Сварка трением

Сварка трением заключается в соединении металлов в процессе прижатия свариваемых поверхностей друг к другу с одновременным развитием трения скольжения.

Начало использованию теплоты трения для сварки было положено токарем А. И. Чудиковым в 1956 г. В том же году В. И. Вилль во Всесоюзном научно-исследовательском институте электросварочного оборудования начал исследования этого способа, были созданы первые машины для сварки трением.

Изданная в 1961 г. монография В. И. Вилля «Сварка металлов трением» привлекла внимание специалистов к новому в то время способу сварки.

В последующие годы во многих странах были разработаны новые разновидности сварки трением, созданы образцы универсального и специализированного оборудования, исследована возможность соединения трудно-свариваемых перспективных материалов.

Простейшая схема процесса показана на рис. 9. Детали 1 и 2 устанавливают соосно, деталь 1 неподвижна, а деталь 2 приводится во вращение вокруг их общей оси. При этом на торцовых поверхностях деталей, сжатых усилием Р, возникают силы трения, приводящие к локальному нагреву зоны соединения до температуры, необходимой для образования сварного соединения. Соединения, полученные сваркой трением, обладают высоким и стабильным качеством. Этот метод не требует очистки поверхностей соединяемых деталей и позволяет сваривать многие пары металлов (сталь + AI, сталь + Си, Ti + AI, Си + AI и др.).

Рис. 9. Простейшая (конвенционная) схема процесса сварки трением

Соединение при сварке трением образуется в процессе совместного пластического деформирования свариваемых деталей под действием сил контактного трения, величина которых зависит от скорости вращения и сжимающего осевого усилия. Основными параметрами при сварке трением являются: скорость относительного вращения поверхностей трения, осевое усилие сжатия деталей, величина осадки и длительность сварки.

По характеру силового воздействия, степени локализации пластической деформации в приконтактном объеме и совокупности факторов, определяющих генерирование тепла в зоне соединения, сварка трением аналогична ультразвуковой сварке. Главным вопросом при сварке трением является анализ процессов преобразования механической энергии в тепловую, так как тепловые процессы на соединяемых поверхностях определяют в основном качество соединения.

Простейшая и наиболее распространенная схема процесса сварки трением приведена на рис. 7. Две детали устанавливаются соосно в зажимах машины. Одна из них неподвижна, другая - приводится во вращение вокруг их общей оси. На сопряженных торцах деталей, прижатых друг к другу осевым усилием F, возникают силы (момент) трения. Работа, затрачиваемая на их преодоление, при относительном вращении свариваемых заготовок преобразуется в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и в приповерхностных слоях металла, нагревая их до температур, необходимых для образования сварного соединения (при сварке, например, черных металлов температура в стыке достигает 1273-1573 К). Металл, ставший пластичным в процессе трения, выдавливается из стыка в радиальных направлениях под действием осевого усилия. Происходит осадка – сближение деталей. Выдавленный металл (грат) имеет форму правильного сдвоенного кольца, симметрично располагающегося по обе стороны плоскости стыка.

Промышленное применение. Сварка трением достаточно широко применяется в машиностроении, ядерной энергетике, инструментальном производстве, электротехнической промышленности, тракторо- и автомобилестроении, а также в авиакосмической технике, химическом и нефтяном машиностроении. Мировая практика использования сварки трением в промышленности показывает, что этот метод сварки является одним из наиболее интенсивно развивающихся технологических процессов. Зарубежные источники сообщают о перспективах использования процесса сварки трением в судо-, вагоно-, ракето- и авиастроении, электротехнической и пищевой промышленности.

Р, Т, А – процессы.