Сварка трением
 | Эту статью необходимо обновить . ( март 2023 г. ) |
Сварка трением (FWR) и соединения в твердом состоянии — это процесс сварки , при котором тепло генерируется за счет механического трения между заготовками, движущимися относительно друг друга. Этот процесс используется с добавлением боковой силы, называемой «расстройкой», для пластического смещения и сплавления материалов. [1] Сварка трением — это метод сварки в твердом состоянии, аналогичный кузнечной сварке . Вместо сварки плавлением сварка трением используется с металлами и термопластами в самых разных областях авиации и автомобилестроения.
Стандарт ISO для сварки трением — EN ISO 15620:2019. [2] Содержит информацию об основных терминах, определениях и таблицах свариваемости металлов и сплавов .
История
[ редактировать ]
Некоторые заявки и патенты, связанные со сваркой трением, относятся к началу 20-го века. [3] Роторная сварка трением является старейшим из методов. [4] В. Рихтер запатентовал метод сварки линейным трением (LFW) в 1924 г. [5] в Англии и 1929 г. [5] в Веймарской республике . Описание процесса было расплывчатым. [4] и Х. Клопшток запатентовали этот процесс в Советском Союзе в 1924 году. [5] Первое описание и эксперименты, связанные с ротационной сваркой трением, состоялись в Советском Союзе в 1956 году. [3] [5] когда машинист по имени А.Я. Чдиков провел научные исследования и предложил использовать метод сварки в качестве коммерческого процесса. [5] Этот процесс был представлен в Соединенных Штатах в 1960 году. [3] Американские компании Caterpillar Tractor Company (Caterpillar - CAT), Rockwell International и American Manufacturing Foundry разработали машины для этого процесса. Патенты также были выданы по всей Европе и Советскому Союзу. Первые исследования сварки трением в Англии были проведены Институтом сварки в 1961 году. [5]
В США компании Caterpillar Inc. и Manufacturing Technology Inc. (MTI) в 1962 году разработали инерционный процесс. [3] [5] В Европе компании KUKA AG и Thompson начали использовать ротационную сварку трением для промышленного применения в 1966 году. [6] разработал процесс прямого привода, и в 1974 году [6] построила двухшпиндельный станок RRS6 для осей тяжелых грузовиков . [6] Другой метод был изобретен в Советском Союзе Ю. Клименко в середине 1960-х годов и запатентовал в 1967 году. [7] экспериментально проверенная и развитая в коммерческую технологию в Институте сварки (TWI) в Соединенном Королевстве и снова запатентованная в 1991 году: процесс сварки трением с перемешиванием (FSW), [8] представляет собой процесс твердотельного соединения, в котором используется неплавящийся инструмент для соединения двух обращенных друг к другу заготовок без плавления материала заготовки.
Усовершенствованной модификацией стандартной технологии сварки трением является сварка трением с низкой силой , гибридная технология, разработанная EWI и MTI, которая «использует внешний источник энергии для повышения температуры поверхности раздела двух соединяемых деталей, тем самым уменьшая технологические усилия, необходимые для сварки трением». сделать сварку в твердом состоянии по сравнению с традиционной сваркой трением». [9] Этот процесс применим как к линейной, так и к ротационной сварке трением. [10]
Металлические техники
[ редактировать ]Сварка трением принимает множество форм, но наиболее популярными являются следующие методы. [11]
Роторная сварка трением
[ редактировать ]
Роторная сварка трением (РФС) — один из основных методов сварки трением. Один свариваемый элемент поворачивается относительно другого и прижимается. Нагрев материала происходит за счет работы трения и создает неразборный сварной шов. [12]
Линейная сварка трением
[ редактировать ]Линейная сварка трением (LFW) — это перемещение одного компонента линейным возвратно-поступательным движением по поверхности неподвижного компонента. [13] [14]
Сварка трением с перемешиванием
[ редактировать ]
Сварка трением с перемешиванием (FSW) — это процесс соединения в твердом состоянии, в котором используется неплавящийся инструмент для соединения двух обращенных друг к другу заготовок без плавления материала заготовки. Тепло генерируется за счет трения между вращающимся инструментом и материалом заготовки, что приводит к образованию размягченной области рядом с инструментом FSW. В то время как инструмент перемещается вдоль линии соединения, он механически смешивает два куска металла и кует горячий и размягченный металл под действием механического давления, оказываемого инструментом.
Трение наплавки
[ редактировать ]Наплавка трением — это процесс, основанный на сварке трением, при котором материал покрытия наносится на подложку. Стержень, состоящий из материала покрытия (называемый мехтродом), вращается под давлением, создавая пластифицированный слой в стержне на границе раздела с подложкой.
Термопластическая техника
[ редактировать ]Линейная вибрационная сварка
[ редактировать ]При линейной вибрационной сварке материалы контактируют и находятся под давлением. Затем применяется внешняя вибрационная сила, чтобы сдвинуть детали относительно друг друга перпендикулярно приложенному давлению.
Орбитальная сварка трением
[ редактировать ]Орбитальная сварка трением аналогична сварке спиннингом , но для создания орбитального движения используется более сложная машина, при которой движущаяся часть вращается по небольшому кругу, намного меньшему, чем размер соединения в целом.
Список методов, связанных со сваркой трением
[ редактировать ]- Кузнечная сварка
- Сварка трением с перемешиванием (FSW) [8]
- Точечная сварка трением с перемешиванием (FSSW) [15]
- Линейная сварка трением (LFW) [16] [17]
- Сварка трением кольцевых швов трубопроводов (FRIEX) [18]
- Обработка перекрытия гидростолбов трением (FHPPOW) [19]
- Фрикционная гидростолбовая обработка (FHHP) [20]
- Линейная вибрационная сварка
- Спиновая сварка полимеров
- Сварка трением с низким усилием [9]
Другая информация
[ редактировать ]Испытания сварных швов при сварке трением и описание зон
[ редактировать ]Требования к качеству сварных соединений зависят от формы применения, например, в космической или летной отрасли погрешности сварки не допускаются. [21] Проверка качества сварных швов осуществляется с помощью измерений и численных методов.
Например, сверхмелкозернистая . структура сплава или металла, полученная с помощью таких методов, как сильная пластическая деформация [22] желательно и не изменяется под воздействием высокой температуры, большая зона термического влияния не требуется. [23] [17]
Помимо изменения зеренной структуры в ходе циклов соединения металлов, методами, при которых возникает зона высокотемпературного воздействия, происходят структурные фазовые превращения. Например, в стали между аустенитом , ферритом , перлитом , бейнитом , [24] цементит и мартенсит (см.: Фазовая диаграмма железо-углерод ). [ нужна ссылка ] Чтобы избежать изменений, может быть желательна сварка в твердом состоянии, и нет необходимости в большой зоне термического влияния, если свойства материала ослабляются.
Зоны термического и механического воздействия в сварном шве трением
[ редактировать ]
Отдельные термомеханические зоны можно описать, приведя пример статьи:
Энтони Р. МакЭндрю, Пол А. Колегров, Клемент Бюр, Бертран К.Д., Флипо Ахиллеас Вайрис, « Обзор литературы по линейной сварке трением Ti-6Al-4V », 2018. [16]
Технически, ЗКЗ и ТМАЗ являются «зонами термомеханического воздействия»; из-за различной микроструктуры их часто рассматривают отдельно. WCZ испытывает значительную динамическую рекристаллизацию (DRX), а TMAZ - нет. Материал в ЗТВ не деформируется механически, а подвергается воздействию тепла. Область от одной границы TMAZ/HAZ до другой часто называют «толщиной TMAZ» или зоной пластического воздействия (PAZ). [25]
Зоны:
- WCZ – центральная зона сварного шва.
- ЗТВ – зона термического влияния
- ТМАЗ – Зона термомеханического воздействия
- BM – базовый материал, исходный материал
- Вспышка
Подобные термины используются в сварке .
Сопротивление захвату
[ редактировать ]Сварка трением может непреднамеренно возникнуть на скользящих поверхностях, таких как подшипники. Это происходит, в частности, если пленка смазочного масла между поверхностями скольжения становится тоньше шероховатости поверхности, что может быть связано с низкой скоростью, низкой температурой, масляным голоданием, чрезмерным зазором, низкой вязкостью масла, высокой шероховатостью поверхностей или их комбинация. [26]
Сопротивление схватыванию – это способность материала сопротивляться сварке трением. Это фундаментальное свойство несущих поверхностей и вообще поверхностей скольжения под нагрузкой.
Курьезы
[ редактировать ]- Сварка трением ( сварка микротрением с перемешиванием ) также выполнялась на станке с ЧПУ . [27] что не означает, что он безопасен и рекомендован для фрезерного станка.
- Также было доказано, что сварка трением работает с древесиной. [28] [29] [30]
Термины и определения, сокращения имен
[ редактировать ]Из ISO ( Международной организации по стандартизации ) – ISO 15620:2019(ru) Сварка. Сварка трением металлических материалов :
осевая сила – сила в осевом направлении между свариваемыми деталями,
длина выгорания – потеря длины во время фазы трения,
скорость пригорания – скорость укорочения деталей в процессе сварки трением,
деталь - отдельная деталь перед сваркой,
Торможение, вызванное компонентом - снижение скорости вращения в результате трения между интерфейсами,
внешнее торможение – торможение, расположенное снаружи, снижающее скорость вращения,
Облицовочная поверхность - поверхность одного компонента, которая должна контактировать с поверхностью другого компонента для образования соединения,
сила ковки - сила, приложенная перпендикулярно прилегающим поверхностям в момент, когда относительное движение между компонентами прекращается или прекратилось,
длина выжигания ковки - величина, на которую уменьшается общая длина деталей при приложении силы ковки,
фаза ковки - интервал времени в цикле сварки трением между началом и концом приложения усилия ковки,
давление ковки - давление (сила на единицу площади) на прилегающие поверхности, возникающее вследствие осевой силы ковки,
время ковки - время, в течение которого к компонентам прикладывается сила ковки,
сила трения - сила, приложенная перпендикулярно к прилегающим поверхностям во время относительного движения между компонентами,
фаза трения - интервал времени в цикле сварки трением, в течение которого тепло, необходимое для выполнения сварного шва, генерируется за счет относительного движения и сил трения между компонентами, т.е. от контакта компонентов до начала торможения,
давление трения - давление (сила на единицу площади) на прилегающие поверхности, возникающее вследствие осевой силы трения,
время трения - время, в течение которого происходит относительное движение между компонентами со скоростью вращения и под действием сил трения,
интерфейс - площадь контакта, возникающая между примыкающими поверхностями после завершения сварочной операции,
скорость вращения - количество оборотов вращающегося компонента в минуту.
вылет - расстояние, на которое компонент выступает из приспособления или патрона в направлении сопряженного компонента,
фаза замедления - интервал в цикле сварки трением, в течение которого относительное движение деталей замедляется до нуля,
время замедления - время, необходимое движущемуся компоненту для замедления от скорости трения до нулевой скорости,
общая потеря длины (расстройка) - потеря длины, возникающая в результате сварки трением, т.е. сумма длины пригара и длины пригара поковки,
общее время сварки — время, прошедшее между контактом детали и окончанием фазы ковки,
сварочный цикл - последовательность операций, выполняемых машиной для изготовления сварного изделия и возврата в исходное положение, исключая операции по перемещению деталей,
Сварное изделие – две или более детали, соединенные сваркой. [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Сварка трением — обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 10 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б «ЕН ИСО 15620:2019» . www.iso.org . Проверено 28 декабря 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д Вэнь Линь, К.К. Ван (1974). «Исследование сварки трением маховика» (PDF) . Приложение к журналу «Сварка» .
- ^ Jump up to: а б Дж. ЛОПЕРА, К. МУЗИК, Ф. ФУКС, Н. ЭНЗИНГЕР (октябрь 2012 г.). «Линейная сварка трением высокопрочных цепей: моделирование и проверка» . Математическое моделирование сварочных явлений . 10 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г Мехмет УЗКУТ, Бекир Садык УНЛЮ, Селим Сарпер ЙИЛМАЗ, Мустафа АКДАГ. «Сварка трением и ее применение в современном мире» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с «Машины ротационной сварки трением» . КУКА АГ . Проверено 27 декабря 2020 г.
- ^ «SU195846A1 - Способ сварки металла трением» . Гугл Патенты . 20 апреля 2006 года . Проверено 22 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Томас, В.М., Николас, Э.Д., Нидэм, Дж.К., Марч, М.Г., Темплсмит, П., Дауэс, К.Дж., 1991. Усовершенствования сварки трением. Заявка на патент Великобритании № 91259788.
- ^ Jump up to: а б Джонс, Саймон. «Сварка трением с низким усилием — что это такое?» . blog.mtiwelding.com . Проверено 28 декабря 2020 г.
- ^ Журавский, Павел (7 января 2022 г.). «Анализ процесса сварки трением с низким усилием в промышленных условиях» (PDF) . Международный журнал инженерии и инновационных технологий . 11 (7): 1–9. дои : 10.51456/IJEIT.2022.v11i07.001 . S2CID 247075337 .
- ^ «Сварка трением 101: Среда на доске» . blog.mtiwelding.com . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ «Сварка ротационным трением – профессиональные знания» . www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ «Что такое сварка трением с перемешиванием (FSW)? - Процесс и применение» . www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ «Что такое сварка линейным трением?» . www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ Лаки, П.; Кухарчик З.; Слива, Р.Э.; Галачинский, Т. (01.06.2013). «Влияние формы инструмента на температурное поле при точечной сварке трением с перемешиванием» . Архив металлургии и материалов . 58 (2): 595–599. дои : 10.2478/amm-2013-0043 . ISSN 1733-3490 .
- ^ Jump up to: а б с МакЭндрю, Энтони Р.; Коулгроув, Пол А.; Бюр, Клемент; Флипо, Бертран CD; Вайрис, Ахиллеас (03 октября 2018 г.). «Обзор литературы по сварке линейным трением Ti-6Al-4V» . Прогресс в материаловедении . 92 : 225–257. дои : 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003 . ISSN 0079-6425 .
- ^ Jump up to: а б Орловская, Марта; Олейник, Лех; Кампанелла, Давиде; Буффа, Джанлука; Моравиньский, Лукаш; Фратини, Ливан; Левандовска, Малгожата (2020). «Применение сварки линейным трением для соединения ультрамелкозернистого алюминия» . Журнал производственных процессов . 56 . Эльзевир Б.В.: 540–549. дои : 10.1016/j.jmapro.2020.05.012 . hdl : 10447/421431 . ISSN 1526-6125 .
- ^ Писсанти, Даниэла Раммингер; Шайд, Адриано; Кэнан, Луис Фернандо; Дальпиаз, Джовани; Кветневски, Карлос Эдуардо Фортис (январь 2019 г.). «Кольцевая сварка трением трубопроводов дуплексной нержавеющей стали UNS S32205» . Материалы и дизайн . 162 : 198–209. дои : 10.1016/j.matdes.2018.11.046 . ISSN 0264-1275 .
- ^ Буццатти, Диого Тренто; Хлудзинки, Мариана; Сантос, Рафаэль Эухенио душ; Буццатти, Йонас Тренто; Лемос, Гильерме Виейра Брага; Маттеи, Фабиано; Мариньо, Рикардо Реппольд; Паес, Марсело Торрес Пиза; Регули, Афонсу (2019). «Вязкостные свойства фрикционной гидростолбы, обработанной стальной цепью морской швартовки» . Журнал исследований материалов и технологий . 8 (3): 2625–2637. дои : 10.1016/j.jmrt.2019.04.002 . ISSN 2238-7854 .
- ^ Буццатти, Диого Тренто; Буццатти, Йонас Тренто; Сантос, Рафаэль Эухенио душ; Маттеи, Фабиано; Хлудзинский, Мариан; Строхаекер, Тельмо Роберто (2015). «Фрикционная гидростолбовая обработка: характеристики и применение» . Сварка и контроль . 20 (3): 287–299. дои : 10.1590/0104-9224/si2003.04 . hdl : 10183/132809 . ISSN 0104-9224 .
- ^ Пиларчик, Дж.; Питер, А. (2013). Руководство инженера 1 – сварка (на польском языке). Варшава: Издательство WNT.
- ^ Розоховский, Анджей (2013). Технология сильной пластической деформации . Издательство Уиттлс. ISBN 9781849951197 . OCLC 968912427 .
- ^ Т. Хмелевский, В. Пахла, М. Кульчик, Й. Скиба, В. Преш, Б. Сковроньска (2019). «Сварка трением нержавеющей стали UFG 316L» (PDF) . Арх. Металл. Мэтр . 64 : 1051–1058. дои : 10.24425/амм.2019.129494 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Пажич, С.; Кравчик, Дж. (01 января 2012 г.). «Влияние термической обработки на микроструктуру и трибологические свойства контактных стыковых сварных швов из литой бейнитной стали» . Архив металлургии и материалов . 57 (1). дои : 10.2478/v10172-012-0020-9 . ISSN 1733-3490 .
- ^ Клемент Бюр, Пол А. Коулгроув, Бертран С.Д.Флипо, Ахиллеас Вайрис, Энтони Р.МакЭндрю (01.03.2018). «Обзор литературы по сварке линейным трением Ti-6Al-4V» . Прогресс в материаловедении . 92 : 225–257. дои : 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003 . ISSN 0079-6425 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Требования к материалам подшипников двигателя , SubsTech
- ^ Ван, Кайфэн; Хан, Харис Али; Ли, Чжии; Лю, Синуо; Ли, Цзинцзин (октябрь 2018 г.). «Сварка микротрением с перемешиванием листов многослойных алюминиевых сплавов» . Журнал технологии обработки материалов . 260 : 137–145. дои : 10.1016/j.jmatprotec.2018.05.029 . ISSN 0924-0136 . S2CID 140028992 .
- ^ Сварка дерева: как это возможно? Ссылка на YouTube , заархивировано из оригинала 12 декабря 2021 г. , получено 6 апреля 2021 г.
- ^ «TWI разрабатывает процесс сварки древесины» . www.twi-global.com . Проверено 06 апреля 2021 г.
- ^ Ли, Суся; Чжан, Хайян; Шу, Бицин; Ченг, Лянсонг; Цзюй, Цзэхуэй; Лу, Сяонин (2021). «Исследование характеристик сцепления бамбукового дюбеля Moso, приваренного к стыку подложки тополя посредством высокоскоростного вращения» . Журнал возобновляемых материалов . 9 (7): 1225–1237. дои : 10.32604/jrm.2021.014364 . ISSN 2164-6341 .
