Friktionssvetsning är en typ av trycksvetsning (ofta kallad "svetsning utan smältning"), där uppvärmning utförs av friktion , orsakad - i grundversionen av denna metod - av rörelse (rotation) av en av delarna ska svetsas. Friktionssvetsning används för att sammanfoga olika metaller och termoplaster inom flyg- och fordonsindustrin . Det bör noteras att den slutliga anslutningen bildas i slutskedet av processen, när en smideskraft appliceras på redan orörliga prover.
Processen för bildning av en svetsfog inkluderar följande steg:
Friktionssvetsning åtföljs av en process där mekanisk energi som tillförs en av delarna som ska svetsas omvandlas till värme ; i detta fall sker genereringen av värme direkt på platsen för den framtida anslutningen. Värme kan frigöras när en del roterar i förhållande till en annan eller en insats mellan delarna. Samtidigt pressas delarna av konstant eller ökande tryck över tiden . Svetsningen avslutas med ett drag och ett snabbt upphörande av rotationen. Följande processer äger rum i fogzonen under svetsning: när rotationsfrekvensen för arbetsstyckena som svetsas ökar i närvaro av trycktryck, överlappas kontaktytorna och de fett- och oxidfilmer som finns på dem i initialtillståndet förstörs ; gränsfriktion ger vika för torr friktion, separata mikroutsprång kommer i kontakt, de deformeras och juvenila områden med omättade bindningar av ytatomer bildas, mellan vilka metallbindningar omedelbart bildas , som omedelbart förstörs på grund av ytornas relativa rörelse [ 1] .
Den praktiska användningen av friktionssvetsning initierades av experimenten från innovatörsvarvaren A. I. Chudikov (1956), som utvecklades i verk av VNIIESO (USSR). Dessa arbeten fungerade som en drivkraft för starten av friktionssvetsforskning i USA, Japan, Storbritannien, Tyskland och andra länder. Under 1960-1990 studerades friktionssvetsning intensivt och introducerades i industrin både i Sovjetunionen och i andra länder i världen [2] .
En variant av friktionssvetsning är rotationssvetsning , en metod där friktion skapas genom att rotera en av delarna som ska svetsas.
The Welding Institute of Technology (TWI, Storbritannien) utvecklade 1991 och patenterade metoden för friction stir welding (FSW) i december samma år [3] . Inledningsvis tillämpades metoden (känd, dock ännu tidigare: den patenterades i USSR redan 1967) på plåtar och plåtar gjorda av aluminium och aluminiumlegeringar [4] [5] . För närvarande används denna metod för att svetsa stumsvetsar av valsade plåtar gjorda av aluminium, titan , magnesium och några andra legeringar (inklusive de som är svåra eller omöjliga att svetsa genom bågsvetsning ), ämnen av stål , polymerer och kompositer . Det är möjligt att svetsa nästan alla metaller och legeringar med en smältpunkt upp till 1800 °C, och det är också möjligt att sammanfoga delar från olika metaller [6] [7] .
I rollen som ett svetsverktyg i denna metod används en stång som består av en förtjockad del (stödskuldra eller skuldra) och en utskjutande del (spets). Dimensionerna på verktyget väljs med hänsyn till tjockleken och materialet på de delar som ska svetsas; i detta fall bör längden på spetsen ungefär motsvara tjockleken på den del som ska svetsas och stödskuldrans diameter kan vanligtvis variera från 1,2 till 25 mm [8] [9] . Vid svetsning doppas ett snabbt roterande verktyg långsamt in i fogen av de delar som ska svetsas till ett djup som är ungefär lika med tjockleken på de kanter som ska sammanfogas, varefter verktyget flyttas längs foglinjen. Samtidigt pressar stödaxeln kraftigt på ytan av kanterna, vars material värms upp på grund av intern friktion och genomgår plastisk deformation , och plastflödeszonen har en långsträckt form; samtidigt roterande spets ger blandning av materialet och dess extrudering i utrymmet som frigörs bakom verktyget [5] [10] . Volymen i vilken svetsen bildas begränsas uppifrån av stödkragen. När svetsprocessen är klar tas verktyget bort från fogen [8] .
Strukturen hos den resulterande svetsen visar sig vara asymmetrisk, så att i tvärsnittet av den svetsade fogen särskiljs sidan av attacken, för vilken rotationsriktningen för verktyget sammanfaller med svetsriktningen och det motsatta sida - sidan av reträtten [4] . När svetsverktyget rör sig längs sömmen avviker verktygets axel något från vinkelrät mot svetsplanet: stödkragen måste röra kanterna på de delar som ska svetsas med hela arbetsytan, annars om lutningsvinkeln är för stor, kan kontinuiteten hos svetsen vid dess rot brytas med bildandet av en tunneldefekt. Det rekommenderas att när du flyttar verktyget, bibehåll en liten (från 1,5 till 4,5 °) lutning i svetsriktningen [5] . De viktigaste parametrarna som kännetecknar processen med friktionsrörsvetsning är: svetshastighet, verktygsrotationsfrekvens, krafter som uppstår vid pressning och rörelse av verktyget, verktygsdimensioner och dess lutningsvinkel. I detta fall beror press- och rörelsekrafterna på materialet i de delar som ska svetsas, deras tjocklek och svetshastighet [8] [9] .
Eftersom, vid friktionsomröringssvetsning, sammanfogningen av material sker utan smältning (i den fasta fasen), har denna svetsmetod flera fördelar: tillsatsmaterial och skyddsgaser används inte ; det förekommer ingen stänk av smält metall och frigöring av skadliga gaser och rök; svetsen kännetecknas av hög hållfasthet med en fin kornstorlek och frånvaro av porositet; inget behov av preliminär rengöring av kanterna (eftersom oxidfilmen tas bort under friktion); restspänningar i svetsmaterialet är små. Energiförbrukningen vid friction stir-svetsning är 2–5 gånger mindre än vid bågsvetsning och motståndssvetsning [ 5] .
| Svetsning | |
|---|---|
| Terminologi | |
| Elektrisk ljusbåge | |
| trycksvetsning | |
| kontaktsvetsning | |
| Andra typer av svetsning | |
| Metallsvetsning | |
| Svetsning av icke-metaller | |
| Utrustning och utrustning | |
| Professionella organisationer | |
| Professionella utgåvor | |
| Yrkessjukdomar | |