Sudarea prin frecare

Sudarea prin frecare este o metodă de sudare sub presiune care utilizează căldura generată de frecarea reciprocă în timpul mișcării relative a suprafețelor de contact ale părților sudate pentru a obține o conexiune fiabilă a materialelor. Procesul de sudare presupune aplicarea de presiune, inducând frecare între materialele sudate, ducând la o creștere a temperaturii la interfață și zonele din apropiere, ajungând în final la o stare termoplastică. Sub influența forței de răsturnare, filmul de oxid al interfeței este spart, iar materialul suferă deformare plastică și curgere, formând îmbinări prin difuzia elementelor de interfață și reacții metalurgice de recristalizare. Important este că acest proces de sudare nu necesită metal de adaos, flux sau gaz de protecție, iar întreaga procedură poate fi finalizată în doar câteva secunde.

Frecarea relativă indusă de presiune înaltă între suprafețele celor două componente sudate la viteze mari are ca rezultat două efecte:

• Elimină pelicula de oxid sau orice alte straturi contaminante de pe suprafața îmbinării, dezvăluind metalul curat.
• Acesta generează căldură și formează rapid un strat termoplastic pe suprafața articulației. Sub cuplul de frecare și presiunea axială ulterioară, acești oxizi sparți și o parte a stratului de plastic sunt extrudați din suprafața îmbinării pentru a forma fulger, iar metalul deformat plastic rămas constituie metalul de sudură. Deformarea finală permite forjarea metalului sudat în continuare, rezultând o îmbinare sudată de bună calitate.

Din procesul de sudare se poate observa că îmbinarea de sudură prin frecare se formează sub punctul de topire al metalului de sudat, astfel încât sudarea prin frecare este o metodă de sudare în stare solidă.

Sudarea prin frecare poate fi clasificată în diferite tipuri, pe baza modurilor de mișcare distincte ale componentelor sudate.

• Sudura se rotește în jurul axei și poate fi împărțită în sudare prin frecare cu antrenare directă și sudare prin frecare inerțială
• Sudura nu se mișcă și poate fi împărțită în sudare cu frecare radială și sudare prin frecare cu agitare
• Alte mișcări și pot fi împărțite în suprafețe cu frecare, sudură cu frecare liniară și sudură cu frecare orbitală

Sudare prin frecare cu antrenare directă

Acesta este un tip comun de sudare prin frecare. În timpul procesului de sudare, piesa de prelucrat este condusă continuu de motorul axului și se rotește cu o viteză constantă. Până la atingerea timpului de frecare sau a deformarii prin frecare specificate, piesa de prelucrat se oprește imediat să se rotească și este răsturnată pentru sudare.

Sudarea prin frecare inerțială

Capătul rotativ al piesei de prelucrat este prins în volant. La începutul procesului de sudare, volantul și capătul rotativ al piesei de prelucrat sunt mai întâi accelerate la o anumită viteză, iar apoi volantul este deconectat de la motorul principal. În același timp, capătul în mișcare al piesei de prelucrat se deplasează înainte, iar încălzirea prin frecare începe după ce piesa de prelucrat intră în contact. În timpul procesului de încălzire prin sudură prin frecare, volantul este frânat de cuplul de frecare, iar viteza sa de rotație scade treptat. Când viteza de rotație ajunge la zero, procesul de sudare se termină.

Sudarea cu frecare radială

Un inel teșit este fixat pe suprafețele de capăt a două țevi cu teșituri opuse. În procesul de sudare prin frecare, inelul se rotește, iar frecarea radială este exercitată pe cele două capete ale țevii. La terminarea fazei de frecare, rotația inelului este oprită și se aplică o presiune de răsturnare.

Sudarea prin frecare cu agitare

Principiul de lucru al sudării prin frecare cu agitare este următorul: o unealtă rotativă FSW de o anumită formă, realizată dintr-un material dur rezistent la temperaturi înalte, este rotită adânc în marginea unde sunt conectate cele două materiale care urmează să fie sudate, iar capul de agitare este reglat și rotit.O cantitate mare de căldură de frecare este generată la marginea de legătură a celor două suduri, rezultând o zonă de înmuiere metal-plastic la conexiune. Această zonă de înmuiere a plasticului este agitată și stoarsă sub acțiunea capului de agitare.Pe măsură ce instrumentul cu știfturi se rotește, curge înapoi de-a lungul sudurii pentru a forma un flux de metal plastic și este extrudat în timpul procesului de răcire după ce capul de agitare pleacă pentru a forma o îmbinare sudata în fază solidă.

Suprafața cu frecare

Suprafața prin frecare este o metodă de sudare în stare solidă în care o acoperire sau un strat de material este depus pe un substrat prin utilizarea căldurii și presiunii generate prin frecare. Acest proces este utilizat pentru a îmbunătăți proprietățile suprafeței unui material sau pentru a crea un strat protector cu caracteristicile dorite. În mod obișnuit, include utilizarea unei tije sau sârme consumabile rotative care intră în contact cu materialul substratului, conducând la generarea de căldură de frecare semnificativă.

Sudarea liniară prin frecare

Una dintre cele două piese de prelucrat destinate sudării rămâne staționară, în timp ce cealaltă se mișcă reciproc cu o viteză specifică, sau ambele piese de prelucrat se deplasează reciproc una în raport cu cealaltă. Prin aplicarea presiunii, frecarea de la interfața dintre cele două piese de prelucrat generează căldură, facilitând astfel procesul de sudare.

Sudarea liniară prin frecare

Una dintre cele două piese de prelucrat destinate sudării rămâne staționară, în timp ce cealaltă se mișcă reciproc cu o viteză specifică, sau ambele piese de prelucrat se deplasează reciproc una în raport cu cealaltă. Prin aplicarea presiunii, frecarea de la interfața dintre cele două piese de prelucrat generează căldură, facilitând astfel procesul de sudare.

Sudarea prin frecare orbitală

Sudarea prin frecare orbitală este o metodă de sudare nou dezvoltată, utilizată în principal pentru sudarea pieselor cu secțiune transversală necirculară

În sudarea prin frecare pe orbită liniară, piesa de prelucrat urmează o orbită liniară specifică cu o amplitudine și o frecvență definite. Acest lucru asigură că viteza de vibrație atinge valoarea necesară, permițând suprafeței de sudură să sufere vibrații și frecare repetitive și relative.

Fiecare particulă a piesei de prelucrat în sudarea prin frecare pe orbită circulară se mișcă în raport cu suprafața de sudare de-a lungul unei orbite circulare cu o rază și o viteză de rotație consistente. Odată ce îmbinarea atinge temperatura de sudare, mișcarea de frecare a piesei de prelucrat încetează și începe procesul de sudare.

Pe scurt, pe parcursul întregului proces de sudare prin frecare, suprafața metalică destinată sudării suferă o progresie a încălzirii prin frecare de la temperaturi scăzute la temperaturi ridicate. Se confruntă cu transformări continue care implică deformare plastică, excavare mecanică, aderență și conexiune moleculară. Acest lucru are ca rezultat formarea unui strat de deformare plastică cu frecare de mare viteză, unde sunt concentrate fenomenele de generare a căldurii, deformare și difuzie în timpul sudării prin frecare. În etapele de parcare și procesul de sudare deranjant, stratul deformat de pe suprafața de frecare și metalul din zona de temperatură înaltă sunt parțial zdrobite și expulzate. Metalul sudat este apoi supus forjării, ceea ce duce la crearea unei îmbinări sudate de înaltă calitate.

• Timp scurt de construcție a sudării și eficiență ridicată a producției
• Deformația de sudare cauzată de ciclul termic de sudare este mică, precizia dimensională post-sudare este mare și nu este nevoie de corectarea deformării post-sudare și reducerea tensiunilor.
• Grad ridicat de mecanizare și automatizare, calitate stabilă a sudării. Când sunt date condițiile de sudare, operațiunea este simplă și nu necesită tehnicieni speciali de sudură.
• Potrivit pentru sudarea diferitelor materiale diferite. Poate suda aluminiu-oțel, aluminiu-cupru, titan-cupru, compus intermetalic-oțel etc. care nu pot fi sudate sub topire convențională.
• Poate realiza sudarea tijelor și țevilor de același diametru sau diametre diferite
• În timpul sudării nu se produce fum, lumină cu arc, gaze nocive etc., iar mediul înconjurător nu este poluat. În același timp, în comparație cu sudarea cu flash, energia electrică se economisește de 5-10 ori.

Cu toate acestea, sudarea prin frecare are și următoarele dezavantaje și limitări:

• Este dificil de sudat secțiuni transversale necirculare și necesită echipamente complicate; este, de asemenea, dificil de sudat părți subțiri în formă de disc și fitinguri de țeavă cu pereți subțiri, deoarece acestea sunt greu de fixat.
• Este dificil să se realizeze sudarea prin frecare pentru componente a căror formă și poziție de asamblare au fost determinate.
• Îmbinările sunt predispuse la fulgerare și trebuie prelucrate după sudare.
• Piesa de prindere este predispusă la zgârieturi sau urme de prindere

Sudarea prin frecare, caracterizată prin calitatea sa înaltă, eficiența, conservarea energiei și respectarea mediului înconjurător, câștigă progresiv o adoptare pe scară largă atât în ​​sectoarele industriale noi, cât și în cele tradiționale. Acestea includ aviația, industria aerospațială, energia nucleară, armamentul, autovehiculele, generarea de energie, dezvoltarea oceanelor și producția de mașini.

Aerospațial: motoare de avioane, piese ale arborelui cotit al motoarelor cu ardere internă

Producție de automobile: roți, tiranți, supape de evacuare, rotoare