Yra daug įvairių suvirinimo būdų. Tarp jų yra toks egzotiškas procesas kaip suvirinimas frikciniu maišymu. Jo skiriamasis bruožas yra eksploatacinių medžiagų, tokių kaip elektrodai, suvirinimo viela, apsauginės dujos, nebuvimas. Naujai sukurtas metodas sulaukia visuotinio pripažinimo.
Išvaizdos istorija
Frikcinio maišymo suvirinimo (FSW) istorija prasidėjo 1991 m. Tai buvo novatoriškas Britanijos suvirinimo instituto (TWI) kūrinys. Po kelerių metų ši technologija buvo panaudota statant orlaivius ir laivus.
Pirmosios įmonės, pradėjusios gaminti naują technologiją, buvo Norvegijos jūrų aliuminis ir amerikiečių „Boeing“. Jie savo įmonėse naudojo suvirinimo įrangą iš ESAB koncerno, kuris specializuojasi rotacinio frikcinio suvirinimo (PCT) srityje.
Nuo 2003 m. įmonė nuolat tiria frikcinio maišymo suvirinimo galimybes. Pavyzdžiui, buvosukurti aliuminio lydinių ir jų modifikacijų suvirinimo metodai, kurie naudojami orlaivių, laivų ir geležinkelio konteinerių konstrukcijoje.
Lėktuvų pramonėje buvo nustatyta, kad kniedytas jungtis galima pakeisti suvirintomis. Be to, suvirinimo greitis FSW metodu žymiai viršija elektros lanko greitį. 6 m ilgio siūlę galima suformuoti per vieną minutę, o įprastas suvirinimo greitis yra tik 0,8–2 m/min, kai detalės storis 0,5 cm.
Proceso esmė
Metalo sujungimas atsiranda dėl kaitinimo suvirinimo zonoje trinties metodu. Pagrindinis suvirinimo frikcinio suvirinimo įrankis yra metalinis strypas, susidedantis iš dviejų pusių: apykaklės ir peties.
Dėl išsikišusios dalies besisukantis strypas yra panardintas į medžiagą, todėl stipriai įkaista. Jo tiekimą riboja mentė, neleidžianti suvirinamam ruošiniui praeiti. Kaitinimo zonoje medžiaga žymiai padidina savo plastiškumą ir, prispausta prie peties, sudaro vientisą masę.
Kitas žingsnis yra strypo judėjimas išilgai suvirintos zonos. Judant į priekį, petys sumaišo įkaitusią metalo masę, kuri po aušinimo suformuoja tvirtą ryšį.
Kas turi įtakos STP kokybei
Trinamasis suvirinimas yra nuolat besikeičiantis procesas. Tačiau jau dabar yra keletas parametrų, turinčių įtakos ryšio kokybei:
- Įrankio sugeneruota jėga.
- Sklaidos kanalo normasuvirinimo galvutė.
- Pečio vertė.
- Strypo sukimosi apskritiminis greitis.
- Pakrypimo kampas.
- Lypo tiekimo jėga.
Manipuliavimas suvirinimo charakteristikomis leidžia sujungti skirtingus metalus. Pavyzdžiui, aliuminio ir ličio. Litis dėl savo mažo tankio ir didelio stiprumo gali veikti kaip aliuminio lydinio dalių legiravimo komponentas, todėl šią technologiją galima naudoti aviacijos ir kosmoso pramonėje.
Trinamasis suvirinimas gali lengvai pakeisti kalimą, štampavimą, liejimą, kai jie naudojami detalėms iš sunkiai suderinamų metalų gaminti. Pavyzdžiui, plienas su austenito ir perlito struktūra, plienas, pagamintas iš aliuminio arba bronzos.
Kokiose srityse naudojamas
Tokios pramonės šakos, kaip automobilių pramonė, nuolat stengiasi, kaip padidinti gaminio stiprumo savybes ir sumažinti jo svorį. Šiuo atžvilgiu nuolat pristatomos naujos medžiagos, kurios anksčiau nebuvo būdingos dėl apdorojimo sudėtingumo. Vis dažniau konstrukciniai elementai, tokie kaip rėmai ir kartais visi korpusai, yra pagaminti iš aliuminio arba aliuminio derinio.
Taigi, 2012 m. „Honda“pritaikė priedų gamybą ir suvirinimą frikciniu maišytuvu, kad gamintų savo transporto priemonių rėmus. Jie pristatė plieno ir aliuminio derinį.
Gaminant korpuso suvirinimo siūles iš aliuminio, metalo lakštai gali perdegti. Šis trūkumas atimamas STP. neskaitant toelektros sąnaudos sumažėja 1,5-2 kartus, sumažėja eksploatacinių medžiagų, tokių kaip suvirinimo viela, apsauginės dujos, kaina.
Be automobilių gamybos, STP naudojamas šiose srityse:
- Statybos pramonė: aliuminio atraminės santvaros, tiltų tarpatramiai.
- Geležinkelių transportas: rėmai, ratiniai vežimėliai, vagonai.
- Laivų statyba: pertvaros, konstrukciniai elementai.
- Orlaivis: kuro bakai, fiuzeliažo dalys.
- Maisto pramonė: įvairios talpos skystiems produktams (pienui, alui).
- Elektros gamyba: variklių korpusai, parabolinės antenos.
Be aliuminio lydinių, vario junginiams gauti naudojamas frikcinis suvirinimas, pavyzdžiui, gaminant varinius konteinerius panaudotam radioaktyviajam kurui šalinti.
STP pranašumai
Studijuojant FSW, buvo galima pasirinkti suvirinimo režimus sujungiant skirtingas lydinių grupes. Nepaisant to, kad iš pradžių FSW buvo sukurtas dirbti su žemos lydymosi temperatūros metalais, tokiais kaip aliuminis (660 °C), vėliau jis pradėtas naudoti nikelio (1455 °C), titano (1670 °C), geležies sujungimui. (1538 °C).
Tyrimai rodo, kad tokiu būdu gautas suvirinimas savo struktūra visiškai atitinka suvirinamų detalių metalą ir turi aukštesnius stiprumo rodiklius, mažesnes darbo sąnaudas ir nedidelę liekamąją deformaciją.
Teisingaipasirinktas suvirinimo režimas garantuoja suvirinamos medžiagos ir suvirinamo metalo atitiktį pagal šiuos rodiklius:
- nuovargio stiprumas:
- lenkimo ir tempimo stipris;
- tvirtumas.
Privalumai prieš kitus suvirinimo būdus
STP turi daug privalumų. Tarp jų:
- Netoksiškas. Skirtingai nuo kitų rūšių, nėra elektros lanko degimo, dėl kurio išlydytas metalas išgaruoja suvirinimo zonoje.
- Padidėjęs siūlės formavimo greitis, todėl ciklas pailgėja.
- Energijos sąnaudos sumažinamos per pusę.
- Nereikia toliau apdoroti suvirinimo siūlės. Friction Stir Tool suformuoja tobulą suvirinimo siūlę, nereikia nuimti.
- Nereikia papildomų eksploatacinių medžiagų (suvirinimo vielos, pramoninių dujų, srautų).
- Galimybė gauti metalines jungtis, kurių nėra kitų tipų suvirinimui.
- Jokio specialaus suvirinimo briaunų paruošimo nereikia, išskyrus valymą ir nuriebalinimą.
- Gauti vienalytę suvirinimo struktūrą be porų, todėl lengviau kontroliuojama kokybę, kuri reglamentuojama suvirinimui trinties būdu GOST R ISO 857-1-2009.
Kaip tikrinama suvirinimo siūlės kokybė
Suvirinimo kokybė tikrinama dviem valdymo būdais. Pirmasis susijęs su prototipo sunaikinimu, gautu išdviejų dalių sujungimas. Antrasis leidžia patikrinti be sunaikinimo. Naudojami tokie metodai kaip optinis valdymas, audiometrinis tyrimas. Tai padeda nustatyti porų ir nehomogeniškų intarpų, kurie pablogina siūlės savybes, buvimą. Garso valdymo rezultatai yra diagrama, kurioje aiškiai parodytos vietos, kur akustinis aidas nukrypsta nuo normos.
Metodo trūkumai
Frikcinio suvirinimo metodas, turintis daug privalumų, turi ir papildomų trūkumų:
- Judumo trūkumas. STP apima fiksuotų dalių, standžiai pritvirtintų erdvėje, sujungimą. Tai nustato tam tikras frikcinio maišymo suvirinimo įrangos savybes, pvz., nejudumą.
- Mažas universalumas. Didelė įranga sukonfigūruota atlikti tokio paties tipo operacijas. Šiuo atžvilgiu suvirinimo prietaisai yra skirti konkrečioms užduotims atlikti. Pavyzdžiui, suvirinti automobilio šonines sieneles ant konvejerio ir nieko kito.
- Suvirinimo siūlės struktūra yra radialinė. Atsižvelgiant į tai, esant tam tikroms deformacijoms arba kai dalis yra eksploatuojama agresyvioje aplinkoje, gali kauptis suvirinimo nuovargis.
STP veislės pagal veikimo principą
Suvirinimo procesus, pagrįstus trintimi, galima suskirstyti į keletą tipų:
- Tiesinė trintis. Metodo esmė yra gauti nuolatinį ryšį ne dėl besisukančio antgalio veikimo, o dėl dalių judėjimo viena kitos atžvilgiu. Veikdami paviršių sąlyčio taške, jie sukuriatrintis ir dėl to aukšta temperatūra. Esant slėgiui, gretimos dalys išsilydo ir susidaro suvirinta jungtis.
- Radialinis suvirinimas. Šis metodas naudojamas didelio skersmens konteinerių, geležinkelio cisternų gamybai. Tai susiję su tuo, kad dalių jungtis šildo besisukantis žiedas, aprengtas išorėje. Dėl trinties jis sukelia temperatūrą, artimą lydymosi temperatūrai. Šią technologiją naudojančios įmonės pavyzdys yra Čeboksarų autocisternų gamintojas „Sespel“. Suvirinimas trinties būdu užima didžiąją dalį suvirinimo darbų.
- Smeigių suvirinimas. Ši veislė pakeičia kniedės jungtį. Šis tipas naudojamas sutapimo jungtims. Sąlyčio taške besisukantis kaištis šildo suvirinamas dalis. Nuo aukštos temperatūros lydosi, o kaištis prasiskverbia į vidų. Atvėsęs, sukuriamas stiprus nuolatinis ryšys.
STP įvairovės pagal sudėtingumo lygį
Suvirinimo operacijos, atliekamos naudojant trintį, gali būti skirstomos į plokščiąsias ir tūrines. Pagrindinis skirtumas tarp šių atmainų yra tas, kad pirmuoju atveju suvirinimo siūlė formuojama dvimatėje erdvėje, o antruoju – trimatėje erdvėje.
Todėl plokštuminėms jungtims suvirinimo įrangos gamintojas ESAB sukūrė 2D LEGIO aparatą. Tai pritaikoma trinties maišymo suvirinimo sistema įvairiems spalvotiems metalams. Įvairių dydžių grupėsįranga leidžia suvirinti mažų ir didelių dydžių dalis. Pagal ženklinimą LEGIO įranga turi kelis išdėstymus, kurie skiriasi suvirinimo galvučių skaičiumi, galimybe virinti keliomis ašinėmis kryptimis.
Yra 3D robotai, skirti suvirinimo darbams atlikti sudėtingas padėtis erdvėje. Tokie įtaisai montuojami ant automobilių konvejerių, kur reikalingos sudėtingos konfigūracijos suvirinimo siūlės. Vienas tokių robotų pavyzdžių yra ESAB Rosio.
Išvada
STP lyginamas su tradiciniais suvirinimo būdais. Platus jo naudojimas žada ne tik ekonominę naudą, bet ir gamyboje dirbančių žmonių sveikatos išsaugojimą.
