Pastāv ļoti dažādas metināšanas metodes. Starp tiem ir tāds eksotisks process kā berzes maisīšanas metināšana. Tā atšķirīgā iezīme ir palīgmateriālu, piemēram, elektrodu, metināšanas stieples, aizsarggāzu trūkums. Jaunizstrādātā metode gūst plašu atzinību.
Izskata vēsture
Berzes maisīšanas metināšanas (FSW) vēsture aizsākās 1991. gadā. Tā bija novatoriska Lielbritānijas metināšanas institūta (TWI) attīstība. Dažus gadus vēlāk šī tehnoloģija tika izmantota lidmašīnu un kuģu būvē.
Pirmie uzņēmumi, kas ieviesa jauno tehnoloģiju ražošanā, bija Norvēģijas jūras alumīnijs un amerikāņu Boeing. Viņi savos uzņēmumos izmantoja metināšanas iekārtas no ESAB koncerna, kas specializējas rotācijas berzes metināšanas (PCT) jomā.
Kopš 2003. gada uzņēmums ir nepārtraukti pētījis berzes maisīšanas metināšanas iespējas. Piemēram, bijaizstrādātas metodes alumīnija sakausējumu un to modifikāciju metināšanai, ko izmanto lidmašīnu, kuģu un dzelzceļa konteineru būvē.
Lidaparātu rūpniecībā tika konstatēts, ka ir iespējams nomainīt kniedētos savienojumus ar metinātiem. Turklāt metināšanas ātrums ar FSW metodi ievērojami pārsniedz elektriskā loka ātrumu. 6 m garu metinājumu var izveidot vienā minūtē, savukārt parastais metināšanas ātrums ir tikai 0,8–2 m/min 0,5 cm daļas biezumam.
Procesa būtība
Metāla savienošana notiek metināšanas zonā sasilšanas dēļ ar berzes metodi. Galvenais berzes metināšanas metināšanas instruments ir metāla stienis, kas sastāv no divām pusēm: apkakles un pleca.
Ar savu izvirzīto daļu rotējošais stienis ir iegremdēts materiālā, izraisot spēcīgu karsēšanu. Tās padeve ir ierobežota ar plecu, neļaujot metinātajai detaļai iziet cauri. Sildīšanas zonā materiāls ievērojami palielina plastiskumu un, nospiežot uz pleca, veido vienotu masu.
Nākamais solis ir stieņa kustība pa metināto zonu. Virzoties uz priekšu, plecs sajauc sakarsušo metāla masu, kas pēc atdzesēšanas veido spēcīgu savienojumu.
Kas ietekmē STP kvalitāti
Berzes maisīšanas metināšana ir process, kas pastāvīgi attīstās. Bet jau tagad ir vairāki parametri, kas ietekmē savienojuma kvalitāti:
- Rīka radīts spēks.
- Plūsmas likmemetināšanas galviņa.
- Pleca vērtība.
- Stieņa apkārtmēra griešanās ātrums.
- Slīpuma leņķis.
- Stieņa padeves spēks.
Manipulācijas ar metināšanas raksturlielumiem ļauj panākt atšķirīgu metālu savienojumu. Piemēram, alumīnijs un litijs. Litijs tā zemā blīvuma un lielās stiprības dēļ var darboties kā alumīnija sakausējuma detaļu leģējošā sastāvdaļa, kas ļauj izmantot šo tehnoloģiju aviācijas un kosmosa rūpniecībā.
Berzes metināšana var viegli aizstāt kalšanu, štancēšanu, liešanu, ja tos izmanto detaļu ražošanai no grūti savienojamiem metāliem. Piemēram, tēraudi ar austenīta un perlīta struktūru, tēraudi, kas izgatavoti no alumīnija vai bronzas.
Kādās jomās tiek izmantots
Tādas nozares kā automobiļu rūpniecība pastāvīgi strādā pie tā, kā palielināt izstrādājuma stiprības īpašības, vienlaikus samazinot tā svaru. Šajā sakarā nepārtraukti tiek ieviesti jauni materiāli, kas iepriekš nebija raksturīgi apstrādes sarežģītības dēļ. Arvien biežāk strukturālie elementi, piemēram, apakšrāmji un dažreiz veseli korpusi, ir izgatavoti no alumīnija vai alumīnija kombinācijas.
Tādējādi 2012. gadā Honda izmantoja piedevu ražošanu un berzes maisīšanas metināšanu, lai ražotu apakšrāmjus saviem transportlīdzekļiem. Viņi ieviesa tērauda un alumīnija kombināciju.
Izgatavojot korpusa metinājumus no alumīnija, var rasties metāla lokšņu caurdegšana. Šis trūkums ir liegts STP. Bez tamelektroenerģijas patēriņš tiek samazināts 1,5-2 reizes, samazinās izmaksas par palīgmateriāliem, piemēram, metināšanas stiepli, aizsarggāzēm.
Papildus automašīnu ražošanai STP tiek izmantots šādās jomās:
- Būvniecības nozare: alumīnija balstu kopnes, tiltu laidumi.
- Dzelzceļa transports: rāmji, riteņu ratiņi, vagoni.
- Kuģu būve: starpsienas, konstrukcijas elementi.
- Lidaparāts: degvielas tvertnes, fizelāžas daļas.
- Pārtikas rūpniecība: dažādi konteineri šķidriem produktiem (pienam, alum).
- Elektroenerģijas ražošana: motoru korpusi, paraboliskās antenas.
Papildus alumīnija sakausējumiem vara savienojumu iegūšanai izmanto berzes metināšanu, piemēram, vara konteineru ražošanā lietotās radioaktīvās degvielas apglabāšanai.
STP priekšrocības
FSW izpēte ļāva izvēlēties metināšanas režīmus, savienojot dažādas sakausējumu grupas. Neskatoties uz to, ka sākotnēji FSW tika izstrādāts darbam ar metāliem ar zemu kušanas temperatūru, piemēram, alumīniju (660 ° C), vēlāk to sāka izmantot niķeļa (1455 ° C), titāna (1670 ° C), dzelzs savienošanai. (1538 °C).
Pētījumi liecina, ka šādi iegūtā šuve pēc savas struktūras pilnībā atbilst metināmo detaļu metālam un tai ir augstāki stiprības rādītāji, zemākas darbaspēka izmaksas un zema paliekošā deformācija.
Pareiziizvēlētais metināšanas režīms garantē metināmā materiāla un metināmā metāla atbilstību atbilstoši šādiem rādītājiem:
- noguruma spēks:
- lieces un stiepes izturība;
- cietums.
Priekšrocības salīdzinājumā ar citiem metināšanas veidiem
STP ir daudz priekšrocību. Starp tiem:
- Nav toksisks. Atšķirībā no citām šķirnēm, nav elektriskā loka degšanas, kuras dēļ izkausētais metāls iztvaiko metināšanas zonā.
- Palielināts šuves veidošanas ātrums, kā rezultātā cikla laiks ir ātrāks.
- Enerģijas izmaksu samazināšana uz pusi.
- Nav nepieciešama turpmāka metināšanas šuves apstrāde. Berzes maisīšanas rīks veido perfektu metinājumu bez nepieciešamības to noņemt.
- Nav nepieciešami papildu palīgmateriāli (metināšanas stieple, rūpnieciskās gāzes, plūsmas).
- Iespēja iegūt metāla savienojumus, kas nav pieejami citiem metināšanas veidiem.
- Nekāda īpaša metināšanas malu sagatavošana nav nepieciešama, izņemot tīrīšanu un attaukošanu.
- Iegūstot viendabīgu metinājuma struktūru bez porām, kā rezultātā tiek nodrošināta vienkāršāka kvalitātes kontrole, kas tiek regulēta berzes maisīšanas metināšanai GOST R ISO 857-1-2009.
Kā tiek pārbaudīta metinājuma kvalitāte
Metināšanas kvalitāti pārbauda ar divu veidu kontroles. Pirmais ir saistīts ar prototipa iznīcināšanu, kas izriet nodivu daļu savienojums. Otrais ļauj pārbaudīt bez iznīcināšanas. Tiek izmantotas tādas metodes kā optiskā kontrole, audiometriskā izmeklēšana. Tas palīdz noteikt poru un neviendabīgu ieslēgumu klātbūtni, kas pasliktina šuves īpašības. Skaņas kontroles rezultāti ir diagramma, kas skaidri parāda vietas, kur akustiskā atbalss novirzās no normas.
Metodes trūkumi
Ar daudzām priekšrocībām, berzes metināšanas metodei ir papildu trūkumi:
- Mobilitātes trūkums. STP ietver fiksētu detaļu savienošanu, kas ir stingri fiksētas telpā. Tas rada noteiktas īpašības berzes maisīšanas metināšanas iekārtai, piemēram, nekustīgumu.
- Zema daudzpusība. Lielgabarīta aprīkojums ir konfigurēts tā paša veida darbību veikšanai. Šajā sakarā metināšanas ierīces ir paredzētas īpašiem uzdevumiem. Piemēram, automobiļu sānu metināšanai uz konveijera un nekam citam.
- Metināšanas šuvei ir radiāla struktūra. Šajā sakarā ar noteiktiem deformācijas veidiem vai tad, kad detaļa tiek darbināta agresīvā vidē, var uzkrāties metināšanas nogurums.
STP šķirnes pēc darbības principa
Metināšanas procesus, kuru pamatā ir berze, var iedalīt vairākos veidos:
- Lineāra berze. Metodes būtība ir iegūt pastāvīgu savienojumu nevis rotējoša uzgaļa darbības rezultātā, bet gan detaļu kustības dēļ viena pret otru. Iedarbojoties uz virsmas saskares punktā, tie radaberze un līdz ar to augsta temperatūra. Zem spiediena blakus esošās detaļas tiek izkausētas un veidojas metināts savienojums.
- Radiālā metināšana. Šo metodi izmanto liela diametra konteineru, dzelzceļa cisternu ražošanai. Tas ir saistīts ar faktu, ka detaļu savienojumus silda rotējošs gredzens, kas pārklāts no ārpuses. Berzes rezultātā tas izraisa temperatūru, kas ir tuvu kušanas temperatūrai. Piemērs uzņēmumam, kas izmanto šo tehnoloģiju, ir Čeboksari autocisternu ražotājs Sespel. Berzes maisīšanas metināšana aizņem lielāko daļu metināšanas darba.
- Stud metināšana. Šī šķirne aizstāj kniedes savienojumu. Šo veidu izmanto pārklāšanās savienojumiem. Rotējošā tapa saskares punktā silda metināmās detaļas. No augstās temperatūras notiek kušana, un tapa iekļūst iekšā. Atdziestot, tiek izveidots spēcīgs pastāvīgs savienojums.
STP šķirnes pēc grūtības pakāpes
Metināšanas darbības, kas tiek veiktas, izmantojot berzi, var iedalīt plakanajās un tilpuma operācijās. Galvenā atšķirība starp šīm šķirnēm ir tāda, ka pirmajā gadījumā šuve tiek veidota divdimensiju telpā, bet otrajā - trīsdimensiju telpā.
Tādējādi plakanajiem savienojumiem metināšanas iekārtu ražotājs ESAB ir izstrādājis 2D LEGIO iekārtu. Tā ir pielāgojama berzes maisīšanas metināšanas sistēma dažādiem krāsainiem metāliem. Dažādu izmēru grupasiekārtas ļauj metināt maza un liela izmēra detaļas. Pēc marķējuma LEGIO aprīkojumam ir vairāki izkārtojumi, kas atšķiras ar metināšanas galviņu skaitu, iespēju metināt vairākos aksiālos virzienos.
Ir 3D roboti metināšanas darbiem ar sarežģītām pozīcijām telpā. Šādas ierīces tiek uzstādītas uz automašīnu konveijeriem, kur nepieciešamas sarežģītas konfigurācijas metināšanas šuves. Viens šādu robotu piemērs ir ESAB Rosio.
Secinājums
STP ir labvēlīgi salīdzināms ar tradicionālajiem metināšanas veidiem. Tā plaša izmantošana sola ne tikai ekonomiskus ieguvumus, bet arī ražošanā nodarbināto cilvēku veselības saglabāšanu.
