История появления сварки трением
28 августа 1956 г. в газете «Труд» было опубликовано письмо токаря Эльбрусского рудника А.И. Чудикова: «Я разработал способ сварки методом трения. На нашем руднике это новшество нашло широкое распространение. Посланное в Министерство цветной металлургии предложение вернулось с резолюцией – метод не годится».
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте электросварочного оборудования (ВНИИЭСО), как тогда назывался Институт сварки России, это письмо привлекло внимание начальника отдела научно-технической информации Ю.Я. Терентьева, который и выступил инициатором начала исследований по этой теме. Уже первые эксперименты, проведённые сотрудниками института В.И. Виллем и Л.А. Штерниным, показали, что такие особенности процесса как малая энергоемкость, высокие КПД, производительность, качество соединений и относительная простота оборудования предопределяют несомненную рациональность промышленного применения сварки изделий трением, если одна
14
из деталей является телом вращения. Всё это и послужило толчком к началу многолетних научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ по этому процессу. Естественно, токарь А.И. Чудиков получил авторское свидетельство на этот способ сварки.
Сферы применение сварки трением
Расчеты и опыт практического применения сварки трением показывают, что ее пока целесообразно применять для сварки деталей диаметром от 6 до 100 мм. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампованных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудносвариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например, стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок. Сварка трением иногда используется для заварки днища у баллона для сжатых газов. Отрезок цельнотянутой стальной трубы с предварительно нагретым концом насаживают на быстровращающуюся оправку. К вращающейся заготовке приближают обжимку, осаживающую металл и придающую ему полусферическую форму днища баллона. При быстром вращении заготовки осаживаемый металл быстро разогревается трением между обжимкой и заготовкой в процессе осадки; его температура не снижается, а растет за счет механической работы сил трения. В результате трения металл днища сильно разогревается и осаживается с образованием утолщения. Для соединения круглых цилиндрических стержней или трубок детали закрепляют в зажимах машины и приводят в соприкосновение торцами. Одна деталь остается неподвижной, другая приводится во вращение со скоростью 500- 1500 об/мин и все время прижимается к неподвижной детали. Вследствие трения торцы деталей быстро разогреваются и через короткое время доводятся до оплавления; автоматически выключается фрикционная муфта, прекращая вращение шпинделя; затем производится осевая осадка деталей. В ряде случаев способ оказался весьма эффективным. Он отличается высокой производительностью (машинное время для разных деталей 1,5-50 сек),высоким качеством и стабильностью сварки, поскольку процесс автоматизирован, все параметры (число оборотов, усилие осадки, время сварки) отличаются большим постоянством. Способ весьма экономичен и обладает высоким к. п. д. Потребление электрической мощности 15-20 вт/мм2, а потребление электроэнергии в 7-40 раз меньше, чем при контактной электросварке; нагрузка трехфазной сети, питающей приводной электродвигатель, вполне равномерна; cos f = 0,8.Способ позволяет сваривать разнородные металлы (алюминий с медью, алюминий со сталью, медь со сталью и пр.). Ширина зоны влияния сварного соединения не более 2-3 мм. Особенно эффективна сварка заготовок металлорежущего инструмента сверл, метчиков и т. д. из углеродистой и быстрорежущей стали.
15
Параметры режима сварки
Основными параметрами процесса являются скорость относительного перемещения (для сварки с вращением заготовок - ω , мин-1; для возвратно -поступательного движения частота f, амплитуда колебаний А; давление нагрева р1 , (для конкретной заготовки – сварочная сила Р); давление проковки p2 ; время сварки t; осадка Δ.
От скорости относительного вращения в значительной мере зависят мощность тепловыделения в стыке, производительность процесса и характер температурного поля. В большинстве случаев линейные скорости лежат в пределах 0,6 .. .3 м/с. Возможно получение высококачественных соединений при разных значениях скоростей, но с соответствующей корректировкой других параметров. Некоторые режимы сварки трением представлены в табл. 1.
Сварные соединения могут иметь значительную зону термического влияния. Возможно образование дефектов в виде пустот. При малых скоростях затрачиваемая мощность увеличивается. При повышении скорости она снижается. Меньшее влияние оказывает на результат исходное состояние (чистота) торцов.
Таблица 1. Некоторые режимы сварки трением.
Материал |
Диаметр заготовки, мм |
Частота вращения, с-1 |
Давление, МПа |
Суммарная остадка, мм |
Время нагрева, с |
|
нагрева |
проковки |
|||||
Ст3 |
40 |
16,6 |
100 |
100 |
12 |
20 |
Сталь 35 |
30 |
21 |
35 |
70 |
7 |
30 |
25Г2С |
22 |
25 |
45 |
45 |
4 |
10 |
1Х18Н9Т |
18 |
16,6 |
70 |
170 |
5 |
8 |
9ХС |
30 |
100 |
200 |
5 |
15 |
|
Р18 + 40Х |
18 |
2,2 |
9 |
|||
АД1 + Ст3 |
40 |
12,5 |
50 |
120 |
14 |
4 |
Ст3 + медь М1 |
20 |
25 |
35 |
70 |
12 |
7,5 |
16