Наращивание сверла сваркой трением

Сверление трением, как делается и особенности технологии

Среди различных способов выполнить отверстие в металле существует достаточно специфический и редко применяемый метод, так называемое сверление трением. О особенностях этой технологии я расскажу в данной статье.

Особенности технологии сверление трением

Сверление трением

Для выполнения такой операции применяются сверла без режущих граней, так называемые пуасоны или термосверла. Под большим давлением и на высоких оборотах создается достаточная сила трения с помощью которой разогревается металл. Когда его температура достигает порядка 600˚ С, он становится пластичным, что позволяет сверлу проникать в него и делать сквозные отверстия без образования стружки.

Видео выполнения такого сверления

Для чего применяется такая технология

Этот метод сверления применяют в тех случаях когда необходимо выполнить резьбовое соединение, установить втулку поз подшипник или пайку в тонкостенном металле, некоторыми термосверлами можно обрабатывать металл до 12 мм. Благодаря технологии есть возможность получить большую площадь нарезки резьбы, в 2-3 раза, для увеличение силы затягивания или установки втулок.

Преимущества и недостатки

Плюсы Минусы
Высокая скорость и точность выполнения отверстий Процесс можно выполнить только на сверлильном станке, поддерживающий от 2500 оборотов
Отсутствие стружки, экономия времени на ее удалении Цена данного сверла высокая, что делает нерентабельным процесс при едино разовом использовании
Отсутствие необходимости в заточке инструмента и продолжительный срок службы. К примеру, производитель Centerdrill дает гарантию на использование своего инструмента до 3000 операций

Главным преимуществом технологии в целом можно назвать возможность использования тонкого металла в конструкции без потери качества соединения. Это значительно сокращает расходы как на сам материал, так и на его дальнейшую обработку, транспортировку готового изделия и его утилизацию после окончания срока службы.

Выполнение сверления пошагово

Термосверло устанавливается по разметке делали. Далее к нему прикладывается определенное осевое усилие на больших оборотах вращения, которые зависят от диаметра резьбы. Посмотреть эти данные можно в таблице ниже.

Происходит нагрев металла в точке соприкосновения пуасона с поверхностью за счет возникшего трения. Постепенно осевое давление увеличивается до полного проникновения сверла в заготовку. Здесь добавляется разделяющий порошок, который служит для охлаждения сверла и защищает его от перегрева.

На этом этапе происходит вытеснение металла с отверстия в двух направлениях, к нижней и верхней части заготовки. При этом осевое давление уменьшается, а обороты увеличиваются.

На этом этапе уже сформировано отверстие с обрамляющим утолщением по всему контуру. С верхней поверхности это кольцо может быть срезано при помощи специального торцующего пуасона, о нем я расскажу чуть ниже.

Здесь показана нарезка резьбы в отверстии. Это можно сделать стандартным мечиком, можно использовать способ холодной деформации резьбы с помощью без стружечного мечика. Второй вариант позволит получить более плотный материал в части соединения за счет его прессовки.

Какие термосверла существуют

Существует несколько видов таких сверл, образно их можно разделить на стандартные и торцующие. Теперь подробнее.

Стандартное термосверло, предназначено для сухого сверления отверстий в таких металлах как :

• Стали различных видов,

• Медь и ее сплавы (бронза, латунь и тд),

Может быть с длинной или короткой рабочей частью. Оно образует буртик с обеих сторон обрабатываемой заготовки.

Термосверло с торцующей юбкой. С его помощью можно не только формировать отверстие, но и убирать наплавление металла с передней части обрабатываемой поверхности.

Таблица подбора скорости вращения и мощности оборудования в зависимости от диаметра резьбы

Диаметр
резьбы
Диаметр пуансона,
мм
Необходимая
скорость
вращения, об/мин
Мощность станка,
кВт
M3 2.7 3000 0.7
M4 3.7 2600 0.8
M5 4.5 2500 0.9
M6 5.4 2400 1.1
M8 7.3 2100 1.5
M10 9.2 1800 1.7
M12 10.9 1500 1.9
M16 14.8 1400 2.4
M20 18.7 1200 3.0

Часто задаваемые вопросы, ответ эксперта

Можно ли сделать такое сверление своими руками, без использование сверлильного станка?

Ответ. Выполнить такую работу, например электрической дрелью, достаточно сложно. Нужно иметь достаточно мощный инструмент и прикладывать значительно усилие. Если заготовка из очень тонкого металла, до 1 мм, просверлить ее получится, с более толстым металлом уже могут возникнуть проблемы. Так же могут возникнуть проблемы с биением сверла, так как вручную удержать дрель в одном положении сложно, а это может привести к выполнению отверстия не точного размера.

Почему получаются рваные края обрамляющего кольца?

Ответ. Причина заключается в недостаточном прогреве металла или пуасона. В первом случаи, чаще всего, это низкие обороты инструмента или слишком высокое осевое давление на заготовку, во втором так же может быть использовано слишком много разделяющего порошка для охлаждения сверла. Решением второй проблемы может быть предварительное прогревание термосверла на 2-3 отверстиях.

Какие проблемы возникнут если не правильно выбрать скорость вращения и мощность оборудования?

Ответ. Пуасон будет облипать металлом и получить точное отверстие не получится.

Что обязательно нужно учесть при выполнении такого сверления.

Ответ. Подобрать пуасон правильного диаметра, подобрать скорость вращения и мощность станка с учетом толщины обрабатываемого металла, надежно закрепить заготовку.

Центровочное сверло относится к разряду профиссионального многофункционального инструмента комбинированного типа. Другими словами оно имеет несколько различных рабочих частей, с помощью .

Такой вид инструмента как сверло по металлу можно встретить у любого домашнего мастера, при этом обязательно иметь набор сверл различного .

Такие сверла как конусное и ступенчатое очень часто путают между собой не только мастера (не берем во внимание профессионалов в .

Сверление металлов это технологический процесс, направленный на получение отверстий различного диаметра в металлических листах и заготовках с использованием специального вращающегося .

Наращивание сверла сваркой трением

Токарный станок является многофункциональным оборудованием, которое может применяться для выполнения различных задач, в том числе точной сварки деталей путем трения. Это может пригодиться при необходимости нарастить сверло или другой инструмент. При сваривании сверла обычной сваркой невозможно правильно отцентровать хвостовик, поэтому при использовании такой оснастки наблюдается сильное биение. Если выполняется наращивание на токарном станке путем трения, то подобная проблема почти исключается.

История Компании

Компания Somta Tools была основана в ЮАР в 1954 году фирмой «Samuel Osborn Ltd». Название Somta – это сокращение, полученное из имен Самюэль Осборн (Samuel Osborn – основатель Osborn Steels U.K.) и Роберт Муше (Robert Mushet – изобретатель быстрорежущей стали, живший в 19 веке).

Полное название – Samuel Osborn Mushet Tools Africa.

Оригинальные продукты: на предприятии с персоналом 30 человек запущено производство спиральных сверл, разверток, инструментальных заготовок и резцов.

Начало: одна из славных страниц истории Somta – бывшая материнская компания впервые произвела спиральное сверло из быстрорежущей стали. До 1870 года эти сверла изготавливались из плоской стали и затем физически скручивались – отсюда произошло название «спиральное» или «винтовое» сверло. Затем с помощью фрезерных станков на сверлах фрезеровались канавки, пока, наконец, не был изобретен метод заточки.

Вехи: Одна из наиболее ценных вех в истории Somta – покупка станка Hertlein для заточки канавок спиральных сверл в 1963 году, то есть раньше, чем это сделала материнская компания из Шеффилда. Этот станок работает и по сей день. Станок затачивает рабочую часть сверла (диаметром до 13 миллиметров) за один проход. В те дни это было неслыханно.

Рост Somta (1963 – 1979): Somta постепенно росла и по количеству выпускаемой продукции и по численности персонала. За этот период также значительно расширился диапазон выпускаемой продукции. В 1979 фирма была куплена компанией Haggie Ltd, одним из крупнейших в мире производителей стального троса. Наиболее крупным рынком сбыта продукции компании всегда была южноафриканская горнодобывающая промышленность.

Дальнейший рост Somta (1980-ые годы): Вместе с Haggie в качестве владельца ускоренными темпами росла и развивалась Somta. Это стало возможно благодаря инвестициями в капитальное оборудование.

Внедрение сварки трением (рабочая часть сверла – быстрорежущая сталь, стержень – углеродистая сталь): в 1980 году Somta первым из производителей режущего инструмента за пределами Великобритании начала использовать сварку трением.

Внедрение заточных станков с ЧПУ: в начале 1980-ых, когда заточные станки с ЧПУ для инструментального производства были разработаны в США и Европе, Somta приобрела несколько таких станков. Новая технология гарантировала значительное повышение качества, позволила Somta выйти на мировой рынок и обеспечила её конкурентоспособность.

Читайте также  Интерьерная подвеска из ниток

Приобретение компаний Clarkson & Mitco: В 1982 году Somta приобрела компанию “Clarkson Tap and Die South Africa” (расположенную по соседству), а в 1984 году – “Mitco Tools Pietermaritzburg”. Численность персонала Clarkson составляла 60 человек, Mitco – 160 человек. Оборудование и персонал Mitco переместились в производственные помещения Somta на улице Идендайле.

Расширение фабрики и ее подразделений: с увеличением количества работающих и дополнительным оборудованием рабочих площадей стало не хватать.Поэтому возникла необходимость в расширении площадей. Было принято решение по строительству отдельных цехов для разной продукции, в частности, склада для стали и цехов для производства инструментальных заготовок, сверл, метчиков, фрез и т.п.

У каждого подразделения был собственный менеджер, отвечающий за наем персонала, обучение, количество и качество продукции, расходы и т.д. Эта организационная структура была внедрена в 1986 года и действует по настоящее время. Сотрудники каждого подразделения являются специалистами по своему профилю.

Смена собственника компании (1999 – 2003): В 1999 компания Haggie решила ‘освободиться’ от неосновных или не связанных с основной деятельностью фирм. Somta была продана британскому холдингу «Brooke Industrial Holdings». К сожалению в 2003 года Brooke столкнулась с трудностями и была ликвидирована. Контрольный пакет акций Somta был выкуплен банком SCMB (Standard Corporate Merchant Bank).

Инвестиции на сумму 2 миллиона долларов в завод покрытий Balzers: В 2003 году Somta интегрировала в свою производственную программу Balzers PVD – систему покрытий на основе осаждения из паровой фазы, предлагая инновационный диапазон высокоэффективных покрытий Balzers BALINIT® для любого режущего инструмента. Это позволило Somta внедрить на рынок режущие инструменты с покрытием и стать в один ряд с лучшими мировыми производителями высокотехнологичных инструментов.

Развитие производственной базы: одним из преимуществ Somta является способность проектировать и совершенствовать свои собственные станки для производства режущего инструмента. Изначально это стало необходимым из-за низкого обменного курса национальной валюты (рэнда) и долгих сроков поставок производителей станков. Выгода от собственного проектирования станков очевидна: более высокая конкурентоспособность.

Работники Somta – совладельцы 7,5 % акций: В конце 2010 года фирма Somta создала “Трест работников Somta”, благодаря которому 500 сотрудников фирмы получили возможность долевого участия в компании в размере 7,5% её капитала.

Это стало возможным благодаря выкупу контрольного пакета акций менеджерами Somta у основного акционера банка SCMB (Standard Corporate Merchant Bank) и реструктуризации компании. Сделка была частью широкой компании по привлечению черного населения к участию в экономической деятельности, а также собственной инициативой компании по «африканскому ренессансу» с целью дать сотрудникам почувствовать себя частью одного общего дела.

Расширение производства твердосплавных инструментов: только в 2012 году Somta инвестировала более десяти миллионов рандов в современное оборудования с ЧПУ, что позволило вчетверо увеличить объем производства и существенно снизить сроки поставки продукции.

В рамках этих инвестиций была приобретена 4-х-осевая измерительная машина с ЧПУ Walter Helicheck Basic 3 для бесконтактного комплексного измерения вращательно-симметричных прецизионных инструментов со сложной геометрией, что позволило значительно улучшить качество и упростить процедуру контроля. Были закуплены также 7 других машин, к которым в будущем добавятся еще 3.

Для размещения нового оборудования и создания задела для будущего наращивания мощностей производственные площади цеха твердосплавного инструмента были увеличены со 130 до 418 квадратных метров. Это позволило создать испытательную лабораторию и учебный центр с вертикально-фрезерным станком с ЧПУ HAAS VF- 3YT для проверки, испытания и совершенствования существующих и будущих моделей инструмента, а также обучения персонала.

Теперь SOMTA может использовать этот научно-исследовательский и опытно-конструкторский центр для решения сложных задач, связанных со спецификой обработки или типом обрабатываемого материала. Компания SOMTA в состоянии симулировать условия производства таким образом, чтобы ее заказчикам больше не приходилось останавливать свои производственные линии для тестирования инструмента. SOMTA является единственной на африканском континенте компанией, располагающей подобным комплексом для производства, нанесения покрытия, измерения и тестирования инструмента.

Статистика компании

Распределение товара: у Somta около 370 дистрибьюторов в Южной Африке, что определяет ее лидирующее положение на местном рынке. Somta экспортирует свою продукцию в 70 стран мира, причем объем экспорта составляет 58% всего объема продаж. Somta продает товар дистрибьюторам, каталожным магазинам и многочисленным изготовителям режущего инструмента во всем мире.

Номенклатура изделий сегодня: Somta предлагает 25000 стандартных артикулов и 6000 артикулов на заказ, соответствующих стандартам DIN , ISO, ANSI и JIS, а также специальный инструмент, изготовленный по чертежам заказчика.

Увеличенный штат: на Somta в настоящее время занято более 400 человек, включая офис продаж и склад в Йоханесбурге.
Подразделения: все наши производственные подразделения, в частности, производство заготовок, термообработка, производства сверл, фрез, метчики, разверток, специнструмента и нанесение покрытий, расположены на общей заводской территории.

Размер компании: Несколько лет назад Somta утверждала, что является крупнейшим изготовителем режущего инструмента в южном полушарии. Сегодня мы уже не так уверены в этом, поэтому правильнее будет сказать, что мы – ОДНИ из крупнейших.

Цель компании: Производство и поставка режущего инструмента мирового класса. Способность компании достичь этой цели подтверждена сертификатом Международной организацией по стандартизации ISO 9002 (1991), ISO 9001 (2003/2008).

Миссия компании: производить и поставлять режущий инструмент наивысшего качества и оказывать сервисные услуги высшего класса на мировом и местном рынках.

Изготовитель и поставщик сверл, разверток, концевых фрез, фрез с посадочным отверстием, метчиков и плашек, заготовок, цельного твердосплавного инструмента, режущего инструмента по индивидуальному заказу и с различным покрытием

Последние новости

Somta’s new multi-purpose cutting tool range is designed specifically to assist manufacturers who machine multiple material types whilst combining three essential components – flexibility, performance and value for money. This new MultiForce range includes a. . Узнать больше

Первым делом необходимо подобрать пруток аналогичного диаметра, что и хвостовик сверла. Перед выполнением сваривания торец заготовки нужно выровнять. Он зажимается в шпинделе станка и стачивается резцом. Само сверло имеет ровный торец хвостовика, поэтому не нуждается в подготовке.

В шпиндель зажимается сверло с выходом хвостовика примерно 15 мм.

На заднюю бабку станка устанавливается сверлильный патрон, в котором закрепляется пруток для наращивания.

Чтобы произвести сварку трением и не навредить станку, лучше установить количество оборотов примерно на 60-70% от максимально возможных. Теперь можно включать вращение шпинделя.
После запуска станка нужно медленно надвигать пиноль, состыковав хвостовик сверла и торец прута для наращивания.

Поджатые детали начнут притираться.

Сначала будет происходить легкое выгибание и биение, сопровождаемое вылетом стружки, но через несколько секунд оно прекратится.

По мере сдвига пиноля с прутом к хвостовику сила трения увеличивается, что приводит к сильному разогреву деталей.

Когда металл раскалывается до получения пластичной массы в месте трения, станок нужно остановить. В последний момент важно еще немного надвину пиноль. Расплавленная сталь из двух деталей скипается между собой, в результате чего и происходит сваривание.

Если удлиненное сверло необходимо для проделывания глубокого отверстия, то грибок на месте сращивания нужно сточить с помощью резца.

В противном случае утолщение не будет проходить в высверленное отверстие. Однако стачивание грибка уменьшит надежность крепления, поскольку уменьшается площадь сварки.
При наращивании на токарном станке полностью избежать биения удлиненного сверла не удастся, но оно будет допустимым для выполнения бытовых задач. Чтобы добиться надежного сваривания важно хорошо прогреть заготовки, перед тем как выключить вращение шпинделя. Не стоит бояться, что режущая кромка сверла потеряет от этого закалку, поскольку она располагается достаточно далеко от раскаленного хвостовика.

Сварка трением

Говорят, что сварка трением была открыта в Советском Союзе, когда токарь соединил на станке две заготовки цилиндрической формы. Одну он зажал неподвижно, а вторую, вращал в шпинделе. Стоило только соединить с определенным усилием торцы заготовок вместе, и они сварились.

bezy-myanny-j

Легенда также гласит, что все это произошло случайно. Может это и так. В любом случае, технология сварки трением начала развиваться, достигла определенных успехов и на сегодняшний день появились различные ее виды. Это довольно экономичный способ качественной сварки различных узлов без плавления дугой и применения индукционного или прочего нагрева.

По сути, сварка трением – это разновидность сварки давлением, так как только одновременное использование этих двух физических явлений, трения и давления, и приводит к формированию неразъемного сварного соединения. От других сварок она отличается только способом подачи тепла, которое в данном случае образуется через преобразование механической энергии посредством сил трения.

Читайте также  Мясо птицы в рассоле (для длительного хранения)

Весь процесс от начала и до конца можно описать в четырех простых пунктах:

  • Как только трение начинает действовать на детали узла, с трущихся поверхностей удаляются жировой слой и оксидная пленка.
  • Детали начинают разогреваться, область взаимодействия становится пластичной, а между атомами металлов образуются связи.
  • Теперь металл легко поддается пластической деформации и выдавливается из стыка.
  • Механическое движение прекращается с образованием прочного шва.

Принцип хорошо виден на фото сварки труб.

tumblr_nrjhisefba1u7qpcro1_1280

Способ эффективно используется на производстве, в строительной промышленности и классифицируется в зависимости от вида и формы применяемых материалов и принципа работы оборудования. Различают следующие виды сварки трением:

  • Ротационная

(инерционная, с постоянной скоростью вращения);

  • Перемешиванием

( катушечная, точечная, шовная);

  • Погружная
    • Трибосборка;
    • Радиальная;
    • Вибрационная

    (орбитальная, ультразвуковая, линейная).

    демонстрируется технология сварки трением

    Сварка трением с перемешиванием

    Уникальный метод сварки трением с перемешиванием (СТП) был открыт в 1991 году в Великобритании в институте TWI. С тех пор началось активное изучение и технологическое совершенствование применяемого оборудования, что привело к широкому внедрению данного метода во многих отраслях промышленности России и зарубежных стран, таких как вагоностроение, судостроение, машиностроение.
    Несомненное преимущество процесса СТП заключается в том, что соединение кромок металлов перемешиванием происходит в твердом состоянии, а значит, отсутствуют проблемы, которые ранее были вызваны дуговой сваркой: коробления, выгорание легкоплавкой эвтектики и т.д.
    Сущность процесса заключается в следующем: рабочий орган (стержень) погружается на определенную глубину в свариваемый металл (диаметр инструмента не должен превышать глубину сварки), после чего ему сообщается вращательное движение с высокой скоростью с одновременным перемещением вдоль линии стыка. Под действием сил трения металл приобретает пластичные свойства, в результате чего происходит его перемещение вдоль оси вращения рабочего органа и перенос в направлении сварки с образованием неразъемного шва.
    С помощью СТП соединяют металлы с низкой температурой ликвидуса: алюминиевые и магниевые сплавы, никель, медь и титан.

    stp

    Классификация СТП

    По назначению:

    • Шовная;
    • Точками;
    • Наплавка;
    • Удаление пор, раковин и видоизменение материала;
    • Формирование внутренних каналов;
    • Пайка.

    По конструктивным особенностям инструмента:

    • С вращающимся и неподвижным буром;

    • Катушечная;
    • С конусным пином;
    • С изменяемой длиной пина;
    • Инструментом без пина;

    По другим особенностям:

    • С дополнительно вносимым металлом;
    • С дополнительным нагревом;
    • С применением защитных сред и добавлением легирующих элементов;
    • С механической или упрочняющей обработкой сварного шва;
    • Тип параметров, поддерживаемых на постоянном уровне (Fz; Fx;δ)

    Технология сварки трением

    Сварочное соединение при сварке трением получается вследствие тепла, которое образуется в зоне подвижного фрикционного контакта на поверхности заготовок.

    В основу большинства технологических процессов, используемых для сварки изделий, положен принцип внешнего тепла, которое выделяется каким-либо высокоэнергетическим источником, например, дуговым разрядом. Однако генерация тепла в зоне сварки может быть выполнена и иначе. К числу таких методов относится сварка трением. Известны, в частности, сварка трением труб, плоских поверхностей, а также деталей конгруэнтной (полностью совпадающей) конфигурации.

    Основы процессов сварки трением

    Сварочное соединение в рассматриваемом случае получается вследствие тепла, которое образуется в зоне подвижного фрикционного контакта на поверхности заготовок. При этом заготовки должны вращаться с различными угловыми скоростями или (что на практике реализуется чаще) во взаимно противоположных направлениях. К обеим соединяемым деталям прикладывается определенное осевое усилие сжатия, значение которого во времени непостоянно.

    Сварка трением

    В сопоставлении с обычными сварочными технологиями (например, стыковой электросварки) сварка трением отличается следующими эксплуатационными преимуществами:

    1. Энергоемкость процесса соединения существенно уменьшается.
    2. Надежностью сварного стыка всегда постоянна и зависит только от теплофизических характеристик металла свариваемых изделий.
    3. Нет необходимости в предварительной подготовке соединяемого стыка (за исключением его тщательной очистки от ржавчины, жировых пятен и смазки).
    4. Высокое качество соединения образуется даже при возможной непараллельности смежных поверхностей заготовок до углов 5-7 0 .
    5. При сварке трением отсутствуют такие негативные факторы, как интенсивное ультрафиолетовое излучение и вредные выделения газов — продуктов сварочных реакций.
    6. Технологическая оснастка для сварки трением проста, допускает свое легкое регламентное обслуживание и легко поддается механизации и автоматизации.

    Считается, что прочность сварного стыка после выполнения подобной обработки равнопрочна с исходным металлом, механические характеристики которого являются ниже материала другой, соединяемой таким способом детали.

    Технология операций и определение нагрузок

    1. Значение рабочего давления, при котором происходит оптимальный разогрев стыкуемых изделий.
    2. Время основных стадий процесса.
    3. Расчетное усилие на исполнительном прижимающем механизме.

    Кинематика процесса такова. Соединяемые детали подводятся друг к другу, после чего включается привод их вращения в противоположных направлениях.

    Станок для сварки трением

    По мере разогрева поверхностей последовательно наступают две стадии соединения: нагрева, при котором увеличивается пластичность металла, и осадки, в течение которой происходит деформирующее сжатие, вплоть до сплошного оплавления кромок и получения неразъемного соединения.

    Суммарное усилие машины для сварки трением учитывает удельные нагрузки от обеих стадий, а также размеры площади поперечного сечения соединяемых заготовок.

    Сам процесс сварки трением происходит так. Заготовку устанавливают в шпиндель станка, либо в подвижный суппорт (все зависит от вида стали, например, заготовки из быстрорежущих стали, теплофизические параметры которых выше, устанавливают именно в шпиндель, угловая скорость вращения которого выше). Установку полуфабриката производят таким образом, чтобы вылет заготовки на несколько миллиметров превышал уровень осадки. Для быстрорежущих сталей вылет принимают на 3-5 мм больше, чем для изделий из конструкционных или нелегированных сталей. Для ограничения и контроля величины вылета используются регулируемые упоры.

    В процессе осадки происходит неконтролируемое увеличение поперечного сечения заготовок, поэтому заготовки размещают в специальной закрытой матрице из материала с более высокими показателями теплостойкости (например, из сталей типа 5ХНМ, которые применяют для изготовления штампов горячей объемной штамповки). Применение матрицы исключает появление сварочного грата, а также обеспечивает более равномерный прогрев заготовок, поскольку в этом случае генерируется два встречных тепловых поля.

    Последовательность выполнения сварки

    Проковка заготовки

    После начала осадки нагретых заготовок выполняется их частичная проковка. Эта стадия операции машиной для соединения трением производится автоматически. В более дешевых, полуавтоматических машинах приходится управлять процессом сварки по показаниям приборов, в частности, силоизмерителя и манометра.

    После того, как процесс завершен, с установки снимают матрицу, извлекают соединенную заготовку из зажимов и сразу же помещают ее в термостат. Такой переход необходим для того, чтобы произвести оперативный отжиг места сварного соединения. Для того, чтобы предохранить заготовку от теплового удара, вызванного значительным температурным перепадом. Это особенно важно для сталей, которые склонны к отпускной хрупкости — нержавеющих, высокоуглеродистых и высоколегированных.

    Начальная температура внутри термостата устанавливается не ниже 150-180 0 С. В термостате выполняется медленное охлаждение места стыка до момента, когда температуры снизится до 50 0 С. После этого соединение можно подвергнуть либо отжигу, либо использовать непосредственно.

    Рассматриваемый процесс можно применять и для заготовок, которые имеют два стыка. Для этого вначале вышеописанным способом получают первый из стыков, затем помещают полуфабрикат в термостат с температурой 750-800 0 С и выдерживают его там не менее 2.5-3 ч. Далее выполняется очистка полученного стыка от макродефектов сварки. Очищенную заготовку без торцевания второго стыка закрепляют в шпинделе или в суппорте и сваривают второй стык. Последующие переходы не отличаются от технологии одностыковой сварки трением.

    Соединение с использованием трения может использоваться не только для сталей. Например, сварка алюминия трением считается особенно малозатратным способом получения неразъемного соединения, поскольку алюминий имеет хорошую теплопроводность и нагревается значительно быстрее стальных заготовок.

    В условиях ремонтных мастерских, а также в быту, под сварку трением можно успешно приспосабливать обычные токарные станки. Предварительно следует произвести расчет допускаемого осевого усилия на шпиндель и соотнести полученное значение с требуемым.

    Параметры машин для сварки трением

    Последовательность выполнения стыкового соединения деталей трением можно увидеть на демонстрационном видео:

    Сущность сварки трением

    Фрикционная технология или сварка трением основана на способности металла преобразовывать энергию силы трения в тепловую. Метод разработан в России более 60 лет назад для соединения разнородных металлов. Экологически безопасная технология постоянно совершенствуется, расширяется спектр производимых сварных работ.

    Сварка трением

    Что такое сварка трением

    Сварка трением, по сути, это способ соединения металлов под давлением при нагреве до точки пластичности за счет фрикционных сил во время взаимного движения заготовок. Детали подвергают трению под большой нагрузкой. Благодаря происходящим в металле внутренним структурным процессам, удается получать прочные соединения без больших энергозатрат. Движение бывает:

    • вращательным;
    • поступательным;
    • возвратно-поступательным (колебательным).

    Двигаются обе заготовки одновременно или только одна, вторая жестко закреплена. В отличие от других видов сварки, технология с использованием силы трения применима для сплавов с разными температурами плавления. В процессе соединения металл не расплавляется, а вдавливается, образуя прочный шов.

    Область применения

    Фрикционная сварка изначально разрабатывалась для оборонной промышленности, атомного комплекса. Затем метод стали использовать в машиностроении, электротехнике. Радиальным методом сваривают трубы для добывающей отрасли. Подходит для соединения плохо свариваемых металлов, магниевых, алюминиевых сплавов, цветных металлов, углеродистой, легированной стали, разнородных пластичных сплавов. Технология заменяет клепку, контактную электросварку. Используется для наплавки режущего инструмента, восстановления деталей.

    Преимущества и недостатки

    В сравнении с другими видами соединения металлов, у использования силы трения хорошие перспективы. У метода много преимуществ:

    • технология отличается высокой производительностью, шов образуется за несколько секунд благодаря скоростному движению деталей, непродолжительному сжатию заготовок;
    • удается получать прочные соединения, процент брака невысокий;
    • стабильно хорошее качество швов: на них нет окалины, пережогов, непроваров, пористости;
    • не требуется предварительной зачистки оксидного слоя;
    • перечень свариваемых сплавов широк;
    • технология безопасна, не требуется обычной экипировки сварщика;
    • процесс автоматизирован, только крупногабаритные детали приходится устанавливать вручную.
    • невысокая универсальность, геометрия свариваемого проката ограничена: прутки, трубы, листовой прокат, лента, полоса;
    • габаритное оборудование, оно устанавливается стационарно, мобильных аналогов нет;
    • нарушается микроструктура сплава в области пластической деформации, искривление структурных волокон при сварке приводит к усталостной деформации, со временем металл теряет былую прочность.

    Виды сварки трением

    Разработаны различные технологии, в результате которых в месте стыка образуется сцепляющий молекулярный слой, надежно удерживающий свариваемые заготовки вместе. Методика предусматривает различные способы преобразования силы трения в тепловую. Каждую технологию сварки стоит рассмотреть подробно.

    Сварка трением с перемешиванием

    Молодая технология запатентована в конце прошлого века, разработана в Британии. При сварке трением с перемешиванием обе свариваемые детали закрепляются неподвижно. Кромки подготавливают так, чтобы между ними мог пройти вращающийся инструмент, создающий силу трения. Он представляет собой цилиндр со штырем и заплечиками. Кромки для сварки трением с перемешиванием нагреваются от вращения центрального штыря между сдавливаемыми деталями. Размягченный металл смешивается движущимся стержнем, центробежной силой вытесняется назад, полностью заполняет зазор между заготовками. Формируется сварочный шов, валик корректируют заплечики. После одной или нескольких проходок стыка инструмент, используемый при сварке, выходит за область деталей. При сжатии жидкий металл шва уплотняется.

    Сварка трением с перемешиванием

    Линейная сварка

    Для нагрева металла используется поступательное движение. Для линейной сварки трением кромки соприкасаются за счет колебательных движений, одна заготовка зажимается, другая подвижна. Когда металл разогрет до точки пластичности, детали сжимают. Размягченный сплав в процессе сварки взаимно вжимается, образуется общий слой молекул. Технология применяется для соединения элементов из различных металлов, схожих по показателям пластичности. Образуется прочное соединение по всей площади стыка.

    Орбитальная сварка

    Сжатые заготовки соприкасаются, вращаясь по разным орбитам в одной плоскости. Орбитальную сварку трением обычно используют для деталей с большой площадью соприкосновения. Регулируется относительное смещение осей (эксцентриситет), скорость движения. Когда за счет силы трения поверхности заготовок разогреваются до необходимой температуры, заготовки устанавливают соосно, сильно сдавливают. После формирования шва производится проковка для упрочнения структуры диффузного слоя.

    Орбитальная сварка трением: а - стадия нагрева; б - стадия проковки

    Инерционная сварка трением

    По технологии одна свариваемая часть плотно фиксируется, другая крепится к маховику. Разгоняется, скорость достигает 11 м/с, угловое ускорение – от 150 до 300 рад/с 2 . Разогрев происходит во время сближения раскрученной заготовки с неподвижной. Разогрев происходит за счет сил инерции, накопленной маховиком. Двигатель в этот момент уже отключен, а подвижную заготовку вдавливают в неподвижную с усилием до 4740 кг/см 2 в зависимости от толщины свариваемых элементов, вида и марки сплава. Когда маховик останавливается (заканчивается накопленная энергия), разогретые прижимаемые друг к другу поверхности сцепляются, образуя общий диффузный слой.

    Инерционная сварка трением: 1 - маховик; 2 - свариваемые детали

    Сварка трением с непрерывным ходом

    Технология была разработана в середине прошлого века. Одну из свариваемых деталей жестко закрепляют, другая непрерывно вращается на этой же оси. От осевого усилия нагрева детали разогреваются. При достижении точки пластичности вращение прекращается. Когда заготовки с усилием сдавливают, образуется диффузный слой, поверхности спекаются. Стык для уплотнения проковывают. Процесс регулируют по времени разогрева поверхностей, степени сдавливания.

    Радиальная сварка

    Этот метод создан для заделки трубных стыков, роль присадки выполняет разжимное кольцо. Существует два способа установки присадочного обода:

    • наружный, кольцо вращается поверх трубы, внутрь устанавливается оправка, которая не дает трубе деформироваться при сжатии разогретого кольца;
    • внутренний, кольцо вращается внутри трубы, оправка надевается сверху.

    При вращательном движении кольца возникает сила трения. Кромки разогреваются, поверхность присадочного обода тоже. При сжатии наружного или расширении внутреннего кольца формируется сварной шов, образуется герметичное соединение, рассчитанное на большую нагрузку.

    Радиальная сварка трением: а - с наружным разжимным кольцом; б - с внутренним разжимным кольцом; 1,2 - свариваемые заготовки; 3 - вращающееся кольцо из присадочного материала; 4 - зажимные элементы; 5 - оправка

    Штифтовая сварка

    Метод используют для укрепления деталей в месте дефекта. Под размер штифта, выполняющего роль наплавки, высверливается отверстие. Штифт вводится вращением с большой скоростью. За счет силы трения металл в области соединения разогревается, размягчается. Между штифтом и деталью формируется прочный сварочный шов. Мобильный метод часто применяется при проведении ремонтных работ. Надежно установленный штифт повышает срок службы упрочняемой детали.

    Колебательная сварка

    Технология вибротрения предусматривает движение одной или обеих заготовок относительно друг друга с высокой частотой. При возвратно-поступательном движении поверхности становятся пластичными, быстро схватываются при сжатии. Метод применяется для соединения материалов с высоким коэффициентом пластичности.

    Роликовая сварка

    Метод разработан для листовой тонкостенной стали. Вращающийся ролик движется по шву со скоростью до 2м/с, прижимные пластины в это время оказывают давление до 5 кг/см2. За счет вращения ролика создается необходимое для разогрева металла трение в области стыка или наложения тонких листов внахлест.

    Технология сварки трением

    Рассматривая технологию с точки зрения физико-химических процессов, можно выделить несколько последовательных процессов:

    • происходит истирание оксидного слоя в процессе соприкосновения деталей во время движения;
    • область шва нагревается до температуры пластичности металла, он способен деформироваться под давлением;
    • возникает единый диффузный слой в процессе проникновения молекул одной детали в другую, за счет этого образуются швы на разнородных и однородных металлах;
    • формирование шовного валика вызвано выдавливанием пластичного металла за зону стыка;
    • фиксация свариваемых деталей до затвердевания диффузного слоя;
    • образование монолитной структуры в месте шва, проходит процесс кристаллизации, формирования металлической решетки.

    При трении контактируют отдельные выступы, металл в зоне трения прогревается равномерно на небольшую глубину. После осадки деталь остывает медленно, образуя соединение по всей площади стыка.

    Применяемое оборудование

    Для сваривания используют металлорежущие станки, но они не подходят для длительного применения, быстро выходят из строя. Специальные машины с блоком управления созданы по одному принципу: силовой привод подводится к двигающимся механизмам. Для фиксации свариваемых заготовок предусмотрены зажимные устройства, двигающие механизмы. Работает оборудование в автоматическом или полуавтоматическом режиме (укладка заготовок, выемка готовых изделий производится в ручном режиме). Машины бывают универсальными и под определенную технологию. На некоторых устройствах предусмотрена предварительная подготовка свариваемых поверхностей, заточка и выравнивание кромок.

    Контроль качества

    При визуальном методе контроля швов выявляют подрезы, наплывы, трещины. Внутренние дефекты выявляют методами разрушающего или неразрушающего контроля.

    • металлографический анализ шва;
    • исследование химического состава диффузного слоя; (определяют предел выносливости соединения на растяжение, кручение, изгиб под ударной нагрузкой, сжатие; проверяют усталостную стойкость шва, герметичность соединения).

    Разрушающие методы контроля применяются в исключительных случаях:

    • на образцах при разработке технологии;
    • готовых деталях при выборочном контроле, регламентированном стандартом.

    К неразрушающим методам относятся исследования с применением приборов, делается:

    • просвечивание соединения рентгеновскими или гамма-лучами;
    • ультразвуковой основан на способности луча отклоняться при различной плотности материала;
    • магнитные фиксируют изменение потока.

    Исследования проводятся выборочно, где на шов оказывается разнонаправленная нагрузка. Фрикционная технология надежная: образуются прочные швы, если обеспечена достаточная скорость движения, на разогретый металл оказывается необходимое давление.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: