Det finnes et bredt utvalg av sveisemetoder. Blant dem er en så eksotisk prosess som friksjonsrørsveising. Dens kjennetegn er fraværet av forbruksvarer som elektroder, sveisetråd, beskyttelsesgasser. En nyutviklet metode får bred aksept.
Utseendehistorie
Historien til friction stir welding (FSW) begynte i 1991. Det var en nyskapende utvikling av British Welding Institute (TWI). Noen år senere ble teknologien brukt i bygging av fly og skip.
De første selskapene som satte den nye teknologien i produksjon var Norwegian Marine Aluminium og amerikanske Boeing. De brukte sveiseutstyr fra ESAB-konsernet, som spesialiserer seg på utvikling innen rotasjonsfriksjonssveising (PCT), i sine virksomheter.
Siden 2003 har selskapet kontinuerlig forsket på mulighetene for friksjonssveising. Det var for eksempelDet er utviklet metoder for sveising av aluminiumslegeringer og deres modifikasjoner, som brukes i konstruksjon av fly, skip og jernbanecontainere.
I flyindustrien ble det funnet mulig å erstatte nagleskjøter med sveisede. Dessuten overskrider sveisehastigheten ved FSW-metoden hastigheten til den elektriske lysbuen betydelig. En 6m lang sveis kan dannes på ett minutt, mens konvensjonell sveisehastighet bare er 0,8-2m/min for en deltykkelse på 0,5cm.
essensen av prosessen
Metallsammenføyning oppstår på grunn av oppvarming i sveisesonen ved friksjonsmetoden. Hovedsveiseverktøyet for friksjonssveising er en metallstang som består av to halvdeler: en krage og en skulder.
Med sin utstående del er den roterende stangen nedsenket i materialet og forårsaker sterk oppvarming. Tilførselen er begrenset av skulderen, og lar ikke arbeidsstykket som skal sveises passere gjennom. I varmesonen øker materialet sin plastisitet betydelig og, presset ned av skulderen, danner det en enkelt masse.
Neste trinn er bevegelsen av stangen langs den sveisede sonen. Når man beveger seg fremover blander skulderen den oppvarmede metallmassen, som etter avkjøling danner en sterk forbindelse.
Hva påvirker kvaliteten på STP
Friction stir-sveising er en prosess i stadig utvikling. Men allerede nå er det flere parametere som påvirker kvaliteten på forbindelsen:
- Kraft generert av verktøyet.
- Feed ratesveisehode.
- Verdien av skulderen.
- Omkretshastigheten til stangens rotasjonshastighet.
- Vippevinkel.
- Fôringskraften til stangen.
Manipulation av egenskapene til sveising lar deg oppnå tilkobling av forskjellige metaller. For eksempel aluminium og litium. Litium, på grunn av sin lave tetthet og høye styrke, kan fungere som en legeringskomponent i aluminiumslegeringsdeler, noe som gjør at denne teknologien kan brukes i romfartsindustrien.
Friction stir-sveising kan enkelt erstatte smiing, stempling, støping, når de brukes til å produsere deler av metaller som er vanskelige å matche. For eksempel stål med austenitt- og perlittstruktur, stål laget av aluminium eller bronse.
I hvilke områder brukes
Branscher som bilindustrien jobber hele tiden med hvordan man kan øke styrkeegenskapene til produktet og samtidig redusere vekten. I denne forbindelse er det en kontinuerlig introduksjon av nye materialer som tidligere var ukarakteristiske på grunn av kompleksiteten i behandlingen. I økende grad er strukturelle elementer som underrammer og noen ganger hele karosserier laget av aluminium eller en kombinasjon av aluminium.
I 2012 brukte Honda således additiv produksjon og friksjonssveising for å produsere underrammer til kjøretøyene sine. De introduserte en kombinasjon av stål og aluminium.
Gjennombrenning av metallplater kan oppstå under produksjon av kroppssveisinger fra aluminium. Denne mangelen er fratatt STP. bortsett fra detstrømforbruket reduseres med 1,5-2 ganger, kostnadene for forbruksvarer som sveisetråd, beskyttelsesgasser reduseres.
Foruten bilproduksjon, brukes STP i følgende områder:
- Byggeindustri: støttestoler i aluminium, brospenn.
- Jernbanetransport: rammer, boggier på hjul, vogner.
- Skipsbygging: skott, strukturelle elementer.
- Fly: drivstofftanker, flykroppsdeler.
- Matindustri: ulike beholdere for flytende produkter (melk, øl).
- Elektrisk produksjon: motorhus, parabolantenner.
I tillegg til aluminiumslegeringer, brukes friksjonssveising for å oppnå kobberforbindelser, for eksempel ved produksjon av kobberbeholdere for deponering av brukt radioaktivt brensel.
STP-fordeler
Å studere FSW gjorde det mulig å velge sveisemoduser når man sammenføyer forskjellige grupper av legeringer. Til tross for at FSW i utgangspunktet ble utviklet for å arbeide med metaller med lavt smeltepunkt, som aluminium (660 ° C), begynte det senere å bli brukt til å sammenføye nikkel (1455 ° C), titan (1670 ° C), jern (1538 ° C).
Forskning viser at sveisen oppnådd på denne måten i sin struktur tilsvarer metallet i delene som skal sveises og har høyere styrkeindikatorer, lavere arbeidskostnader og lav gjenværende deformasjon.
Riktigden valgte sveisemodusen garanterer samsvar mellom sveisematerialet og metallet som sveises i henhold til følgende indikatorer:
- tretthetsstyrke:
- bøye- og strekkstyrke;
- tøffhet.
Fordeler fremfor andre typer sveising
STP har mange fordeler. Blant dem:
- Ikke-giftig. I motsetning til andre varianter er det ingen elektrisk lysbuebrenning, på grunn av hvilken det smeltede metallet fordamper i sveisesonen.
- Økt sømdannelseshastighet, noe som resulterer i raskere syklustider.
- Reduserer energikostnadene med det halve.
- Ingen behov for videre bearbeiding av sveisen. Friction Stir Tool danner en perfekt sveis uten behov for stripping.
- Ingen behov for ekstra forbruksvarer (sveisetråd, industrigasser, flussmidler).
- Muligheten til å oppnå metallskjøter som ikke er tilgjengelige for andre typer sveising.
- Ingen spesiell klargjøring av sveisekanter er nødvendig, bortsett fra rengjøring og avfetting.
- Få en homogen sveisestruktur uten porer, noe som resulterer i enklere kvalitetskontroll, som er regulert for friksjonsrørsveising GOST R ISO 857-1-2009.
Hvordan kvaliteten på en sveis kontrolleres
Kvaliteten på sveising kontrolleres av to typer kontroll. Den første involverer ødeleggelsen av prototypen som følge avtilkobling av to deler. Den andre tillater verifisering uten ødeleggelse. Metoder som optisk kontroll, audiometrisk undersøkelse benyttes. Det hjelper å bestemme tilstedeværelsen av porer og inhomogene inneslutninger som forringer egenskapene til sømmen. Resultatene av lydkontrollen er et diagram som tydelig viser stedene hvor det akustiske ekkoet avviker fra normen.
Ulemper med metoden
Med en rekke fordeler har friksjonssveisemetoden medfølgende ulemper:
- Mangel på mobilitet. STP innebærer tilkobling av faste deler, stivt festet i rommet. Dette pålegger sveiseutstyr for friksjonsrøring visse egenskaper, for eksempel immobilitet.
- Lav allsidighet. Stort utstyr er konfigurert til å utføre samme type operasjoner. I denne forbindelse er enheter for sveising designet for spesifikke oppgaver. For eksempel for sveising av bilsidevegger på en transportør, og for ingenting annet.
- Sveisesømmen har en radiell struktur. I denne forbindelse, med visse typer deformasjoner eller når delen brukes i et aggressivt miljø, kan sveisetrøtthet samle seg.
varianter av STP i henhold til handlingsprinsippet
Sveiseprosesser basert på friksjon kan deles inn i flere typer:
- Lineær friksjon. Essensen av metoden er å oppnå en permanent forbindelse, ikke som et resultat av virkningen av en roterende spiss, men på grunn av bevegelsen av deler i forhold til hverandre. Ved å handle på overflaten ved kontaktpunktet skaper defriksjon og følgelig høye temperaturer. Under trykk smeltes de tilstøtende delene, og det dannes en sveiset skjøt.
- Radial sveising. Denne metoden brukes til produksjon av containere med stor diameter, jernbanetanker. Det koker ned til at leddene til delene varmes opp av en roterende ring kledd på utsiden. Ved friksjon forårsaker det en temperatur nær smeltepunktet. Et eksempel på en bedrift som bruker denne teknologien er Sespel, en Cheboksary-tankbilprodusent. Friksjonssveising tar opp hoveddelen av sveisearbeidet.
- Piggsveising. Denne varianten erstatter nagleforbindelsen. Denne typen brukes for overlappende forbindelser. Den roterende tappen ved kontaktpunktet varmer opp delene som skal sveises. Fra den høye temperaturen oppstår smelting, og tappen trenger inn. Avkjøling skaper en sterk permanent forbindelse.
varianter av STP etter vanskelighetsgrad
Sveiseoperasjoner utført ved bruk av friksjon kan deles inn i plan og volumetrisk. Hovedforskjellen mellom disse variantene er at i det første tilfellet dannes sveisen i todimensjon alt rom, og i det andre - i tredimensjon alt rom.
For plane skjøter har altså sveiseutstyrsprodusenten ESAB utviklet 2D LEGIO-maskinen. Det er et tilpassbart friksjonsrørsveisesystem for ulike ikke-jernholdige metaller. Ulike størrelsesgrupperutstyr lar deg sveise deler av små og store størrelser. I følge merkingen har LEGIO-utstyr flere oppsett, som er forskjellige i antall sveisehoder, evnen til å sveise i flere aksiale retninger.
Det finnes 3D-roboter for sveisejobber med komplekse posisjoner i verdensrommet. Slike enheter er installert på biltransportører, der sveiser med en kompleks konfigurasjon er nødvendig. Et eksempel på slike roboter er ESABs Rosio.
Konklusjon
STP kan sammenlignes med tradisjonelle sveisetyper. Den utbredte bruken lover ikke bare økonomiske fordeler, men også bevaring av helsen til folk som er ansatt i produksjonen.
