Postoji širok izbor metoda zavarivanja. Među njima je i takav egzotičan proces kao što je zavarivanje trenjem. Njegova prepoznatljiva karakteristika je odsustvo potrošnog materijala kao što su elektrode, žica za zavarivanje, zaštitni plinovi. Novorazvijena metoda dobiva široko prihvaćenost.
Povijest izgleda
Istorija zavarivanja trenjem sa mešanjem (FSW) počela je 1991. godine. Bio je to inovativni razvoj Britanskog instituta za zavarivanje (TWI). Nekoliko godina kasnije, tehnologija je korišćena u izgradnji aviona i brodova.
Prve kompanije koje su stavile novu tehnologiju u proizvodnju bile su norveški Marine Aluminium i američki Boeing. Oni su u svojim preduzećima koristili opremu za zavarivanje iz koncerna ESAB, specijalizovanog za razvoj u oblasti rotacionog zavarivanja trenjem (PCT).
Od 2003. godine kompanija kontinuirano istražuje mogućnosti zavarivanja trenjem uz miješanje. Na primjer, bilo ih jerazvijene su metode za zavarivanje aluminijskih legura i njihovih modifikacija koje se koriste u konstrukciji aviona, brodova i željezničkih kontejnera.
U industriji aviona ustanovljeno je da je moguće zamijeniti zakovne spojeve zavarenim. Štoviše, brzina zavarivanja FSW metodom značajno premašuje brzinu električnog luka. Zavar dužine 6m može se formirati za jednu minutu, dok je konvencionalna brzina zavarivanja samo 0,8-2m/min za debljinu dela od 0,5cm.
Suština procesa
Do spajanja metala dolazi zbog zagrijavanja u zoni zavarivanja metodom trenja. Glavni alat za zavarivanje zavarivanja trenjem je metalna šipka, koja se sastoji od dvije polovine: kragne i ramena.
Svojim izbočenim dijelom, rotirajuća šipka je uronjena u materijal, uzrokujući snažno zagrijavanje. Njegova opskrba je ograničena ramenom, ne dopuštajući da se radni komad zavari prođe. U zoni grijanja materijal značajno povećava svoju plastičnost i, pritisnut ramenom, formira jednu masu.
Sljedeći korak je kretanje šipke duž zavarene zone. Krećući se naprijed, rame miješa zagrijanu metalnu masu, koja nakon hlađenja formira čvrstu vezu.
Šta utiče na kvalitet STP
Zavarivanje trenjem je proces koji se stalno razvija. Ali već sada postoji nekoliko parametara koji utiču na kvalitet veze:
- Sila koju stvara alat.
- Brzina prijenosaglava za zavarivanje.
- Vrijednost ramena.
- Obimna brzina rotacije štapa.
- Ugao nagiba.
- Sila hranjenja štapa.
Manipulacija karakteristikama zavarivanja omogućava vam da postignete spajanje različitih metala. Na primjer, aluminijum i litijum. Litijum, zbog svoje male gustine i velike čvrstoće, može delovati kao legirajuća komponenta delova od legure aluminijuma, što omogućava da se ova tehnologija koristi u vazduhoplovnoj industriji.
Zavarivanje trenjem može lako zamijeniti kovanje, štancanje, livenje, kada se koriste za proizvodnju dijelova od metala koji se teško slažu. Na primjer, čelici sa austenitnom i perlitnom strukturom, čelici od aluminija ili bronze.
U kojim oblastima se koristi
Industrije kao što je automobilska industrija neprestano rade na tome kako povećati svojstva čvrstoće proizvoda uz smanjenje njegove težine. S tim u vezi, kontinuirano se uvode novi materijali koji su ranije bili nesvojstveni zbog složenosti obrade. Sve više, strukturni elementi kao što su podokviri, a ponekad i čitava karoserija su napravljeni od aluminijuma ili kombinacije aluminijuma.
Tako je 2012. godine Honda primenila aditivnu proizvodnju i zavarivanje trenjem za proizvodnju podokvirova za svoja vozila. Uveli su kombinaciju čelika i aluminijuma.
Progorevanje limova može nastati tokom proizvodnje zavarenih elemenata karoserije od aluminijuma. Ovaj nedostatak je lišen STP. pored togaPotrošnja električne energije je smanjena za 1,5-2 puta, smanjeni su troškovi potrošnog materijala kao što su žica za zavarivanje, zaštitni plinovi.
Pored proizvodnje automobila, STP se koristi u sljedećim područjima:
- Građevinska industrija: aluminijumske potporne rešetke, rasponi mostova.
- Železnički transport: ramovi, okretna postolja, vagoni.
- Brodogradnja: pregrade, strukturni elementi.
- Avioni: rezervoari za gorivo, dijelovi trupa.
- Prehrambena industrija: razne posude za tečne proizvode (mlijeko, pivo).
- Električna proizvodnja: kućišta motora, parabolične antene.
Pored legura aluminijuma, zavarivanje trenjem se koristi za dobijanje jedinjenja bakra, na primer, u proizvodnji bakarnih kontejnera za odlaganje istrošenog radioaktivnog goriva.
STP pogodnosti
Proučavanje FSW omogućilo je odabir načina zavarivanja prilikom spajanja različitih grupa legura. Unatoč činjenici da je u početku FSW razvijen za rad s metalima s niskom tačkom topljenja, kao što je aluminij (660 ° C), kasnije se počeo koristiti za spajanje nikla (1455 ° C), titana (1670 ° C), gvožđa (1538 °C).
Istraživanja pokazuju da ovako dobijeni šav po svojoj strukturi u potpunosti odgovara metalu dijelova koji se zavaruju i ima veće pokazatelje čvrstoće, niže troškove rada i nisku zaostalu deformaciju.
Tačnoodabrani način zavarivanja jamči usklađenost materijala zavarivanja i metala koji se zavari prema sljedećim pokazateljima:
- snaga zamora:
- čvrstoća na savijanje i zatezanje;
- žilavost.
Prednosti u odnosu na druge vrste zavarivanja
STP ima mnogo prednosti. Među njima:
- Nije otrovno. Za razliku od drugih varijanti, nema sagorevanja električnog luka, zbog čega rastopljeni metal isparava u zoni zavarivanja.
- Povećana brzina formiranja šava, što rezultira bržim ciklusom.
- Smanjenje troškova energije za polovinu.
- Nema potrebe za daljom obradom zavara. Alat za frikciono miješanje formira savršen zavar bez potrebe za skidanjem.
- Nema potrebe za dodatnim potrošnim materijalom (žica za zavarivanje, industrijski plinovi, fluksovi).
- Mogućnost dobijanja metalnih spojeva koji nisu dostupni za druge vrste zavarivanja.
- Nije potrebna posebna priprema rubova za zavarivanje, osim čišćenja i odmašćivanja.
- Dobijanje homogene strukture zavara bez pora, što rezultira lakšom kontrolom kvaliteta, što je regulisano za zavarivanje trenjem i mešanjem GOST R ISO 857-1-2009.
Kako se provjerava kvalitet zavara
Kvalitet zavarivanja se provjerava pomoću dvije vrste kontrole. Prvi uključuje uništavanje prototipa koji je rezultatspoj dva dela. Drugi omogućava verifikaciju bez uništavanja. Koriste se metode kao što su optička kontrola, audiometrijski pregled. Pomaže u određivanju prisutnosti pora i nehomogenih inkluzija koje degradiraju karakteristike šava. Rezultati kontrole zvuka su dijagram koji jasno pokazuje mjesta gdje akustični eho odstupa od norme.
Nedostaci metode
Uz brojne prednosti, metoda zavarivanja trenjem ima i prateće nedostatke:
- Nedostatak mobilnosti. STP uključuje spajanje fiksnih dijelova, kruto fiksiranih u prostoru. Ovo nameće određena svojstva opremi za zavarivanje trenjem i mešanjem, kao što je nepokretnost.
- Niska svestranost. Kabasta oprema je konfigurisana za obavljanje iste vrste operacija. U tom smislu, uređaji za zavarivanje su dizajnirani za specifične zadatke. Na primjer, za zavarivanje bočnih zidova automobila na pokretnoj traci i ni za što drugo.
- Zavareni šav ima radijalnu strukturu. S tim u vezi, kod određenih vrsta deformacija ili kada se dio radi u agresivnom okruženju, može se akumulirati zamor zavara.
Vorte STP-a prema principu djelovanja
Procesi zavarivanja bazirani na trenju mogu se podijeliti u nekoliko tipova:
- Linearno trenje. Suština metode je da se dobije trajna veza ne kao rezultat djelovanja rotirajućeg vrha, već zbog pomicanja dijelova jedan u odnosu na drugi. Djelujući na površinu na mjestu kontakta, stvarajutrenje i posljedično visoke temperature. Pod pritiskom se susjedni dijelovi tope i formira se zavareni spoj.
- Radijalno zavarivanje. Ova metoda se koristi za proizvodnju kontejnera velikog promjera, željezničkih cisterni. Svodi se na činjenicu da se spojevi dijelova zagrijavaju rotirajućim prstenom koji je obložen izvana. Trenjem izaziva temperaturu blizu tačke topljenja. Primjer poduzeća koje koristi ovu tehnologiju je Sespel, čeboksarski proizvođač cisterni. Zavarivanje frikcionim miješanjem zauzima najveći dio zavarivanja.
- Zavarivanje klinova. Ova sorta zamjenjuje spoj zakovice. Ovaj tip se koristi za preklapajuće veze. Rotirajući klin na mjestu kontakta zagrijava dijelove koji se zavaruju. Od visoke temperature dolazi do topljenja, a klin prodire unutra. Hlađenjem, stvara snažnu trajnu vezu.
Varieti STP-a po nivou težine
Operacije zavarivanja koje se izvode pomoću trenja mogu se podijeliti na planarne i volumetrijske. Glavna razlika između ovih varijanti je u tome što se u prvom slučaju šav formira u dvodimenzionalnom prostoru, au drugom - u trodimenzionalnom prostoru.
Tako je za planarne spojeve proizvođač opreme za zavarivanje ESAB razvio 2D LEGIO mašinu. To je prilagodljiv sistem zavarivanja trenjem za različite obojene metale. Grupe različitih veličinaoprema vam omogućava zavarivanje dijelova malih i velikih veličina. Prema oznaci, LEGIO oprema ima nekoliko rasporeda, koji se razlikuju po broju zavarivačkih glava, mogućnosti zavarivanja u više aksijalnih smjerova.
Postoje 3D roboti za poslove zavarivanja sa složenim pozicijama u prostoru. Takvi se uređaji ugrađuju na automobilske transportere, gdje su potrebni zavari složene konfiguracije. Jedan primjer takvih robota je ESAB-ov Rosio.
Zaključak
STP ima prednost u poređenju sa tradicionalnim tipovima zavarivanja. Njegova široka upotreba ne obećava samo ekonomske koristi, već i očuvanje zdravlja ljudi zaposlenih u proizvodnji.
