Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 96
Текст из файла (страница 96)
На сопряженных торцовых поверхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при относительном вращении свариваемых заготовок на преодоление этих сил трения, преобразуется в тепло, которое выделяется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования сварного соединения (при сварке, например, черных металлов температуры в стыке достигают 1000 — 1300' С). Таким образом, в стыке, т.
е. именно там, где это требуется для целей сварки, действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающий быстрый локальный нагрев небольших объемов металла. В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиальных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных снл, возникающих в стыке при вращении одной детали относительно другой. Выдавленный металл — грат — имеет характерну1о для сварки трением форму сдвоенного правильного кольца, расположенного по обе стороны плоскости стыка.
При выдавливании пластичного металла из стыка в радиальных направлениях хрупкие окисные пленки, покрывавшие торцовые поверхности соединяемых деталей до начала сварки, разрушаются, а их обломки, а также продукты сгораш:я адсорбированных жировых пленок и другие инородные включения вместе с металлом удаляются из стыка в грат. Нагрев прекращается путем быстрого (практически мгновенного) прекращения относительного вращения.
При этом в контакт оказываются введенными очищенные торцовые поверхности соединяемых деталей, металл которых доведен до состояния повышенной пластичности. Для получения прочного соединения достаточно такой подготовленный к сварке металл подвергнуть сильному сжатию— проковать. Это достигается с помощью продолжающего еще некоторое время действовать осевого усилия. Таким образом, прочность образующегося сварного соединения непосред- ственно связана: 1О. Режимы сварки трением заготовок иэ стали Основные параметры процесса Дополнительные сведения Осевое усилие, кгс Время. с Диаметр заготовки, мм Частота вращения, об/мин Машинное вр ем я процесса, с Потребляе- мая мощ- ность, квт Про- ковка Про- ковка Нагрев Нагрев Основные преимущества и недостатки Преимущества Строго локализованное тепловыдсленне в приповерхностных слоях деталей при сварке трением является главной особенностью этого процесса, предопределяющей его энергетические и технологические преимущества, к которым в первую очередь относятся следующие.
Высокая произеодительносты Объем тонко~о слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно укладывается в весьма малый промежуток времени — от нескольких секунд до 0,5 мин (в зависимости от свойств материала и размеров сечения свариваемых деталей); это определяет высокую производительность процесса сварки трением; конкурировать с нею в этом отношении может лишь электрическая контактная стыковая сварка. Высокие энергетические показатели процесса, Локальное генерирование тепла и малые объемы нагреваемого при сварке трением металла обусловливают весьма высокий коэффициент полезного действия процесса сварки трением; во-первых, с величиной пластического деформирования концов свариваемых деталей, мерой которой может служить сближение деталей при вытеснении металла в грат — «осадка»; во-вторых, с режимом проковки.
В свою очередь, степень пластического деформирования зависит от введенной в свариваемые детали энергии, величины осевого усилия и некоторых других факторов. Основными параметрами процесса сварки трением являются частота относительного вращения сварнваемых деталей; величина осевого усилия при нагреве; величина осадки при нагреве; величина осевого усилия проковки; длительность приложения усилия проковки. Первые два параметра определяют мощность нагрева, а в сочетании с третьим — величину введенной энергии при нагреве; два последних параметра ответственны (вместе с тремя первыми) за качество сварного соединения.
Величину осадки при нагреве нередко заменяют длительностью нагрева, так как эти величины практически прямо пропорциональны. Усилия нагрева и проковки обычно задаются в виде удельных давлений, так как установлено, что их оптимальные значения прямо пропорциональны площади поперечного сечения свариваемых деталей в месте сварки; величину же полного осевого усилия определяют как произведение этой площади на удельное давление. Численные значения основных параметров процесса зависят от свойств материалов свариваемых деталей и от размеров их сечений; они определяются экспериментально и сведены в технологические таблицы режимов сварки трением, которые приводятся в соответствующих разделах справочника. Примерные режимы, обычно применяемые для сварки трением заготовок из малоуглеродистой и среднеуглеродистой стали, приведены в табл.
10. 391 390 Специальные виды сварки Сварка трением ООО Рис. 37. Мощность, потребляемая из сети, в зависимости от диаметра свариваемых заготовок: ! — при электрической контактной стыковой сварке; 2 — при сварке трением Рис. 38. Микрофотография структуры (><300).. а — основного металла (низкоуглеродистая сталь); б — металла стыка (сварка трением) расход энергии и мощности при сварке трением в 5 — 10 раз меньше, чем, например, при электрической контактной сварке встык (рис. 37), Высокое качество сварного соединения. лвл При правильно выбранном режиме сварки металл стыка и прилегающих к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшими, чем основной металл соединяемых деталей; стык свободен от пор, раковин, различного рода инородных включений и ( других макропороков, а металл стыка и зон термического влияния в результате ударного 4ОО термомеханического воздействия (быстрые нагрев и охлаждение в присутствии больгоо ших — в несколько сотен атмосфер — давле- г ний), по своему характеру близкого к режи- ° ~' мам термомеханической обработки металлов, е приобретает равноосную и сильно измельченную структуру (рис.
38). Стабильность качества сварных соединений. Детали, сваренные трением при одном и том же режиме, отличаются повторяемостью механических свойств; варьирование временного сопротивления, угла изгиба, величины ударной вязкости и других показателей в партии деталей, сваренных на неизменном режиме, не превышает 7 — 10%.
Это позволяет обоснованно применять выборочный контроль качества партии детглей, что особенно важно при отсутствии в настоящее время простых, надежных и дешевых методов перазрушающего контроля стыковых соединений, пригодных для использования в условиях сварочных цехов. Независимость качества сварнь(х соединений от чистоты их поверхности. При сварке трением нет необходимости в зачистке перед началом процесса вводимых в контакт поверхностей; в отличие, например, от контактной сварки боковые поверхности деталей также могут оставаться неочищенными, что в значительной мере экономит время вспомогательных операций Возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях.
Процесс сварки трением позволяет выполнять прочные соединения не только одноименных, но и разноименных металлов и сплавов, причем даже таких, которые другими способами сварки либо вовсе не получаются, либо их получение сопряжено с большими трудностями. Изучены и освоены в промышленном производстве такие, например, сочетания разноименных материалов, как алюминий со сталью, медь со сталью, титан с ал(оминием, медь с алюминием и другие. Гигиеничность процесса. Сварку трением от других видов сварки выгодно отличает гигиеничность процесса: отсутствие ультрафиолетового излучения, вредных газовых выделений и горячих брызг металла. а) д) оу' г) Рис.
39. Типы соединений, выполняемых с помощью сварки трением: а — стержня встык; б — трубы встык; в — трубы со стержнем встык; г и д — Т-образные соединения стержня и трубы с плоской поверхностью контрдетали Простота механизации и автоматизации, Сварку трением выполняют на специальных машинах; основные параметры процесса сравнительно легко программируются, и, как правило, все оборудование представляет собой либо полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда, либо автоматы, работа которых протекает без участия человека. Недостатки. Сварка трением не является универсальным процессом.
С ее помощью могут осуществляться соединения лишь таких пар деталей, из которых хотя бы одна является телом вращения (круглый стержень или труба), ось которого совпадает с осью вращения; при этом другая деталь может быть произвольной формы, но должна иметь плоскую поверхность, к которой приваривается первая деталь. На рис. 39 показаны основные варианты соединений. Этот недостаток, однако, несущественно ограничивает применяемость сварки трением; анализ характера производства показывает, что в машиностроительных отраслях промышленности количество деталей круглого сечения составляет до 50 — 70% от общего числа свариваемых деталей.
Некоторая громоздкость оборудования, в результате чего процесс не может быть мобильным; процесс осуществим лишь при условии подачи заготовок, подлежащих сварке, к машине (приварка малых деталей к массивным конструкциям с помощью переносных машин исключается).
Искривление волокон текстуры проката в зоне пластического де4ормирования — волокна близ стыка располагщотся в радиальных направлениях и выходят на наружную (боковую) поверхность сваренной детали. В деталях, работающих в условиях динамических нагрузок, стык с таким расположением волокон может оказаться очагом усталостного разрушения, а в других деталях, работающих в агрессивных средах, — очагом коррозии. Лучшим средством предотвращения указанных дефектов является сохранение на детали грата. Другие средства борьбы с этими незкелательными явлениями могут значительно увеличить стоимость изготовления детали.
392 Специальные виды сварки 393 Сварка трениел« Следует также указать на неудобства, связанные с необходимостью съема грата, когда это по конструктивным соображениям оказывается необходимым. На это затрачивается добавочное время либо на сварочной машине, либо на отдельном рабочем месте. Особенности образования соединения при сварке трением.
Несмотря на кажущуюся простоту, процесс сварки металлов трением в действительности весьма сложен и многообразен; он подчинен многим закономерностям, так как в нем соседствуют н взаимодействуют такие явления, как тепловыделение и износ поверхностей при трении; непрерывное образование и немедленное же разрушение металлических связей между сопряженными поверхностями в процессе их относительного движения; почти мгновенный нагрев и очень быстрое охлаждение мрг)»р Рис, 41. Максимум кривой моментов (3), как результат нарастания числа <схватываний» 1 и спада 2 прочности кмостиков» в связи с ростом температуры Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
