МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНЖЕНЕР-СВАРЩИК

Сварка трением

Физическая сущность процесса

Сущность способа сварки трением заключается в том, что две детали располагаются соосно в зажимах машины, одна из них закрепляется неподвижно, а вто­рая приводится во вращение вокруг их общей оси.

На поверхности взаимного контакта деталей, прижатых осевым усилием Р, возникают силы трения.

Работа по преодолению этих сил при относительном вращении деталей преобразуется в тепло, которое

выделяется на поверхности трения и вызывает их нагревание. После достижения необхо­димой температуры (1000... 1300 °С при сварке сталей) относительное перемещение дета­лей должно быть по возможности максимально быстро остановлено. Нагревание при этом тоже останавливается, а усилие сжатия еще некоторое время прикладывается.

Изменение тепловыделения во времени

Учитывая, что произведение момента сил М на скорость вращения п имеет размер­ность мощности (N = к*М*п), то при постоянной скорости вращения кривая момента M(t) мо­жет рассматриваться как изменение мощности N.

Площадь, которая ограничена ею, осью абсцисс и двумя ординатами tt и t2 представ­ляет величину энергии Е за время ti -12, так как:

t2 t2

Е= J N dt =К J М я di

ti t,

Изменение тепловыделения во времени, которое отвечает изменению момента М - до­вольно сложно.

Процесс сварки трением разделяют на шесть фаз (рис. 8). В первой фазе (t,) происхо­дит притирание поверхностей стержня. С увеличением частоты вращения момент трения покоя Мо уменьшается, идет процесс граничного трения, разрушаются пленки, контактируют и реформируются отдельные микровыступы, появляются первые зоны схватывания, начи­нается сухое трение.

Во второй фазе (t2) возрастание момента (и мощности) трения отвечает резкому воз­растанию количества взаимодействующих микровыступов. При этом возрастает температу­ра и, соответственно, уменьшается прочность металла и сопротивление мостиков до де­формации. Произведение этих двух функций обусловливает наличие максимума mmaxi - Трение распространяется на всю поверхность.

В Начале третьей фазы fo) имеет место интенсивное макродеформирование поверх­ностей с вытеснением металла в грат и перемещением деталей в осевом направлении (осадка нагрева). Момент М стабилизируется, а температура достигает максимального зна­чения.

Четвертая фаза (U) - квазистационарный процесс, характеризуется стабилизацией большинства параметров, пленки оксидов и инородных включений удалении в грат.

Пятая фаза (t5) торможение. С уменьшением частоты вращения быстро возрастает ко­эффициент и момент трения, увеличивается мощность тепловыделения. При приближении частоты вращения к нулю, мощность тепловыделения резко падает, наступает полная оста­новка с быстрым образованием металлических связей, характерных для неразъемного сварного соединения.

Шестая фаза (te) - проковка. Соединение деформируют осевым усилием, величина ко­торого может равняться, или быть большей оттого, какое было при нагреве.

Основные параметры и рациональные режимы сварки

Основные параметры при сварке трением:

- давление при нагревании р„;

- давление проковки рпр;

- время нагревания tM;

- время проковки tnp;

- частота вращения п;

- осадка при нагревании Д|„;

- суммарная осадка ДІ.

Оборудование для сварки трением

Машины для сварки трением обычно имеют в себе следующие основные узлы (рис. 9): два зажима 5 и 7 для свариваемых деталей 6, из которых один вращающийся; передняя бабка 4 со шпинделем, несущим на себе вращающийся зажим 5; узел 8, в котором разме­щен невращающийся зажим 7; привод вращения шпинделя с двигателем 1; ременной пере­дачей 2 и устройством для натяжки ремней; фрикционная муфта 3 для сцепления шпинделя с приводным устройством, а таюке для торможения шпинделя, пневматический и гидравли­ческий цилиндры 9 для обеспечения необходимого осевого усилия машины.

Физическая сущность процесса

Сущность процесса состоит в нагревании торцов свариваемых деталей электрической дугой, которая перемещается вдоль кромок под действием сил. которые являются результа­том взаимного внешнего магнитного поля дуги как электрического проводника с током с по­следующей ппастической деформацией нагретых торцов.

Сила, которая действует на дугу Fg, определяется как векторное произведение тока ду­ги 18 и рациональной составляющей вектора магнитной индукции Вр в зазоре между трубами.

Выделяют некоторые характерные периоды процесса нагревания;

- период возбуждения и неустановившегося горения дуги на начальной стадии процесса;

- установившееся горение дуги;

- нестойкое горение дуги на горячих кромках труб, что может сопровождаться периодичным замыканием торцов, выбрызгиванием и перерывами в протекании тока, когда дуга гаснет.

Параметры технологического про­цесса сварки

Главные параметры режима:

- сварочные токи;

- время горения дуги;

- давление осадки;

- скорость осадки.

Основные преимущества способа

Высокая продуктивность процес­са - в 2 - 5 раз больше, чем при обще­принятых способах сварки.

Как правило, незначительный расход электроэнергии - в 3 - 5 раз меньшая в сравнении с другими способами.

Экономия металла деталей. Припуск на оплавление в 3 - 4 раза меньший, чем при кон­тактной сварке оплавлением и сварке трением.

Прочность сварного соединения выше прочности основного металла без заметного снижения пластичности. Отсутствуют поры, раковины, инородные включения и другие де­фекты.

Высокая герметичность.

Сохранение антикоррозионных покрытий, покрытие разрушается только в зоне шва. Грат, как внешний, так и внутренний, значительно меньший, чем при стыковой контакт­ной сварке и равномерно распределенный по периметру.

Отрасли рационального использования способа

Могут свариваться любые детали с замкнутой линией шва. Наилучшие условия сварки достигаются при одинаковой толщине стенок.

В случае сварки изделий, которые имеют разные сечения (например, трубы со стерж­нями), необходимо обеспечить одинаковые сечения в зоне сварки на глубину всего 2.. .3 мм.

Сваривают широкий диапазон металлов. Например: низкоуглеродистую сталь, легиро­ванную сталь, аустенитную сталь, медь, латунь, бронзу. Возможна даже сварка металлов и в разноименных объединениях: стали с медью, алюминий с медью и т. д.