stringtranslate.com

Сварка трением

Сварка трением (FWR) — это процесс сварки и соединения в твердом состоянии , 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.

Нормой ISO для сварки трением является EN ISO 15620:2019, [2] который также содержит информацию об основных терминах и определениях, а также таблицы свариваемости металлов и сплавов .

История

Историческое фото двухшпиндельной машины ротационной сварки трением.

Некоторые заявки и патенты, связанные со сваркой трением, датируются началом 20-го века [3] , а ротационная сварка трением является старейшим из этих методов. [4] В. Рихтер запатентовал метод сварки линейным трением (LFW) в 1924 году [5] в Англии и в 1929 году [5] в Веймарской республике , однако описание процесса было расплывчатым [4] и Х. Клопшток. запатентовал тот же процесс в Советском Союзе в 1924 году. [5] Первое описание и эксперименты, связанные с ротационной сваркой трением, были проведены в Советском Союзе в 1956 году, [3] [5] , когда машинист по имени А.Я. Чдиков исследовал множество научных исследований. исследования и предложил использовать этот метод сварки в качестве промышленного 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 бывшем Советском Союзе. Первые исследования сварки трением в Англии были проведены Институтом сварки в 1961 году. [5]

В США компании Caterpillar Inc. и MTI разработали инерционный процесс в 1962 году. [3] [5] Европа через KUKA AG и Thompson в 1966 году начала использовать ротационную сварку трением для промышленного применения, [6] разработала процесс с прямым приводом и в 1974 году [6] построил двухшпиндельный станок rRS6 для осей тяжелых грузовиков . [6] Другой метод был изобретен в Советском Союзе неким Ю. Клименко в середине 1960-х годов и запатентовал в 1967 году [7] , экспериментально проверенную и развитую в коммерческую технологию в Институте сварки (TWI) в Великобритании и снова запатентованную в 1991 году: процесс сварки трением с перемешиванием (FSW), [8] 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 Manufacturing Technology Inc. (MTI), которая «использует внешний источник энергии для повышения температуры поверхности раздела двух соединяемых деталей, тем самым снижение технологических усилий, необходимых для выполнения сварки 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

Сварка трением принимает множество форм, но наиболее популярными являются следующие методы. [11]

Роторная сварка трением

Роторная сварка трением

Роторная сварка трением (РФС) — один из 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

Линейная сварка трением (LFW) — это перемещение одного компонента линейным возвратно-поступательным движением по лицу неподвижного специалиста. [13] [14]

Сварка трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием

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. Пока инструмент перемещается вдоль линии соединения, он механически смешивает два куска металла и кует горячий и размягченный металл под действием механического давления, которое прикладывается инструментом, подобно соединению глины или теста.

Трение наплавки

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

Линейная вибрационная сварка

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

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

Дополнительная информация

Испытания сварных швов при сварке трением и описание зон

Требования к качеству сварных соединений зависят от формы применения, например, в космической или летной отрасли ошибки сварки не допускаются. [21] Существует множество научных статей, описывающих сварной шов, проводятся испытания качества сварного шва с помощью измерений и численных методов.

Например, желательна сверхмелкозернистая структура сплава или металла, полученная такими методами, как сильная пластическая деформация [22] , и не изменяющаяся под воздействием высокой температуры; большая зона термического воздействия не является необходимой. [23] [17]

Причем, помимо изменения зеренной структуры в ходе циклов соединения металлов, методами, в которых возникает зона высокотемпературного воздействия, происходят структурные фазовые превращения. Например, в стали между аустенитом , ферритом , перлитом , бейнитом , [24] цементитом и мартенситом см.: Фазовая диаграмма железо-углерод . [ нужна цитация ] Чтобы избежать изменений, может потребоваться сварка в твердом состоянии, и большая зона термического влияния не требуется, если свойства материала ослабляются.

Зоны термического и механического воздействия в сварном шве трением

На рисунке показаны зоны сварки при сварке трением. [16]

Отдельные термомеханические зоны можно описать, приведя пример статьи:

Энтони Р. МакЭндрю, Пол А. Коулгроув, Клемент Бюр, Бертран К.Д., Флипо Ахиллеас Вайрис, «Обзор литературы по линейной сварке трением Ti-6Al-4V», 2018. [ 16]

«Технически WCZ и TMAZ являются «зонами термомеханического воздействия», но из-за совершенно разных микроструктур, которыми они обладают, их часто рассматривают отдельно. WCZ испытывает значительную динамическую рекристаллизацию (DRX), а TMAZ – нет. Материал в HAZ не деформируется механически, но подвергается воздействию тепла. Область от одной границы TMAZ/HAZ до другой часто называют «толщиной TMAZ» или зоной пластического воздействия (PAZ). В оставшейся части этой статьи эта область будет называться ПАЗ». [25]

Зоны:

Подобные термины существуют и в сварке .

Сопротивление захвату

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

Термины и определения, сокращения названий

Цитируем ISO ( Международная организация по стандартизации ) - ISO 15620:2019(en) 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 прилагается усилие 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 котором 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» .

Рекомендации

  1. ^ «Сварка трением - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 10 мая 2023 г.
  2. ^ ab «EN ISO 15620:2019». www.iso.org . Проверено 28 декабря 2020 г.
  3. ^ abcd Вэнь Линь, К.К. Ван (1974). «Исследование сварки трением маховика» (PDF) . Приложение к журналу «Сварка» .
  4. ^ ab 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 )
  5. ^ abcdefg 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 )
  6. ^ abc «Машины для сварки трением». КУКА АГ . Проверено 27 декабря 2020 г.
  7. ^ «SU195846A1 - Способ сварки металла трением» . Гугл Патенты . 20 апреля 2006 года . Проверено 22 мая 2023 г.
  8. ^ ab Томас, В.М., Николас, Э.Д., Нидхэм, Дж.К., Марч, М.Г., Темплсмит, П., Дауэс, К.Дж., 1991. Усовершенствования сварки трением. Заявка на патент Великобритании № 91259788.
  9. ^ Аб Джонс, Саймон. «Сварка трением низкой силы — что это такое?». blog.mtiwelding.com . Проверено 28 декабря 2020 г.
  10. ↑ 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. doi : 10.51456/IJEIT.2022.v11i07.001. S2CID  247075337.
  11. ^ «Сварка трением 101: Доска, среда» . blog.mtiwelding.com . Проверено 6 июля 2023 г.
  12. ^ «Сварка вращающимся трением - профессиональные знания» . www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
  13. ^ «Что такое сварка трением с перемешиванием (FSW)? - Процесс и применение» . www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
  14. ^ «Что такое сварка линейным трением?». www.twi-global.com . Проверено 6 июля 2023 г.
  15. ^ 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/амм-2013-0043 . ISSN  1733-3490.
  16. ^ abc МакЭндрю, Энтони Р.; Коулгроув, Пол А.; Бюр, Клемент; Флипо, Бертран CD; Вайрис, Ахиллеас (03 октября 2018 г.). «Обзор литературы по линейной сварке трением Ti-6Al-4V». Прогресс в материаловедении . 92 : 225–257. дои : 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003 . ISSN  0079-6425.
  17. ^ аб 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 . Эльзевир Б.В. 56 : 540–549. дои : 10.1016/j.jmapro.2020.05.012 . hdl : 10447/421431 . ISSN  1526-6125.
  18. ^ Писсанти, Даниэла Раммингер; Шайд, Адриано; Кэнан, Луис Фернандо; Дальпиаз, Джовани; Кветневски, Карлос Эдуардо Фортис (январь 2019 г.). «Кольцевая сварка трением трубопровода из дуплексной нержавеющей стали UNS S32205». Материалы и дизайн . 162 : 198–209. дои : 10.1016/j.matdes.2018.11.046 . ISSN  0264-1275.
  19. ^ 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). «Вязкость стали трения гидростолба, обработанной морской швартовной цепью». Журнал исследований материалов и технологий . 8 (3): 2625–2637. дои : 10.1016/j.jmrt.2019.04.002 . ISSN  2238-7854.
  20. ^ Буццатти, Диого Тренто; Буццатти, Йонас Тренто; Сантос, Рафаэль Эухенио душ; Маттеи, Фабиано; Хлудзинский, Мариан; Строхаекер, Тельмо Роберто (2015). «Обработка фрикционными гидростолбами: характеристики и применение». Солдагем и инспекция . 20 (3): 287–299. дои : 10.1590/0104-9224/si2003.04 . hdl : 10183/132809 . ISSN  0104-9224.
  21. ^ Пиларчик, Дж.; Петр, А. (2013). Poradnik inżyniera 1 – spawalnictwo (на польском языке). Варшава: Видавниктво WNT.
  22. ^ Росоховский, Анджей (2013). Технология сильной пластической деформации. Издательство Уиттлс. ISBN 9781849951197. ОКЛК  968912427.
  23. ^ Т. Хмелевский, В. Пахла, М. Кульчик, Я. Скиба, В. Преш, Б. Сковроньска (2019). «Сварка трением нержавеющей стали UFG 316L» (PDF) . Арх. Металл. Мэтр . 64 . дои : 10.24425/амм.2019.129494 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  24. ^ Парзич, 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.
  25. ^ Клемент Бюр, Пол А. Коулгроув, Бертран CDFlipo, Ахиллеас Вайрис, Энтони Р. МакЭндрю (01 марта 2018 г.). «Обзор литературы по линейной сварке 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 )
  26. ^ Требования к материалам подшипников двигателя, SubsTech.
  27. ^ 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.
  28. ^ Сварка дерева. Как это возможно? Ссылка на YouTube, заархивировано из оригинала 12 декабря 2021 г. , получено 6 апреля 2021 г.
  29. ^ «TWI разрабатывает процесс сварки древесины» . www.twi-global.com . Проверено 06 апреля 2021 г.
  30. ^ 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.