Postoji širok izbor metoda zavarivanja. Među njima je takav egzotičan proces kao što je zavarivanje trenjem. Njegova prepoznatljiva značajka je odsutnost potrošnog materijala kao što su elektrode, žica za zavarivanje, zaštitni plinovi. Novorazvijena metoda dobiva široko prihvaćanje.
Povijest izgleda
Povijest zavarivanja trenjem s miješanjem (FSW) započela je 1991. godine. Bio je to inovativni razvoj Britanskog instituta za zavarivanje (TWI). Nekoliko godina kasnije, tehnologija je korištena u izgradnji zrakoplova i brodova.
Prve tvrtke koje su stavile novu tehnologiju u proizvodnju bile su norveški Marine Aluminium i američki Boeing. U svojim su poduzećima koristili opremu za zavarivanje iz koncerna ESAB, specijaliziranog za razvoj u području rotacijskog zavarivanja trenjem (PCT).
Od 2003. godine tvrtka 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 zrakoplova, brodova i željezničkih kontejnera.
U zrakoplovnoj industriji pokazalo se da je moguće zamijeniti zakovne spojeve zavarenim. Štoviše, brzina zavarivanja FSW metodom značajno premašuje brzinu električnog luka. Zavar dužine 6 m može se formirati u jednoj minuti, dok je uobičajena brzina zavarivanja samo 0,8-2 m/min za debljinu dijela od 0,5 cm.
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 polovice: ovratnika i ramena.
Svojim izbočenim dijelom, rotirajuća šipka je uronjena u materijal, uzrokujući snažno zagrijavanje. Njegova je opskrba ograničena ramenom, ne dopuštajući da se obradak zavaruje. U zoni grijanja materijal značajno povećava svoju plastičnost i, pritisnut ramenom, tvori jednu masu.
Sljedeći korak je pomicanje šipke duž zavarene zone. Krećući se naprijed, rame miješa zagrijanu metalnu masu, koja nakon hlađenja stvara čvrstu vezu.
Što utječe na kvalitetu STP-a
Zavarivanje trenjem je proces koji se stalno razvija. Ali već sada postoji nekoliko parametara koji utječu na kvalitetu veze:
- Sila koju stvara alat.
- Brzina prijenosaglava za zavarivanje.
- Vrijednost ramena.
- Obodna brzina rotacije štapa.
- Ugao nagiba.
- Snaga hranjenja štapa.
Manipulacija karakteristikama zavarivanja omogućuje vam postizanje spajanja različitih metala. Na primjer, aluminij i litij. Litij, zbog svoje male gustoće i velike čvrstoće, može djelovati kao legirajuća komponenta dijelova od aluminijske legure, što omogućuje korištenje ove tehnologije u zrakoplovnoj industriji.
Zavarivanje trenjem može lako zamijeniti kovanje, štancanje, lijevanje kada se koriste za proizvodnju dijelova od metala koji se teško spajaju. Na primjer, čelici s austenitnom i perlitnom strukturom, čelici izrađeni od aluminija ili bronce.
U kojim područjima 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 uvodi novi materijali koji su dosad bili nekarakteristični zbog složenosti obrade. Sve više, strukturni elementi kao što su podokviri i ponekad cijela tijela izrađuju se od aluminija ili kombinacije aluminija.
Tako je 2012. Honda primijenila aditivnu proizvodnju i zavarivanje trenjem za proizvodnju podokvirova za svoja vozila. Uveli su kombinaciju čelika i aluminija.
Progorijevanje metalnih limova može se dogoditi tijekom proizvodnje zavarenih dijelova tijela od aluminija. Ovaj nedostatak je lišen STP. osim togaPotrošnja električne energije se smanjuje za 1,5-2 puta, smanjuje se trošak potrošnog materijala poput žice za zavarivanje, zaštitnih plinova.
Osim proizvodnje automobila, STP se koristi u sljedećim područjima:
- Građevinska industrija: aluminijske potporne rešetke, rasponi mostova.
- Željeznički transport: okviri, okretna postolja, vagoni.
- Brodogradnja: pregrade, strukturni elementi.
- Zrakoplov: spremnici goriva, dijelovi trupa.
- Prehrambena industrija: razne posude za tekuće proizvode (mlijeko, pivo).
- Električna proizvodnja: kućišta motora, parabolične antene.
Pored aluminijskih legura, zavarivanje trenjem se koristi za dobivanje bakrenih spojeva, na primjer, u proizvodnji bakrenih spremnika za odlaganje istrošenog radioaktivnog goriva.
STP pogodnosti
Proučavanje FSW-a omogućilo je odabir načina zavarivanja prilikom spajanja različitih skupina legura. Unatoč činjenici da je u početku FSW razvijen za rad s metalima s niskom točkom taljenja, kao što je aluminij (660 ° C), kasnije se počeo koristiti za spajanje nikla (1455 ° C), titana (1670 ° C), željeza (1538 ° C).
Istraživanja pokazuju da tako dobiveni zavar po svojoj strukturi u potpunosti odgovara metalu dijelova koji se zavaruju i ima veće pokazatelje čvrstoće, niže troškove rada i nisku zaostalu deformaciju.
Točnoodabrani način zavarivanja jamči usklađenost materijala zavarivanja i metala koji se zavari prema sljedećim pokazateljima:
- snaga zamora:
- savojna i vlačna čvrstoća;
- žilavost.
Prednosti u odnosu na druge vrste zavarivanja
STP ima mnoge prednosti. Među njima:
- Nije otrovno. Za razliku od drugih varijanti, nema gorenja električnog luka, zbog čega rastopljeni metal isparava u zoni zavarivanja.
- Povećana brzina formiranja šava, što rezultira bržim ciklusom.
- Smanjenje troškova energije za polovicu.
- Nema potrebe za daljnjom obradom zavara. Alat za miješanje trenjem stvara savršen zavar bez potrebe za skidanjem.
- Nema potrebe za dodatnim potrošnim materijalom (žica za zavarivanje, industrijski plinovi, fluksovi).
- Mogućnost dobivanja metalnih spojeva koji nisu dostupni za druge vrste zavarivanja.
- Nije potrebna posebna priprema rubova za zavarivanje, osim za čišćenje i odmašćivanje.
- Dobivanje homogene strukture zavara bez pora, što rezultira lakšom kontrolom kvalitete, što je regulirano za zavarivanje trenjem uz miješanje GOST R ISO 857-1-2009.
Kako se provjerava kvaliteta zavara
Kvaliteta zavarivanja se provjerava pomoću dvije vrste kontrole. Prvi uključuje uništenje prototipa koji je rezultatspoj dvaju dijelova. Drugi omogućuje provjeru 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 na kojima akustična jeka odstupa od norme.
Nedostaci metode
Uz brojne prednosti, metoda zavarivanja trenjem ima popratne nedostatke:
- Nedostatak mobilnosti. STP uključuje spajanje fiksnih dijelova, kruto fiksiranih u prostoru. To nameće određena svojstva opremi za zavarivanje trenjem uz miješanje, kao što je nepokretnost.
- Niska svestranost. Glomazna oprema konfigurirana je za obavljanje iste vrste operacija. U tom smislu, uređaji za zavarivanje dizajnirani su za specifične zadatke. Na primjer, za zavarivanje bočnih zidova automobila na pokretnoj traci i ni za što drugo.
- Zavareni šav ima radijalnu strukturu. U tom smislu, uz određene vrste deformacija ili kada se dio radi u agresivnom okruženju, može se nakupiti zamor zavara.
Vorte STP-a prema principu djelovanja
Postupci zavarivanja temeljeni na trenju mogu se podijeliti u nekoliko tipova:
- Linearno trenje. Bit metode je dobiti trajnu vezu ne kao rezultat djelovanja rotirajućeg vrha, već zbog pomicanja dijelova jedan u odnosu na drugi. Djelujući na površinu na mjestu dodira, 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 odjevenim izvana. Trenjem uzrokuje temperaturu blizu tališta. Primjer poduzeća koje koristi ovu tehnologiju je Sespel, čeboksarski proizvođač cisterni. Zavarivanje trenjem uz miješanje zauzima glavninu zavarivanja.
- Zavarivanje klinova. Ova sorta zamjenjuje spoj zakovice. Ova vrsta se koristi za spojeve preklapanja. Rotirajući zatik na mjestu kontakta zagrijava dijelove koji se zavaruju. Od visoke temperature dolazi do topljenja, a klin prodire unutra. Hlađenjem, stvara snažnu trajnu vezu.
Različitosti STP-a prema razini 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 stroj. To je prilagodljivi sustav zavarivanja trenjem za različite obojene metale. Grupe različitih veličinaoprema vam omogućuje zavarivanje dijelova malih i velikih veličina. Prema oznaci, LEGIO oprema ima nekoliko rasporeda, koji se razlikuju po broju zavarivačkih glava, mogućnosti zavarivanja u nekoliko aksijalnih smjerova.
Postoje 3D roboti za poslove zavarivanja sa složenim položajima 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 usporedbi s tradicionalnim vrstama zavarivanja. Njegova široka upotreba ne obećava samo ekonomske koristi, već i očuvanje zdravlja ljudi zaposlenih u proizvodnji.
