Область применения. Форма и размеры сечения
Сварка трением (основная и наиболее распространенная схема процесса) применяется для соединения деталей встык (при этом или обе, или одна из них должны в месте сварки иметь круглое сечение) и для образования Т-образных соединений круглой детали «впритык» к плоской поверхности.
Принципиально размеры сечения свариваемых деталей не ограничены, однако существуют их рациональные пределы; мировая практика использования сварки трением не знает пока случаев соединения стержней диаметром <0,75 мм; не известны и случаи сварки деталей сплошного сечения диаметром >200 мм. В СССР сварка трением в промышленном производстве используется для соединения деталей сечением 50—10 000 мм2. Эти пределы определяются номинальной мощностью (NH) и максимальным значением осевого усилия (Рoc) используемой машины в соответствии со следующими выражениями:
Этими же выражениями можно пользоваться при выборе требуемого оборудования по заданным размерам деталей и свойствам материала, из которого они изготовлены (употребительные значения Nуд и Pуд приведены в соответствующем разделе справочника).
Материалы
. Накоплен большой опыт промышленного использования сварки трением различных одноименных материалов, а также разноименных металлов и сплавов. Хорошо свариваются черные металлы (исключением является чугун).
Равнопрочные соединения получаются при сварке одноименных малоуглеродистой, среднеуглеродистой, низко- и среднелегированной сталей; хорошо сваривается жаропрочная сталь. Хорошо свариваются стали всех названных выше классов в различных сочетаниях между собой, а также быстрорежущая сталь марок Р9 и Р18 с конструкционной сталью марок 40 и 40Х (и близких к ним).
Представляет некоторые технологические затруднения сварка таких разноименных материалов, как быстрорежущая сталь повышенной теплостойкости с конструкционной; трудно свариваются и требуют форсированных режимов тепловыделения некоторые жаростойкие сплавы дисперсионного твердения с конструкционной сталью.
Хорошо свариваются алюминий со всеми его сплавами, медь, латунь и другие одноименные цветные металлы.
Прочные и пластичные соединения образуются при сварке трением алюминия с медью, меди со сталью, алюминия со сталью. Плохо сваривается сталь с алюминиевыми сплавами, содержащими более 3% легирующих компонентов.
Прочностные свойства соединений
. Лабораторные исследования, подтвержденные многолетним эксплуатационным опытом, показали, что при правильно выбранных режимах сварка трением позволяет получать соединения, равнопрочные основному металлу. Статическая прочность при растяжении и загибе, относительное удлинение, ударная вязкость, усталостная прочность, т. е. почти все основные механические показатели металла стыка, находятся на уровне соответствующих показателей основного металла деталей или близки к ним.
Это позволило использовать сварку трением при промышленном производстве самых различных изделий, в том числе и весьма ответственных.
Отрасли производства. Сварка трением широко внедрена в ведущих отраслях производства при изготовлении:
в автомобилестроении — деталей рулевого управления, карданных валов легковых и грузовых автомобилей, полуосей, картеров задних мостов автомобилей, клапанов двигателей внутреннего сгорания, цилиндров гидросистем и др.;
в тракторостроении — деталей рулевого управления, планетарных передач, валов отбора мощности, катков, траков, роторов турбонагнетателей дизельного двигателя и др.;
в электропромышленности — деталей высоковольтной аппаратуры, выводов бумагомасляных конденсаторов, кислотных аккумуляторов и анодов игнитронов, поршней пневмоцилиндров сварочных машин и др.;
в инструментальном производстве — при массовом изготовлении концевого режущего инструмента (фрезы, сверла, метчики).
На рис. 43 и 44 показаны некоторые характерные случаи применения сварки трением.
Наиболее эффективные направления использования: при изготовлении круглых деталей ступенчатого по длине профиля путем их сварки из заготовок разного диаметра; при изготовлении составных деталей из разных материалов с целью экономии более дорогого или дефицитного из них; при изготовлении сварно-штампованных, сварно-кованых и сварно-литых деталей; при конструировании деталей специально под сварку трением, с учетом ее особенностей и возможностей.
Технология
При движении свариваемых трением деталей происходит ряд последовательных процессов:
- под воздействием механических нагрузок разрушаются пленки окислов и загрязнения;
- заготовки разогреваются, металл выдавливается из стыка, одновременно вынося все загрязнения;
- вращение резко прекращается, при этом давление на детали не убирается, а часто увеличивается.
Опыт показал, что оптимальное значение размеров свариваемых элементов лежит в пределах от нескольких миллиметров, до 100-150 см. Бoльшие размеры требуют резкого увеличения мощности привода, переставая быть рентабельными. Наилучший эффект получается при использовании деталей с одинаковыми свариваемыми поверхностями. Исходя из этой особенности, в процессе подготовки, заготовки специально подрезают, выравнивая их торцы.
Сварочный процесс, выполняемый за счет трения, включает две переменных:
Скорость вращения и давление. Подбор этих параметров зависит от сочетания металлов, составляя наиболее сложную составляющую процесса. На 80% расчеты основаны на экспериментальных данных.
Динамические нагрузки возникающие при этом способе в ряде случаев требует дополнительной термической обработки. При этом она не требуется для низколегированных и некоторых классов высоколегированных сталей.
Сварка трением, принцип и особенности:
Сварка трением – разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным вращением (перемещением) одной из соединяемых частей (деталей, заготовок) свариваемого изделия. Вращающаяся (перемещающаяся) деталь свариваемыми поверхностями соприкасается с другой деталью (частью) свариваемого изделия. Из-за возникающих сил трения в местах соприкосновения происходит очень быстрый разогрев и переход материала в пластичное состояние.
Таким образом, сварка трением сопровождается процессом, при котором механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в теплоту. При этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения. Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой (в базовом варианте) или вставки между деталями, либо при перемещении детали или вставки.
За счет трения и высокой температуры разрушаются окисные пленки и следы посторонних загрязнений заготовок (деталей). Поверхности заготовок (деталей) притираются одна к другой, разрушаются микровыступы, поверхность выравнивается, и атомы металлов получают возможность вступать в близкое взаимодействие.
Свариваемые детали (части) при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения (перемещения). На этом (завершающем) этапе формируется окончательное соединение – когда к уже неподвижным деталям (частям) прикладывается проковочное усилие. Под действием сильного давления в получающемся соединении деталей образуются металлические связи.
Основным преимуществом сварки трением является то, что металл сваривается в пластичной фазе, но не расплавляется. Соответственно, из-за отсутствия литой структуры в металле не происходят процессы расплавления и кристаллизации металла, не возникают типичные для таких фазовых переходов дефекты, как поры, непропаи и горячие трещины.
Сварка трением обеспечивает прочность сварного соединения до 0,97 % от прочности основного материала, поэтому с ее помощью можно варить любые, даже самые высоконагруженные узлы.
С помощью сварки трением сваривают заготовки из металлов и сплавов из алюминия, титана, магния, меди, никеля, кобальта, молибдена, тантала и прочих сплавов (в том числе таких, которые затруднительно или невозможно сваривать дуговой сваркой), заготовки из различных марок стали (в т.ч. нержавеющей), детали из полимеров и композитов. Возможна сварка трением практически всех металлов и сплавов с температурой плавления до 1800 °C (включая жаропрочные и огнеупорные металлы и сплавы), а также деталей из разнородных металлов.
Различают несколько видов сварки трением: сварка трением с прямым приводом, инерционная сварка трением, радиальная сварка трением, линейная сварка трением (сварка трением с перемещением), линейная вибрационная сварка трением (колебательная сварка трением), сварка угловым трением, сварка трением с перемешиванием, штифтовая сварка трением,орбитальная сварка трением, роликовая сварка трением, комбинированная сварка трением.
Сварка трением используется для соединения различных металлов и термопластиков в авиастроении и автомобилестроении.
Приложение А (справочное). Замененные и вышедшие из употребления процессы
Приложение А (справочное)
Настоящее приложение содержит перечень процессов, которые были включены в предыдущие редакции ИСО 4063, но которые позже были заменены или устарели. Они могут быть использованы в особых случаях или в старых документах.
| 113 | Сварка дуговая голой проволокой (без дополнительной защиты) | en | Bare wire metal arc welding
Bare metal arc welding, USA |
| 115 | Сварка дуговая электродной проволокой с покрытием | en | Coaled wire metal arc welding |
| 118 | Сварка лежачим электродом | en | Firecracker welding |
| 137 | Сварка дуговая порошковой проволокой в инертном газе | en | Tubular cored metal arc welding with inert gas shield
Flux cored arc welding, USA |
| 149 | Сварка атомно-водородная | en | Atomic-hydrogen welding |
| 181 | Сварка дуговая угольным электродом | en | Carbon-arc welding |
| 32 | Сварка газовоздушная | en | Air-fuel gas welding |
| 321 | Сварка ацетиленовоздушная | en | Air-acetylene welding
Air acetylene welding, USA |
| 322 | Сварка пропановоздушная | en | Air-propane welding |
| 43 | Сварка кузнечная | en | Forge welding |
| 752 | Сварка световым излучением дуги | en | Arc image welding |
| 77 | Сварка ударная | en | Percussion welding |
| 781 | Приварка дуговая шпилек | en | Arc stud welding |
| 917 | Пайка высокотемпературная ультразвуковая | en | Ultrasonic brazing |
| 923 | Пайка высокотемпературная трением | en | Friction brazing |
| 953 | Пайка низкотемпературная трением | en | Abrasion soldering |
Основные этапы процесса сварки трением с перемешиванием
Сущность СТП описана в главе 1. Процесс можно разделить на три этапа:
1) этап внедрения инструмента — момент внедрения вращающегося инструмента в свариваемые детали на определенную глубину, без его продвижения;
2) этап перемещения инструмента — передвижение инструмента вдоль стыка, собственно процесс сварки, установившийся процесс;
3) этап остановки — остановка движения и извлечение вращающегося инструмента.
Первый этап — это подготовка металла к последующему передвижению инструмента. В начальный момент погружения инструмента на инструмент действуют максимальные нагрузки, т.к. инструмент погружается в холодный металл, причем погружение начинается с внедрения пина, диаметр которого мал, поэтому тепловыделение в начальный момент минимально. Как только поверхности свариваемого металла касаются заплечики, диаметр которых в 3..5 раз больше диаметра пина, генерируется большее количество тепла и процесс переходит в установившуюся стадию, с практически постоянным уровнем осевого усилия и крутящего момента. Следует отметить, что в начальный момент погружения инструмента происходит смятие микровыступов и разрушение оксидных пленок — в данный момент трение происходит не по всей поверхности инструмента, тепловыделение незначительно, могут наблюдаться вырывы на поверхности свариваемого материала; особенно ярко данная картина наблюдалась при погружении инструмента без пина. При дальнейшем заглублении устанавливается пластическое течение металла под заплечиком — устанавливается чистое трение, в пластическую деформацию вовлекаются более глубокие слои металла. Только после установившегося процесса пластического течения металла можно начинать сварку, т.е. перемещение инструмента вдоль стыка.
Второй этап — перемещения инструмента вдоль кромок собранных деталей, собственно сварка. В процессе сварки происходят практически те же процессы, что и при погружении. Передняя кромка инструмента при движении наезжает на исходный материал. Происходит смятие выступов, нагрев и переход к чистому трению. Материал переходит в активированное состояние, о котором будет сказано несколько позже. Активированное состояние металла при СТП — установившийся процесс чистого трения инструмента о свариваемый металл и установившееся пластическое течение объема металла под заплечиком инструмента — одно из условий формирования качественного сварного соединения, без которого процесс СТП вообще не может быть осуществлен. С увеличением скорости сварки уменьшается время контакта инструмента со свариваемым металлом, уменьшается тепловложение, и энергии для перехода к пластическому течению металла под заплечиком может не хватить.
В представленной работе основное внимание будет уделено второму этапу процесса СТП. Третий этап — прекращение движения инструмента и вывод его из свариваемого материала
Важно не прекращать вращения инструмента, не извлеченного из металла, т.к. это может привести к привариванию инструмента к свариваемому металлу (см
рис. 3.1) или интенсивному налипанию (схватыванию) металла
Третий этап — прекращение движения инструмента и вывод его из свариваемого материала
Важно не прекращать вращения инструмента, не извлеченного из металла, т.к. это может привести к привариванию инструмента к свариваемому металлу (см
рис. 3.1) или интенсивному налипанию (схватыванию) металла
Что это такое?
Технологии и понятийный аппарат метода регламентируются ГОСТ 260184. Указанный процесс стоит несколько особняком от прочих способов сварки, что обусловлено технологическими особенностями способа. Для нагрева соединяемых элементов используется тепловая энергия, выделяемая в ходе трения заготовленных элементов.
Наиболее актуальным и распространённым здесь является трение вращения, при котором вращается один из свариваемых элементов. В ходе процесса элементы с усилием прижимаются друг к другу, с постепенным ростом силы прижатия. Одновременно с нагревом подвергаются разрушению поверхностные окисные пленки, а также остатки различных загрязнений. Поверхности элементов постепенно плотно притираются между собой, удаляются выступы и неровности, а атомы свариваемых материалов получают доступ к тесному взаимодействию.
Обсуждаемый способ в значительной мере проще, чем, например, газовый.
Среди особенностей технологии отмечают ряд факторов.
- Возможность качественного соединения неоднородных материалов. При этом нет необходимости применять присадки и более сложное оборудование.
- Возможность создать качественное и плотное соединение элементов из меди, свинца, титана, избегая деформаций деталей.
- Наибольшая продуктивность метода фиксируется при обработке заготовок диаметром 6-100 мм.
- Возможность соединять плохо свариваемые металлы. Например, детали из алюминия и стали.
Преимущества и недостатки
Ключевые плюсы:
Максимальная производительность. Подготовка материалов, непосредственно процесс сваривания, продолжающийся не более нескольких минут, и заключительные операции требуют гораздо меньших временных затрат, чем другие виды сварки.
Минимальные требования к чистоте свариваемых поверхностей — тщательная зачистка не нужна, что опять-таки существенно экономит время и усилия.
Способность к свариванию разнородных металлов и сплавов. Методом трения соединяются пары материалов, не рассчитанные на сварку иными способами.
Энергоэффективность. Материалы нагреваются максимально быстро и в локальной закрытой области, что делает ничтожно малыми потери энергии по сравнению с прочими методами сваривания
Энергозатраты ниже во много раз, вплоть до десятикратной экономии, что при сегодняшней стоимости электроэнергии немаловажно.
Безупречное качество шва. Если сваривание производится в правильном технологическом режиме, шовная линия и околошовные области обретают фактически полную идентичность основному металлу по строению и показателям
Притом в шовном материале фактически нет пор, трещин и прочих дефектов.
Высочайшая стабильность показателей швов всей партии изделий. При точном соблюдении технологического режима готовые изделия (детали и пр.) отличаются своими характеристиками на десятые доли процента, благодаря чему ОТК может осуществлять выборочный контроль качества, обеспечивая серьезную экономию времени и ресурсов. После прохождения разрушающего контроля одним изделием специалисты могут давать заключение о годности целой партии.
Экологичность технологии. Воздушная среда не загрязняется вредными веществами, также не причиняется вред здоровью сварщиков слепящим светом, разбрызгиванием плавящегося металла, выделяющимися газами, УФ-излучением и др.
Легкость автоматизации, что играет решающую роль при использовании технологии для массового производства. Сваривание можно осуществлять на агрегатах с программируемым управлением, сводя ручной труд к минимуму, нередко к нулю.
Минусы, свойственные свариванию трением и нередко оказывающиеся критичными:
- Применимость к сравнительно малому количеству форм заготовок из-за необходимости, чтобы хоть одна выступала телом вращения. Технология не может использоваться для соединения поверхностей большой протяжности, формирования сложных швов, монтажа крупных конструкций, варки кузовов автотранспорта и др. Но в машиностроительстве нужной формой обладают свыше 75% деталей.
- Ограниченный размер поверхностей. Длина заготовки ограничивается вылетом бабки станка, диаметр — кулачков патрона.
- Относительная дороговизна оборудования.
- Громоздкость сварочного агрегата и других устройств, нуждающихся в стационарной установке и электроснабжении, в связи с чем технологию невозможно использовать на монтажных работах.
- Возможное радиальное искажение текстуры в месте шва и в прилегающих областях, если при эксплуатации готовое изделие испытывает большие динамические нагрузки. Не исключается и уменьшение стойкости к повреждениям коррозией. Чтобы предотвратить оба явления, на деталях частично оставляют грат. Притом снятие именно той части грата, которую нужно, связано с трудозатратами, так что в этом случае свести ручной труд человека к нулю невозможно.
Перечисленные минусы выводят сваривание трением из разряда универсальных методов обработки металлов и сплавов, но в областях применимости ему стоит отдать предпочтение, так как плюсы перевешивают.
Рейтинг: /5 —
голосов
Виды сварки трением
За полвека были разработаны и активно применяются несколько разновидностей фрикционного сваривания деталей. Они обладают своими особенностями, делающими их эффективными в своей области использования.
Сварка с перемешиванием
Технология была разработана и начала применяться в конце ХХ века. Суть метода заключается в использовании вращающегося штыря с заплечиками. Штырь изготавливают из тугоплавкого сплава высокой прочности. Вращаясь и нагревая металл, он проникает в него по линии контакта заготовок. За счет вращательного движения, в которое вовлекаются поверхностные слои размягченного нагревом металла заготовок, происходит перемешивание этих слоев. Так обеспечивается равномерность структуры и характеристик шовного материала.
Сварка трением с перемешиванием
Радиальная сварка
Применяется для соединения труб. В месте стыка на трубы с минимальным зазором надевают металлическое кольцо, которое вращается вокруг них. За счет трения вращения происходит нагрев торцов соединяемых труб. Кольцо обычно изготавливают из того же сплава, что и свариваемые трубы.
Радиальная сварка трением
Штифтовая сварка
Технология разработана для проведения ремонтов. В ремонтируемой детали сверлят отверстие, в него вводят стержень из такого же сплава, что и сама деталь. В ходе вращения штифта выделяется большое количество тепла, нагревающего металл. Это один из немногих мобильных способов сварки трением.
Штифтовая сварка трением
Линейная сварка
В отличие от остальных технологий, использующих трение, в этой вращение не применяется. Детали двигаются друг относительно друга прямолинейно, возвратно – поступательно и нагреваются до необходимой температуры. В этот момент движение прекращают и сильно прижимают заготовки друг к другу. Излишки металла в состоянии пластичности частично выдавливается из зоны сварки, образуется сварочный шов. Существует вариант технологии, при котором обе свариваемые детали неподвижны, а зоне шва о них трется инструмент специальной формы.
Линейная сварка трением
Сварка кузовных деталей автомобиля при помощи инновационных технологий
Типичные изображения сварки – манипулятор, изрыгающий искры, или мужчина в сварочной маске, нависший над лужей светящегося металла – не распространяются на сварку трением с перемешиванием (СТП). Металло-соединяющий метод был разработан в 1991 году промышленным исследовательским Институтом сварки недалеко от Кембриджа, Англия. В середине 1990-х годов две скандинавские алюминиево-экструзивные компании стали первыми использовать данную технику в коммерческих целях. С тех пор она получила широкое распространение в авиакосмической промышленности и постепенно проникла в автомобильную сферу.
Искры и защитные очки являются частью сварки методом плавления, где электрический ток нагревает два куска металла до расплавленного состояния. Когда металл остывает, результатом становится оно — твердое металлическое соединение. В противоположность этому методу, СТП является твердотелым методом сварки не предусматривающим расплавление металла. Тепло, выделяемое давлением и трением, это все, что необходимо для обеспечения прочной связи между металлами.
Преимущества сварки трения с перемешиванием
Преимущества данного метода многочисленны. Наиболее важным является то, что СТП работает для разнородных металлов. Сварить различные сплавы алюминия можно не только этим методом, но только им можно приварить сталь к алюминию. До изобретения СТП это было трудоемким, дорогостоящим процессом, а хрупкое соединение, которое часто было результатом попыток такой сварки, не подходило для несущих конструкций.
Сфера применения в сварке кузова автомобиля
Область применения сварки кузовных деталей автомобиля путем трения с перемешиванием довольно широка. К примеру, компания Mazda, использует СТП, чтобы прикрепить стальные шипы к алюминиевой панели внутри багажника в модели MX-5 Miata. Передний подрамник в автомобиле Honda Accord, который несет на себе вес двигателя и некоторые компоненты подвески, сделан на половину из стали и алюминия. Подробности конструкции являются секретом компании, хотя Honda все-таки призналась, что это первое их использование непрерывной, или линейной, сварки трением с перемешиванием в биметаллических структурных компонентах для производства автомобилей. Технология проста: две половины соединяемых частей металла перекрывают друг друга, а их соединительные швы распологаются между ними. Барьер, устанавливаемый между сталью и алюминием, уменьшает вероятность биметаллической коррозии кузова автомобиля. По словам компании Honda, во время процесса СТП формируется новое железо-алюминиевое химическое соединение – Fe4A113 – а соединение между металлами такое же прочное, как при обычной сварке двух одинаковых металлов.
- 2013 Honda Accord (передний подрамник)
- 2010 Toyota Prius (задняя дверь)
- 2007 Audi R8 (часть пространственной рамы)
- 2006 Mazda MX-5 Miata (багажник и капот)
- 2005 Ford GT (часть пространственной рамы)
- 2004 Mazda RX-8 (задняя дверь и капот)
- 2003 Lincoln Town Car L (элементы подвески)
- 2001 Volvo V70 (рама заднего сидения)
Метод СТП также набирает популярность среди автопроизводителей благодаря своей способности точечной сварки тонких листов алюминия, как в вышеупомянутом случае с панелями багажника MX-5. Сварка плавлением может перфорировать тонколистовой алюминий, но так как при СТП выделяется меньше тепла, такие повреждения менее вероятны. Кроме того, по сравнению со сваркой плавлением, при сварке трением с перемешиванием потребляется в два раза меньше электроэнергии.
Также, в отличие от обычной сварки кузова автомобиля, которая добавляет вес в виде швов из сварочной проволоки присадочного металла, СТП ничего не добавляет
Таким образом, данный метод сварки уменьшает вес готовой продукции, что особенно важно в современном автомобильном мире, когда идет борьба за высокую эффективность расхода топлива (про методы уменьшения веса в конструкции автомобилей читайте здесь). Особенно это преимущество актуально для сборки электрических и гибридных автомобилей, так как такие модели, как правило, покупают не из-за внешнего вида, не из-за технических характеристик, а в надежде сэкономить на топливе
Учитывая этот факт, а также возможность сварки разнородных металлов, сварка трением с перемешиванием открывает большие возможности для использования алюминия во всех конструкциях автомобиля для максимального снижения веса. Глядя на успешные результаты применения СТП в производстве транспортных средств, можно с уверенностью сказать, что вскоре СТП будут использовать в автомобильной промышленности повсеместно.
Общая информация
Сваркой трением (или фрикционная сварка) — метод соединения однородных и разнородных металлов, суть которого заключается в нагреве двух деталей путем их трения друг о друга. Образующееся в ходе трения тепло плавит металл, формируя неразъемное соединение. Но трение — не единственное, что используется во время сварки. Здесь также большую роль играет проковка деталей после сварки, а также давление, оказываемое на заготовки.
Как видите, суть сварки трением крайне проста, поэтому такое сварочное оборудование применяется на многих современных производствах. Данный метод позволяет улучшить качество и производительность труда без найма дополнительных сотрудников высокой квалификации. Достаточно обучить сварщика, как правильно настраивать оборудование, остальные процессы проходят в автоматическом режиме.
Применяемое оборудование
Для сваривания используют металлорежущие станки, но они не подходят для длительного применения, быстро выходят из строя. Специальные машины с блоком управления созданы по одному принципу: силовой привод подводится к двигающимся механизмам. Для фиксации свариваемых заготовок предусмотрены зажимные устройства, двигающие механизмы. Работает оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме (укладка заготовок, выемка готовых изделий производится в ручном режиме). Машины бывают универсальными и под определенную технологию. На некоторых устройствах предусмотрена предварительная подготовка свариваемых поверхностей, заточка и выравнивание кромок.
Сварка металлов трением
В соответствии с типажом на оборудование во ВНИИЭСО разработаны четыре типоразмера машин-полуавтоматов: МСТ-23, МСТ-35, МСТ-41, МСТ-51. Эти машины конструктивно и геометрически подобны и различаются лишь размерами сечений деталей, которые можно сваривать на каждой из машины, и, следовательно, основными параметрами (табл. 9). Они предназначены для сварки стержневых (сплошного сечения) круглых заготовок из низкоуглеродистой или низколегированных сталей. Машины позволяют также сваривать трубчатые заготовки и выполнять Т-образные соединения.
Весь цикл сварки выполняется автоматически после нажатия на соответствующие кнопки на пульте управления. Вручную лишь закладывают заготовки в зажимы машины (после чего происходит автоматическое их зажатие) и снимают сваренные детали.
Кроме этих машин, разработано, изготовлено и успешно эксплуатируется много специальных машин, предназначенных для сварки деталей только одного наименования в условиях массового или крупносерийного производства (табл. 10).
Таблица 9 Технические характеристики машин типа МСТ
| Показатели | МСТ-23 | МСТ-35 | МСТ-41 | МСТ-51 |
| Мощность, кВт | 10 | 22 | 40 | 75 |
| Осевое усилие, кгс: | ||||
| при нагреве | 2500 | 5 000 | 10 000 | 20 000 |
| максимальное | 5000 | 10 000 | 20 000 | 40 000 |
| Диаметр свариваемых стержневых заготовок, мм: | ||||
| минимальный | 10 | 16 | 22 | 32 |
| максимальный | 25 | 36 | 50 | 70 |
| Максимальный диаметр заготовок, мм | 32 | 39 | 52 | 75 |
| Производительность сварок в час | 150 | 120 | 100 | 70 |
Технические характеристики специальных машин для сварки трением
| Показатели | СМСТ-4 | МФ-327 | МТС-6 | МСТ-31-2 | МСТ-10-01 | МСТ-100-01 |
| Мощность, кВт | 20 | 10 | 4 | 28 | 40 | 125 |
| Частота вращения шпинделя,
об/мин |
680 | 1500 | 2000 | 1000 | 1000 | 800 |
| Максимальное усилие, тс | 10 | 5 | 0,8 | 14 | 10 | 80 |
| Диаметр свариваемой детали, мм | 38 | 10—18* | 12 | 50 | 33 | 140/80 |
| Производительность, сварок в час | 70 | 160 | 420** | 50—60 | 140*** | 6—8 |
* Сварка специальных сталей. ** Сварка меди. *** Одновременная сварка двух стыков.
Применение сварки металла трением в промышленности
Оборудование для сварки трением сравнительно сложное и дорогое, а сам процесс высокопроизводителен. Максимальный экономический эффект от его внедрения достигается в массовом или серийном производстве при изготовлении деталей относительно крупными партиями или групповым методом. В этих случаях следует использовать полуавтоматы и автоматы. В мелкосерийном производстве для сварки трением следует использовать машины, более простые и легко переналаживаемые при переходе от сварки одной детали к сварке другой.
Рис. 58. Изготовление калибров:а — по старой технологии; б — с применением сварки трением
Сварка трением успешно применяется при изготовлении концевого режущего инструмента, например сверл средних размеров. Экономический эффект, получаемый в результате использования сварки трением заготовок инструмента, обусловлен значительным снижением брака и затрат труда и весьма существенной экономией дефицитной быстрорежущей стали. Замена электрической контактной сварки встык заготовок инструмента сваркой трения дает большую экономию.
Сваркой трением также изготовляют мерительный инструмент и детали вращающегося центра для токарных станков. Гладкие и резьбовые калибры ранее изготовляли из дорогой стали марки ШХ методом ковки в несколько переходов. При использовании сварки трением (рис. 58) заготовку выполняют составной: на автомате хвостовик из стали 45 приваривают к рабочей части из стали ШХ. В результате — экономия дорогой хромистой стали и значительное увеличение производительности труда.
До применения сварки трением клапаны двигателей внутреннего сгорания были цельноштампованными (рис. 59); их получали из дорогостоящей стали путем отрезки и горячей штамповки в несколько переходов. Новая технология с применением сварки трением состоит из большего числа операций. Однако затраты на внедрение новой технологии окупились сокращением расхода жаропрочной стали, повышением производительности труда и высвобождением тяжелого ковочного оборудования.
Рис.59. Изготовление клапана:а — по старой технологии; б — с применением сварки трением; 1 — жаропрочная сталь; 2 — заготовка; 3 — углеродистая сталь
Сварка трением успешно внедрена не только в тракторостроении, автомобилестроении, при производстве двигателей внутреннего сгорания, но также и при изготовлении труб, в ракетостроении, в строительной индустрии, в сельхозмашиностроении, в электротехнической и энергомашиностроении, в станкостроении и при изготовлении изделий многих других отраслей производства.
В ближайшие годы сварка трением должна быть широко внедрена в промышленность. Для этого предстоит выявить детали, которые целесообразно сваривать трением.
Вперед
Последовательность выполнения сварки
После начала осадки нагретых заготовок выполняется их частичная проковка. Эта стадия операции машиной для соединения трением производится автоматически. В более дешевых, полуавтоматических машинах приходится управлять процессом сварки по показаниям приборов, в частности, силоизмерителя и манометра.
После того, как процесс завершен, с установки снимают матрицу, извлекают соединенную заготовку из зажимов и сразу же помещают ее в термостат. Такой переход необходим для того, чтобы произвести оперативный отжиг места сварного соединения. Для того, чтобы предохранить заготовку от теплового удара, вызванного значительным температурным перепадом
Это особенно важно для сталей, которые склонны к отпускной хрупкости — нержавеющих, высокоуглеродистых и высоколегированных
Начальная температура внутри термостата устанавливается не ниже 150-1800С. В термостате выполняется медленное охлаждение места стыка до момента, когда температуры снизится до 500С. После этого соединение можно подвергнуть либо отжигу, либо использовать непосредственно.
Рассматриваемый процесс можно применять и для заготовок, которые имеют два стыка. Для этого вначале вышеописанным способом получают первый из стыков, затем помещают полуфабрикат в термостат с температурой 750-800 0С и выдерживают его там не менее 2.5-3 ч. Далее выполняется очистка полученного стыка от макродефектов сварки. Очищенную заготовку без торцевания второго стыка закрепляют в шпинделе или в суппорте и сваривают второй стык. Последующие переходы не отличаются от технологии одностыковой сварки трением.
В условиях ремонтных мастерских, а также в быту, под сварку трением можно успешно приспосабливать обычные токарные станки. Предварительно следует произвести расчет допускаемого осевого усилия на шпиндель и соотнести полученное значение с требуемым.
Технологические параметры некоторых, наиболее распространенных машин отечественного производства, на которых выполняется соединение изделий трением, приведены в таблице:
Последовательность выполнения стыкового соединения деталей трением можно увидеть на демонстрационном видео:
Поиск записей с помощью фильтра:
