СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ

Применение сварки трением

Сварка трением является высокоэффективным способом полу­чения неразъемных соединений. Внедряя СТ в производство, не­обходимо учитывать, что оборудование для указанного способа сварки сравнительно сложное и дорогое. Поэтому максимального экономического эффекта от ее применения достигают при массо­вом или крупносерийном производстве. Эффективность исполь­зования сварки зависит от следующих факторов:

• конструкции и технологии изготовления базового варианта детали;

• материала, размеров и массы детали;

• конструкции нового варианта детали и технологии ее произ­водства.

Сварку трением целесообразно применять в следующих случаях:

• взамен сварки плавлением, контактной сварки, пайки и клепки;

• при изготовлении деталей из металлов, которые значительно отличаются друг от друга по физико-химическим и технологичес­ким свойствам, обладают плохой свариваемостью или не свари­ваются между собой с помощью других видов сварки;

• при создании новых рациональных конструкций сварных уз­лов и ремонте деталей;

• при производстве деталей, имеющих форму тел вращения со ступенчатым по длине профилем (это позволяет производить из­готовление деталей сложной конфигурации путем сочетания сварки со штамповкой, ковкой, литьем, взамен цельноштампованных, цельнокованых или цельнолитых);

• при изготовлении деталей сложной формы из порошковых материалов путем соединения заготовок более простой формы сваркой трением.

Сварка трением практически всех конструкционных сталей в различных сочетаниях производится без затруднений.

Успешно сварку трением можно применять при сварке цвет­ных металлов (алюминий, медь и их сплавы).

Сварку трением применяют при соединении деталей, прошед­ших окончательную механическую (шлифовка, полировка), хи­мическую (антикоррозионные и упрочняющие покрытия) и тер­мическую обработку (закалка с отпуском, нормализация). Следу­ет отметить, что покрытия на трущиеся поверхности свариваемых деталей не наносят, так они выполняют антифрикционную роль и не всегда могут быть удалены из зоны соединения.

Применение сварки трением существенно ограничено формой и размерами свариваемых заготовок.

В настоящее время наибольшее распространение получили сты­ковые (стержень и стержень, труба и труба, стержень и труба), Т-образные и некоторые другие типы соединений.

Диапазон площадей сечений свариваемых заготовок находится в пределах 1,8... 10 800 мм2.

Инерционная сварка малых и больших площадей сечений тре­бует применения сложных технологических приемов и оборудова­ния и экономически невыгодна.

Минимальная длина свариваемых заготовок зависит от их вы­лета из зажима (0,5 — 1,5 диаметра свариваемого стержня или 2—4 толщины тонкостенной трубы) и длины, необходимой для за­крепления (1 — 1,5 диаметра заготовок).

Максимальная длина вращающейся заготовки ограничена внут­ренними размерами шпинделя, а длина невращающейся заготов­ки практически может быть неограниченной.

Экономический эффект от внедрения СТ состоит, в основ­ном, в уменьшении расхода электроэнергии и материалов, а так­же в повышении качества сварного соединения и производитель­ности труда.

Приведем примеры промышленного применения классической сварки трением и ее разновидностей.

В наиболее сложных условиях работают клапаны механизма га­зораспределения двигателей внутреннего сгорания и особенно вы­пускные, которые испытывают значительные механические и теп­ловые нагрузки.

Ранее эти детали изготавливали с применением цельноштам­пованных заготовок из дорогостоящей и дефицитной жаропроч­ной стали марки 40Х14Н14В2М или 5Х20Г9АН4 (Волжский и Камский автозаводы).

Технология изготовления клапана с использованием ИСТ по­зволила снизить расход жаропрочных сталей (головка из стали 5Х20Г9АН4 и стержень из стали 40ХГНМ). При этом увеличилась износостойкость и надежность клапанов при эксплуатации.

Очень сложные условия работы и у роликов гусениц тракторов. Соединение ролика, отлитого из сплава YMR 235, и вала — из стали SAE 4140 ранее осуществляли ЭЛС в вакууме. Этот процесс обеспечивал требуемое качество сварного шва, но был малопро­изводителен. Инерционная сварка резко повысила производитель­ность (рис. 7.13).

Большое распространение сварка трением получила при про­изводстве различного рода инструмента: сверл, метчиков, фрез, калибров и др. Инструмент изготавливали стыковой сваркой оп­лавлением в целях экономии дефицитных высоколегированных сталей. При этом рабочая часть инструмента выполнялась из ста­лей Р12, Р6М5, Р9М4К8Ф, 9ХС, ШХ15 и др., а крепежная часть инструмента (державка) — из различных марок конструкцион­ных сталей. В результате применения сварки трением в инструмен­тальной промышленности получена существенная экономия до­рогой быстрорежущей стали и электроэнергии, значительно сни­зился брак и трудозатраты, повысилась производительность труда и прочностные характеристики сварного соединения.

Ротационная сварка трением совершила переворот в техноло­гии изготовления сверхпрочных алюминиевых конструкций из сплавов, характеризующихся плохой свариваемостью дуговыми

Рис. 7.13. Установка для инерционной сварки трением ролика гусеничного трактора (масштаб относительно детали 1:20):

/ — пульт управления; 2 — вращающийся зажим-маховик; 3 — неподвижный зажим с деталью; 4 — шток осадки детали; 5 — привод осадки деталей; 6 — станина установки; 7 — сварной шов на деталях

способами. Использование сверхпрочных алюминиевых сплавов в конструкциях судов позволяет сделать их такими же прочными, как и стальные, но в несколько раз легче.

Ротационная кольцевая сварка трением нашла успешное при­менение, например при изготовлении герметичных толстостен­ных медных контейнеров для хранения использованных радиоак­тивных материалов в шахтах, прорубленных в коренных скальных породах, на глубине 500 м. Герметизация медных контейнеров должна быть очень высокого качества, поскольку эти контейнеры должны храниться в течение 100 000 лет. В 1999 — 2003 гг. была по­строена установка для РСТ контейнеров в натуральную величину. Контейнер закреплялся в приспособлении и вращался во время процесса сварки.

В России оборудование и технология ротационной сварки по методу FSW (Friction Stick Welding) разработки Института сварки Великобритании (TW1) и компании ESAB (Швеция) впервые были использованы в Государственном космическом научно-производ­ственном центре им. М. В.Хруничева при освоении высококаче­ственной сварки алюминиевых топливных баков космических ра­

кет. Примеры новых областей применения РСТ и разработка но­вых установок РСТ свидетельствуют о том, что она получит ши­рокое распространение в промышленности.