Obstaja veliko različnih metod varjenja. Med njimi je tako eksotičen postopek, kot je varjenje s trenjem. Njegova posebnost je odsotnost potrošnega materiala, kot so elektrode, varilna žica, zaščitni plini. Na novo razvita metoda postaja vse bolj razširjena.
Zgodovina videza
Zgodovina varjenja s trenjem z mešanjem (FSW) se je začela leta 1991. To je bil inovativen razvoj Britanskega inštituta za varjenje (TWI). Nekaj let pozneje je bila tehnologija uporabljena pri gradnji letal in ladij.
Prvi podjetji, ki so uvedli novo tehnologijo v proizvodnjo, sta bili norveški Marine Aluminium in ameriški Boeing. V svojih podjetjih so uporabljali varilno opremo koncerna ESAB, ki je specializiran za razvoj na področju rotacijskega varjenja s trenjem (PCT).
Od leta 2003 podjetje nenehno raziskuje možnosti varjenja s trenjem. Na primer, obstajale sorazvite metode za varjenje aluminijevih zlitin in njihovih modifikacij, ki se uporabljajo pri gradnji letal, ladij in železniških kontejnerjev.
V letalski industriji se je izkazalo, da je mogoče zamenjati zakovičene spoje z varjenimi. Poleg tega hitrost varjenja po metodi FSW bistveno presega hitrost električnega loka. 6 m dolg zvar je mogoče oblikovati v eni minuti, medtem ko je običajna hitrost varjenja le 0,8-2 m/min za debelino dela 0,5 cm.
Bistvo procesa
Spajanje kovin nastane zaradi segrevanja v varilnem območju po metodi trenja. Glavno varilno orodje pri varjenju s trenjem je kovinska palica, sestavljena iz dveh polovic: ovratnika in ramena.
Vrtljiva palica je s svojim štrlečim delom potopljena v material, kar povzroči močno segrevanje. Njegova dobava je omejena z ramo, ki ne dopušča, da bi obdelovanec varil skozi. V območju ogrevanja material bistveno poveča svojo plastičnost in, pritisnjen z ramo, tvori enotno maso.
Naslednji korak je premikanje palice vzdolž varjenega območja. Ko se pomika naprej, rama meša segreto kovinsko maso, ki po ohlajanju tvori močno povezavo.
Kaj vpliva na kakovost STP
Varjenje s trenjem je proces, ki se nenehno razvija. Toda že zdaj obstaja več parametrov, ki vplivajo na kakovost povezave:
- Sila, ki jo ustvari orodje.
- Podajna stopnjavarilna glava.
- Vrednost rame.
- Obodna hitrost vrtenja palice.
- Kot nagiba.
- Napajalna sila palice.
Manipulacija značilnosti varjenja vam omogoča, da dosežete povezavo različnih kovin. Na primer, aluminij in litij. Litij zaradi svoje nizke gostote in visoke trdnosti lahko deluje kot legirna komponenta delov iz aluminijeve zlitine, kar omogoča uporabo te tehnologije v vesoljski industriji.
Varjenje s trenjem z mešanjem lahko zlahka nadomesti kovanje, žigosanje, litje, kadar se uporabljajo za izdelavo delov iz težko ujemljivih kovin. Na primer jekla z avstenitno in perlitno strukturo, jekla iz aluminija ali brona.
Na katerih področjih se uporablja
Industrije, kot je avtomobilska industrija, nenehno delajo na tem, kako povečati trdnostne lastnosti izdelka, hkrati pa zmanjšati njegovo težo. V zvezi s tem se nenehno uvajajo novi materiali, ki so bili prej neznačilni zaradi zahtevnosti obdelave. Vse pogosteje so strukturni elementi, kot so podokvirji in včasih celotna karoserija, izdelani iz aluminija ali kombinacije aluminija.
Tako je Honda v letu 2012 uporabila aditivno proizvodnjo in varjenje s trenjem za izdelavo podokvirjev za svoja vozila. Predstavili so kombinacijo jekla in aluminija.
Pri izdelavi zvarov karoserije iz aluminija lahko pride do pregorevanja pločevine. Ta pomanjkljivost je prikrajšana za STP. Poleg tegaporaba električne energije se zmanjša za 1,5-2 krat, zmanjšajo se stroški potrošnega materiala, kot so varilna žica, zaščitni plini.
Poleg proizvodnje avtomobilov se STP uporablja na naslednjih področjih:
- Gradbena industrija: aluminijaste nosilne rešetke, razponi mostov.
- Železniški transport: okvirji, podstavni vozički, vagoni.
- Ladjedelništvo: pregrade, strukturni elementi.
- Letalo: rezervoarji za gorivo, deli trupa.
- Živilska industrija: različne posode za tekoče izdelke (mleko, pivo).
- Električna proizvodnja: ohišja motorjev, parabolične antene.
Poleg aluminijevih zlitin se varjenje s trenjem uporablja za pridobivanje bakrovih spojin, na primer pri proizvodnji bakrenih posod za odlaganje izrabljenega radioaktivnega goriva.
Ugodnosti STP
Preučevanje FSW je omogočilo izbiro načinov varjenja pri spajanju različnih skupin zlitin. Kljub temu, da je bil sprva FSW razvit za delo s kovinami z nizkim tališčem, kot je aluminij (660 ° C), se je kasneje začel uporabljati za spajanje niklja (1455 ° C), titana (1670 ° C), železa (1538 °C).
Raziskave kažejo, da tako pridobljen zvar po svoji strukturi popolnoma ustreza kovini delov, ki jih je treba variti, in ima višje kazalnike trdnosti, nižje stroške dela in nizko preostalo deformacijo.
Pravilnoizbrani način varjenja zagotavlja skladnost zvarnega materiala in kovine, ki se vari v skladu z naslednjimi kazalniki:
- moč utrujenosti:
- upogibna in natezna trdnost;
- žilavost.
Prednosti pred drugimi vrstami varjenja
STP ima številne prednosti. Med njimi:
- Nestrupeno. Za razliko od drugih sort ni izgorevanja električnega loka, zaradi katerega staljena kovina izhlapi v območju varjenja.
- Povečana hitrost tvorbe šiva, kar ima za posledico hitrejši čas cikla.
- Zmanjšanje stroškov energije za polovico.
- Nadaljnja obdelava zvara ni potrebna. Orodje za trenje tvori popoln zvar brez odstranjevanja.
- Ni potrebe po dodatnem potrošnem materialu (varilna žica, industrijski plini, fluksi).
- Možnost pridobivanja kovinskih spojev, ki niso na voljo za druge vrste varjenja.
- Ni potrebna posebna priprava varilnih robov, razen za čiščenje in razmaščevanje.
- Pridobitev homogene strukture zvara brez por, kar ima za posledico lažji nadzor kakovosti, ki je urejen za varjenje s trenjem z mešanjem GOST R ISO 857-1-2009.
Kako se preverja kakovost zvara
Kakovost varjenja se preverja z dvema vrstama kontrole. Prvi vključuje uničenje prototipa, ki je posledicapovezava dveh delov. Drugi omogoča preverjanje brez uničenja. Uporabljajo se metode, kot so optični nadzor, avdiometrični pregled. Pomaga določiti prisotnost por in nehomogenih vključkov, ki poslabšajo značilnosti šiva. Rezultati nadzora zvoka so diagram, ki jasno prikazuje mesta, kjer akustični odmev odstopa od norme.
Slabosti metode
S številnimi prednostmi ima metoda varjenja s trenjem spremljajoče pomanjkljivosti:
- Pomanjkanje mobilnosti. STP vključuje povezavo fiksnih delov, togo pritrjenih v prostoru. To nalaga določene lastnosti opremi za varjenje s trenjem, kot je nepremičnost.
- Nizka vsestranskost. Prostorna oprema je konfigurirana za izvajanje enakih operacij. V zvezi s tem so naprave za varjenje zasnovane za posebne naloge. Na primer za varjenje bočnic avtomobila na tekočem traku in za nič drugega.
- Varjeni šiv ima radialno strukturo. V zvezi s tem se lahko pri določenih vrstah deformacij ali pri delu z delom v agresivnem okolju nabere utrujenost zvara.
Sorte STP po principu delovanja
Varjenje, ki temelji na trenju, lahko razdelimo na več vrst:
- Linearno trenje. Bistvo metode je pridobiti trajno povezavo ne zaradi delovanja vrtljive konice, temveč zaradi premikanja delov drug glede na drugega. Delujejo na površini na mestu stika, ustvarjajotrenja in posledično visokih temperatur. Pod pritiskom se sosednji deli stopijo in nastane zvarjen spoj.
- Radialno varjenje. Ta metoda se uporablja za proizvodnjo kontejnerjev velikega premera, železniških cistern. Gre za dejstvo, da se spoji delov ogrevajo z vrtljivim obročem, oblečenim na zunanji strani. S trenjem povzroči temperaturo blizu tališča. Primer podjetja, ki uporablja to tehnologijo, je Sespel, proizvajalec avtomobilov cistern iz Čeboksarja. Varjenje s trenjem prevzame večino varilnega dela.
- Varjenje čepov. Ta sorta nadomešča kovicno povezavo. Ta vrsta se uporablja za prekrivne povezave. Vrtljivi zatič na mestu stika segreva dele, ki jih je treba variti. Zaradi visoke temperature pride do taljenja in zatič prodre v notranjost. Ko se ohladi, ustvari močno trajno povezavo.
Različice STP po težavnostni stopnji
Varjenje, ki se izvaja s trenjem, lahko razdelimo na planarno in volumetrično. Glavna razlika med tema sortama je v tem, da se v prvem primeru zvar oblikuje v dvodimenzionalnem prostoru, v drugem pa v tridimenzionalnem prostoru.
Tako je za planarne spoje proizvajalec varilne opreme ESAB razvil 2D LEGIO stroj. Je prilagodljiv sistem za varjenje s trenjem za različne neželezne kovine. Skupine različnih velikostioprema vam omogoča varjenje delov majhnih in velikih velikosti. Glede na oznako ima oprema LEGIO več postavitev, ki se razlikujejo po številu varilnih glav, zmožnosti varjenja v več aksialnih smereh.
Obstajajo 3D roboti za varilna dela s kompleksnimi položaji v prostoru. Takšne naprave so nameščene na avtomobilskih transporterjih, kjer so potrebni zvari zapletene konfiguracije. Eden od primerov takšnih robotov je ESAB-ov Rosio.
Sklep
STP se ugodno primerja s tradicionalnimi vrstami varjenja. Njegova široka uporaba ne obljublja le gospodarskih koristi, ampak tudi ohranjanje zdravja ljudi, zaposlenih v proizvodnji.
