Приварка шпилек трением

Сварка шпилек трением в твердой фазе, представляет собой метод сварки при котором шпилька или приспособление вращаются с высокой скоростью и прижимаются к подложке , выделяя тепло за счет трения . Металлические поверхности достигают температуры, при которой они пластически растекаются под давлением, удаляются поверхностные загрязнения и кованый сварной шов. образуется

Этот метод гораздо более дорогостоящий, чем дуговая сварка шпилек , и поэтому используется в особых случаях, когда дуговая сварка может вызвать проблемы, такие как:

сварка под водой
сварка подводных трубопроводов под напряжением для крепления анодов
сварка во взрывоопасных средах и зональных зонах
сварочные материалы, которые трудно соединить с помощью сварки плавлением.
сварка фрикционной пробкой

Переносное оборудование для приварки шпилек трением доступно для использования на строительных площадках, на море , под водой и в мастерских. Эти портативные установки намного легче и меньше, чем большие машины для статической сварки трением , которые используются, например, на заводах для сварки компонентов двигателя, таких как приводные валы .

Принцип работы

Портативный инструмент для приварки шпилек трением состоит из двигателя, который вращает шпильку с высокой скоростью, и поршня, обеспечивающего необходимое усилие. усилие на шпильку. Оборудование может иметь пневматический или гидравлический привод. Для фиксации инструмента также необходима система зажима. на заготовку и обеспечить реакцию на силу, действующую на шпильку. Используемые зажимы обычно представляют собой магнитные или вакуумные зажимы. для плоских поверхностей, цепные или когтевые зажимы для труб и различные механические зажимы для приварки к двутавровым балкам или другим формы.

Сварной шов выполняется путем вращения шпильки на высокой скорости и прижатия ее к подложке, вызывая трение, которое нагревает шпильку. поверхность наконечника и подложки. Металл на границе между шпилькой и подложкой пластически течет под давлением. удаление загрязнений с металлических поверхностей и твердофазного сварного формирование шва. Затем вращение шпильки прекращается. но усилие на шпильке сохраняется в течение нескольких секунд. Максимальные температуры, достигаемые при сварке, значительно ниже. чем температура плавления металлов.

Преимущества и недостатки

Некоторые заметные преимущества процесса:

Относительно низкая температура, при которой формируется сварной шов, означает, что процесс можно адаптировать для таких применений, как сварка на трубопроводах под напряжением и во взрывоопасных средах.
Отсутствие электрической дуги и жидкой фазы в металле позволяет избежать некоторых потенциальных проблем, возникающих при дуговой сварке, таких как загрязнение сварного шва водородом , азотом и кислородом .
Быстрое время цикла сварки (обычно от 5 до 10 секунд) и метод формирования сварного шва приводят к получению мелкозернистой структуры.

В состоянии «как сварено» остаточные напряжения являются сжимающими , что приводит к хорошему результату. усталость жизнь . Шпильки также можно приваривать через эпоксидную краску или резиновое покрытие.

Основными недостатками этого процесса являются:

Этот процесс можно использовать только для приваривания к заготовке относительно небольших компонентов (таких как шпильки или заглушки), которые можно вращать с высокой скоростью. Используемые системы ограничиваются шпильками диаметром обычно до 25 мм и заглушками для заполнения отверстий диаметром обычно до 25 мм (пробковая сварка).
Для системы требуется жесткий зажим, который удерживает сварочный инструмент на заготовке и выдерживает силу, приложенную к шпильке во время сварки. Хотя эти зажимы можно довольно быстро перемещать из одного места сварки в другое, они, как правило, больше и громоздче, чем в случае с системами дуговой сварки шпилек.

Приложения

Для перечисленных здесь типов применений особенно важно, чтобы процедуры сварки и эксплуатации перед использованием в производстве были полностью проверены и сертифицированы как на целостность сварных швов, так и на эксплуатационную безопасность. Операторы должны быть тщательно обучены, и должны быть установлены системы, обеспечивающие правильное применение процедур и устранение рисков. правильно оценено.

Сварка под водой

Когда этот процесс используется под водой, вокруг шпильки надевается кожух, который предотвращает слишком быстрое охлаждение сварного шва окружающей водой. Пневматические системы могут работать под водой на глубине примерно 20 м и относительно прост в использовании для дайверов. Системы с гидравлическим приводом также могут использоваться водолазами и привариваются на большую глубину. 300 м от дистанционно управляемого транспортного средства (ROV). Современные системы сварки шпилек трением рассчитаны на работу на глубине около 1000 метров.

Сварка подводных трубопроводов под напряжением для крепления анодов

Сварка шпилек трением использовалась для модернизации расходуемых анодов подводных трубопроводов, пока трубопровод находится «под напряжением». (то есть продолжает транспортировать углеводороды под давлением). В некоторых случаях аноды размещают на морском дне рядом с трубопроводом, а наконечник кабеля от анода присоединяют к шпильке, приваренной к трубопроводу. Другой вариант — трехсторонний сварной шов , при котором наконечник анодного кабеля выполнен из стали с коническим отверстием. Конусообразный конец шпилька приваривается через отверстие к трубопроводу, приваривается как к наконечнику, так и к трубе и обеспечивает полностью сварное соединение. между анодным кабелем и трубопроводом. Преимущество этого метода в том, что не происходит существенного увеличения электрического сопротивления соединения из-за коррозии в течение срока службы трубопровода . Многие подводные трубопроводы имеют бетонное утяжеляющее покрытие, небольшой участок которого можно удалить струей воды, чтобы можно было выполнить сварку.

Сварка во взрывоопасных средах и зональных зонах

Сварка шпилек трением использовалась для крепления решеток к морским нефтяным платформам в зонах, где дуговая сварка не разрешена из-за риска возникновения пожара или взрыва. Кожух, аналогичный тому, который используется для подводной сварки, действует как барьер между сварным швом и окружающей атмосферой. Водяной экран также может использоваться в качестве дополнительного барьера.

Приварка шпильки М16 выполняется с кожухом внутри вакуумного зажима. В этом примере центральная часть зажима во время сварки залита водой.

Сварочные материалы, которые трудно соединить сваркой плавлением.

Сварка шпилек трением — это процесс сварки в твердой фазе, при котором металлы не разжижаются. Это позволяет использовать комбинации металлов, например, приваривать алюминиевые шпильки к стали, что было бы проблематично при дуговой сварке из-за образования хрупких интерметаллических соединений .

Сварка фрикционной пробкой

При сварке фрикционной пробкой заглушка конической формы приваривается трением к коническому отверстию в подложке. Этот метод сварки можно использовать для устранения дефектов отливок . Его также использовали для заполнения отверстий, образующихся после сварки трением с перемешиванием , когда зонд перемешивания вынимается из сварного шва.

Конкретные недавние применения сварки шпилек трением включают:

Модернизация анодов в резервуаре для хранения нефти FPSO в зоне 1.
Модернизация оборудования зоны 1 на морских платформах.
Крепление анодов внутри трубопроводов сброса морской воды на газоперерабатывающем заводе .

Ссылки

Николас, ЭД (1983). «Сварка трением под водой», Подводная сварка : материалы конференции Международного института сварки, 27–28 июня 1983 г., Тронхейм, Норвегия. Пергамон Пресс, Оксфорд, Великобритания. ISBN 0-08-030537-7
Блейкмор, Греция (1994). «Подводное применение современного портативного оборудования для сварки шпилек трением», Международный семинар по подводной сварке морских конструкций , 7–9 декабря 1994 г., Новый Орлеан, Луизиана, США. Американское бюро судоходства, Нью-Йорк, США. ISBN 0-918062-77-2

Внешние ссылки

Proserv Сварка шпилек трением
Исследовательский центр ГКСС. Архивировано 10 ноября 2009 г. в Wayback Machine.