, la anumite tipuri de deformare sau atunci când piesa este operată într-un mediu agresiv, se poate acumula oboseală de sudură.
Soiuri de STP conform principiului de acțiune
Procesele de sudare bazate pe frecare pot fi împărțite în mai multe tipuri:
- Fricație liniară. Esența metodei este de a obține o conexiune permanentă nu ca urmare a acțiunii unui vârf rotativ, ci datorită mișcării pieselor una față de alta. Acționând asupra suprafeței în punctul de contact, ele creeazăfrecare si in consecinta temperaturi ridicate. Sub presiune, piesele adiacente sunt topite și se formează o îmbinare sudată.
- Sudura radială. Această metodă este utilizată pentru producția de containere cu diametru mare, rezervoare de cale ferată. Se rezumă la faptul că îmbinările pieselor sunt încălzite de un inel rotativ îmbrăcat la exterior. Prin frecare, determină o temperatură apropiată de punctul de topire. Un exemplu de întreprindere care utilizează această tehnologie este Sespel, un producător de mașini-cisternă Cheboksary. Sudarea prin amestecare prin frecare ocupă cea mai mare parte a lucrărilor de sudare.
- Sudarea crampoanelor. Această varietate înlocuiește conexiunea cu nituri. Acest tip este utilizat pentru conexiuni suprapuse. Știftul rotativ din punctul de contact încălzește piesele care trebuie sudate. De la temperatura ridicată, are loc topirea, iar știftul pătrunde în interior. Se răcește, creează o conexiune permanentă puternică.
Soiuri de STP în funcție de nivelul de dificultate
Operațiile de sudare efectuate prin frecare pot fi împărțite în plane și volumetrice. Principala diferență dintre aceste varietăți este că, în primul caz, sudura se formează în spațiu bidimensional, iar în al doilea - în spațiu tridimensional.
Astfel, pentru îmbinările plane, producătorul de echipamente de sudură ESAB a dezvoltat mașina 2D LEGIO. Este un sistem de sudură cu agitare prin frecare personalizabil pentru diferite metale neferoase. Grupuri de dimensiuni diferiteechipamentul vă permite să sudați piese de dimensiuni mici și mari. Conform marcajului, echipamentele LEGIO au mai multe configurații, care diferă prin numărul de capete de sudură, capacitatea de a suda în mai multe direcții axiale.
Există roboți 3D pentru lucrări de sudare cu poziții complexe în spațiu. Astfel de dispozitive sunt instalate pe transportoare de automobile, unde sunt necesare suduri cu o configurație complexă. Un exemplu de astfel de roboți este Rosio de la ESAB.
Concluzie
STP se compară favorabil cu tipurile tradiționale de sudare. Utilizarea sa pe scară largă nu promite numai beneficii economice, ci și păstrarea sănătății oamenilor angajați în producție.
