Der er en bred vifte af svejsemetoder. Blandt dem er sådan en eksotisk proces som friktionsrørsvejsning. Dets kendetegn er fraværet af forbrugsstoffer såsom elektroder, svejsetråd, beskyttelsesgasser. En nyudviklet metode vinder bred accept.
Udseendehistorie
Historien om friction stir welding (FSW) begyndte i 1991. Det var en innovativ udvikling af British Welding Institute (TWI). Et par år senere blev teknologien brugt til konstruktion af fly og skibe.
De første virksomheder, der satte den nye teknologi i produktion, var den norske Marine Aluminium og den amerikanske Boeing. De brugte svejseudstyr fra ESAB-koncernen, som er specialiseret i udvikling inden for rotationsfriktionssvejsning (PCT), i deres virksomheder.
Siden 2003 har virksomheden løbende undersøgt mulighederne for friktions-omrøringssvejsning. Der var f.eksDer er udviklet metoder til svejsning af aluminiumslegeringer og deres modifikationer, som bruges til konstruktion af fly, skibe og jernbanecontainere.
I flyindustrien blev det fundet muligt at erstatte nittesamlinger med svejsede. Desuden overstiger svejsehastigheden ved FSW-metoden væsentligt hastigheden af den elektriske lysbue. En 6m lang svejsning kan dannes på et minut, mens konventionel svejsehastighed kun er 0,8-2m/min for en deltykkelse på 0,5cm.
essensen af processen
Metalsammenføjning opstår på grund af opvarmning i svejsezonen ved friktionsmetoden. Det vigtigste svejseværktøj til friction stir-svejsning er en metalstang, der består af to halvdele: en krave og en skulder.
Med sin udragende del er den roterende stang nedsænket i materialet, hvilket forårsager kraftig opvarmning. Dens forsyning er begrænset af skulderen, hvilket ikke tillader arbejdsemnet, der skal svejses, at passere igennem. I varmezonen øger materialet dets plasticitet betydeligt og, presset ned af skulderen, danner det en enkelt masse.
Det næste trin er stangens bevægelse langs den svejsede zone. Fremad blander skulderen den opvarmede metalmasse, som efter afkøling danner en stærk forbindelse.
Hvad påvirker kvaliteten af STP
Friction stir-svejsning er en proces i konstant udvikling. Men allerede nu er der flere parametre, der påvirker kvaliteten af forbindelsen:
- Kraft genereret af værktøjet.
- Feed ratesvejsehoved.
- Værdien af skulderen.
- Stangens omkredshastighed.
- Vippevinkel.
- Stangens fødekraft.
Manipulation af svejsningens egenskaber giver dig mulighed for at opnå forbindelsen af forskellige metaller. For eksempel aluminium og lithium. Lithium kan på grund af dets lave densitet og høje styrke fungere som en legeringskomponent i aluminiumslegeringsdele, hvilket gør det muligt at bruge denne teknologi i rumfartsindustrien.
Friction stir-svejsning kan nemt erstatte smedning, stempling, støbning, når de bruges til at fremstille dele af metaller, der er svære at matche. For eksempel stål med austenit- og perlitstruktur, stål lavet af aluminium eller bronze.
I hvilke områder bruges
Brancher såsom bilindustrien arbejder konstant på, hvordan man kan øge produktets styrkeegenskaber og samtidig reducere dets vægt. I denne henseende er der en kontinuerlig introduktion af nye materialer, der tidligere var ukarakteristiske på grund af kompleksiteten af behandlingen. I stigende grad fremstilles strukturelle elementer såsom underrammer og nogle gange hele karosserier af aluminium eller en kombination af aluminium.
I 2012 anvendte Honda således additiv fremstilling og friktionsomrøringssvejsning til at producere underrammer til sine køretøjer. De introducerede en kombination af stål og aluminium.
Gennembrænding af metalplader kan forekomme under fremstilling af kropssvejsninger fra aluminium. Denne mangel er frataget STP. udover detelforbruget reduceres med 1,5-2 gange, omkostningerne til forbrugsstoffer som svejsetråd, beskyttelsesgasser reduceres.
Udover bilproduktion bruges STP i følgende områder:
- Byggeindustrien: støttespær af aluminium, brospænd.
- Jernbanetransport: stel, bogier på hjul, vogne.
- Skibsbygning: skotter, strukturelle elementer.
- Fly: brændstoftanke, dele til skrog.
- Fødevareindustrien: forskellige beholdere til flydende produkter (mælk, øl).
- Elektrisk produktion: motorhuse, parabolantenner.
Udover aluminiumslegeringer bruges friktions-omrøringssvejsning til at opnå kobberforbindelser, f.eks. ved fremstilling af kobberbeholdere til bortskaffelse af brugt radioaktivt brændsel.
STP-fordele
Undersøgelse af FSW gjorde det muligt at vælge svejsetilstande, når man forbinder forskellige grupper af legeringer. På trods af det faktum, at FSW oprindeligt blev udviklet til at arbejde med metaller med et lavt smeltepunkt, såsom aluminium (660 ° C), begyndte det senere at blive brugt til at sammenføje nikkel (1455 ° C), titanium (1670 ° C), jern (1538 °C).
Forskning viser, at svejsningen opnået på denne måde fuldt ud svarer i sin struktur til metallet i de dele, der skal svejses og har højere styrkeindikatorer, lavere arbejdsomkostninger og lav restdeformation.
Korrektden valgte svejsetilstand garanterer overensstemmelsen af svejsematerialet og det metal, der svejses i henhold til følgende indikatorer:
- træthedsstyrke:
- bøjnings- og trækstyrke;
- sejhed.
Fordele i forhold til andre typer svejsning
STP har mange fordele. Blandt dem:
- Ikke-giftig. I modsætning til andre varianter er der ingen elektrisk lysbuebrænding, på grund af hvilken det smeltede metal fordamper i svejsezonen.
- Øget sømdannelseshastighed, hvilket resulterer i hurtigere cyklustider.
- Reducerer energiomkostningerne til det halve.
- Ingen behov for yderligere bearbejdning af svejsningen. Friction Stir Tool danner en perfekt svejsning uden behov for stripning.
- Ingen behov for yderligere forbrugsstoffer (svejsetråd, industrigasser, flusmidler).
- Evnen til at opnå metalsamlinger, der ikke er tilgængelige til andre typer svejsning.
- Ingen speciel klargøring af svejsekanter er nødvendig, bortset fra rengøring og affedtning.
- Opnåelse af en homogen svejsestruktur uden porer, hvilket resulterer i lettere kvalitetskontrol, som er reguleret til friktionsrørsvejsning GOST R ISO 857-1-2009.
Sådan kontrolleres kvaliteten af en svejsning
Svejsekvaliteten kontrolleres af to typer kontrol. Den første involverer ødelæggelsen af prototypen som følge afforbindelse af to dele. Den anden tillader verifikation uden ødelæggelse. Der anvendes metoder som optisk kontrol, audiometrisk undersøgelse. Det hjælper med at bestemme tilstedeværelsen af porer og inhomogene indeslutninger, der forringer sømmens egenskaber. Resultaterne af lydstyringen er et diagram, der tydeligt viser de steder, hvor det akustiske ekko afviger fra normen.
Ulemper ved metoden
Med adskillige fordele har friktionssvejsemetoden ledsagende ulemper:
- Mangel på mobilitet. STP involverer sammenkobling af faste dele, stift fast i rummet. Dette pålægger visse egenskaber på svejseudstyr med friktionsrør, såsom ubevægelighed.
- Lav alsidighed. Stort udstyr er konfigureret til at udføre den samme type operationer. I denne henseende er enheder til svejsning designet til specifikke opgaver. For eksempel til svejsning af bilsidevægge på en transportør, og for intet andet.
- Svejsesømmen har en radial struktur. I denne henseende kan svejsetræthed ophobes ved visse typer deformation, eller når delen betjenes i et aggressivt miljø.
varianter af STP i henhold til handlingsprincippet
Svejseprocesser baseret på friktion kan opdeles i flere typer:
- Lineær friktion. Essensen af metoden er at opnå en permanent forbindelse, ikke som følge af virkningen af en roterende spids, men på grund af bevægelsen af dele i forhold til hinanden. Når de handler på overfladen ved kontaktpunktet, skaber defriktion og dermed høje temperaturer. Under tryk smeltes de tilstødende dele, og der dannes en svejset samling.
- Radial svejsning. Denne metode bruges til fremstilling af containere med stor diameter, jernbanetanke. Det bunder i, at delenes samlinger opvarmes af en roterende ring klædt på ydersiden. Ved friktion forårsager det en temperatur tæt på smeltepunktet. Et eksempel på en virksomhed, der bruger denne teknologi, er Sespel, en Cheboksary-tankbilproducent. Friktionsrørsvejsning optager hovedparten af svejsearbejdet.
- Studsvejsning. Denne variant erstatter nitteforbindelsen. Denne type bruges til overlapningsforbindelser. Den roterende stift ved kontaktpunktet opvarmer de dele, der skal svejses. Fra den høje temperatur opstår smeltning, og stiften trænger ind. Ved at køle ned skaber det en stærk permanent forbindelse.
varianter af STP efter sværhedsgrad
Svejseoperationer udført ved hjælp af friktion kan opdeles i plan og volumetrisk. Den største forskel mellem disse varianter er, at i det første tilfælde dannes svejsningen i todimensionelt rum, og i det andet - i tredimensionelt rum.
Til plane samlinger har svejseudstyrsproducenten ESAB således udviklet 2D LEGIO-maskinen. Det er et tilpasseligt friktionsrørsvejsesystem til forskellige ikke-jernholdige metaller. Forskellige størrelsesgrupperudstyr giver dig mulighed for at svejse dele af små og store størrelser. Ifølge mærkningen har LEGIO udstyr flere layouts, som adskiller sig i antallet af svejsehoveder, evnen til at svejse i flere aksiale retninger.
Der er 3D-robotter til svejseopgaver med komplekse positioner i rummet. Sådanne enheder er installeret på biltransportører, hvor svejsninger af en kompleks konfiguration er påkrævet. Et eksempel på sådanne robotter er ESAB's Rosio.
Konklusion
STP kan sammenlignes med traditionelle typer svejsning. Dens udbredte brug lover ikke kun økonomiske fordele, men også bevarelsen af sundheden for folk, der er beskæftiget i produktionen.
