Сварка в машиностроении.Том 1 (1041435), страница 97
Текст из файла (страница 97)
40. Изменение момента сил М (1) в процессе сварки трением малых объемов металла в присутствии очень больших (достигающих тысячи атмо:фер) удельных давлений; упругопластические деформации в микрообъемах выступов шероховатых поверхностей и в макрообъемах слоев металла, прилегающих к этим поверхностям; наклеп и рекристаллизация металла; взаимная диффузия, а также внедрение макроскопическнх частиц металла одной из свариваемых деталей в тело другой н др. Теория сварки трением сложна и далеко еще не разработана.
Однако выполненные уже исследования позволяют представить качественную картину явлений, происходящих в стыке при сварке. На рис. 40 показана характерная (экспериментальная) кривая изменения момента сил трения М во времени (так как частота вращения и на протяжении процесса постоянна, то эта кривая в ином масштабе характеризует изменения потребляемой мощности, а площадь, ограниченная ею, соответствующими ординатами и осью абсцисс, — затраченную энергию). Процесс начинается трением покоя Мь, затем (в фазе т,) имеет место граничное трение, в результате которого температура поверхностей трения в отдельных точках повышается, эти точки очищаются от окисных и жировых пленок, металл пластифицируется, н между поверхностями трения образуются металлические связи — мостики «схватываниям В процессе продолжающегося относительного движения поверхностей трения эти связи разрушаются, на что расходуется дополнительная энергия.
Возрастание в фазе т, момента (и мощности) трения характеризует вначале бурно растущий процесс увеличения числа мостиков схватывания на поверхностях трения при это Ф том возрастает и средняя температура; скорость этого процесса со временем затухает (кривая 1 на рнс. 41). С ростом температуры возникает другой процесс, характеризующийся кривой 2 на рис. 41, — процесс уменьшения прочности металла и сопротивления мостиков разрушению.
Произведение этих двух функций (их считают близкими к экспонентам) обусловливает наличие максимума (кривая 3 на рис, 41); этим обусловлен и максимум на кривой моментов, после которого начинается спад значений моментов (фаза т») до некоторого установившегося значения. В начале этой фазы появляется интенсивное макродеформирование поверхно"тей свариваемых деталей с вытеснением металла из стыка в грат и соответственно — сближением деталей в осевом направлении (так называемая осадка Т~с1<~00) нагрева).
При достижении моментом сил установившегося значения скорость осадки тоже стабилизируется, и наступает «квази- «О стационарное» состояние, начало которого является основанием для прекращения стадии нагрева. 0 К этому моменту металл стыка полностью 3 подготовлен к образованию сварного соединения, но пока продолжается вращение одной детали относительно другой, соедннение возникнуть не может.
Как только пре- 4 кращается движение (возннкшие уже ранее металлические связи более не разрушаются), начинается образование сварного соединения, По аналогии с кузнечной (горновой) сваркой, нагретый и готовый к свариванию металл необходимо подвергнуть «проковке», О 1 2 3 Сн с т. е.
обжать его осевым Усилием. Эта, чет- Р 42 И е е в вертая фаза (вторая стадия) процесса на- ' ' в 7 (11 Рис.. вменение во времени ступает тотчас же после прекращения вратемпературы в стыке точках поверхности трения, разщения и продолжается обычно несколько лич о а енньх от оси в а- секунд, пока металл стыка не остынет до нижней границы коночных температур. щения: Осевое усилие проковки может быть т)р = з,о мм; 2) р= 5 мм; з1о= о.
равно усилию при нагреве, но может р;ж"" „'~„'д"' ~~"„~"'"," зоо' „"„"'"„~ быть и (во многих случаях, в особен- стьт< вращения 1ооо ьо1миа, даности, когда сварке подвергаются матерна- »лева< нагрева з кгк~мм'. лы пониженной пластичности) увеличено. Чаще всего усилие проковки выбирают вдвое большим, нежели усилие нагрева. Совместное пластическое деформирование металла свариваемых деталей и его течение в плоскости стыка как в стадии нагрева, так и в стадии проковки является одним из основных условий образования прочного соединения.
Пластическая деформация металла в микрообъемах имеет важное значение для течения процесса; благодаря этому явлению происходит перераспределение удельных давлений по сечению в стадии нагрева: нагревшийся металл менее сопротивляется деформированию, чем более холодный, поэтому действующее осевое усилие воспринимается более холодными участкамн поверхностей трения, вследствие чего они быстрее нагреваются и деформируются. Этим объясняется и то обстоятельство, что участки поверхности трения, расположенные близ оси вращения, температура которых должна была бы быть минимальной, быстро нагреваются почти до тех же температур, что и периферийные участки поверхностей трения (рис. 42). Область применения.
Ф о р м а и р а з ме р ы се че н и я. Сварка трением (основная и наиболее распространенная схема процесса) применяется для соединения деталей встык (при этом или обе, или одна нз них должны в месте сварки иметь круглое сечение) н для образования Т-образных соединений круглой детали квпритык» к плоской поверхности. 394 Специальные виды сварки 395 Сварка трением Принципиально размеры сечения свариваемых деталей не ограничены, однако существуют их рациональные пределы; мировая практика использования сварки трением не знает пока случаев соединения стержней диаметром (0,75 мм; ие известны и случаи сварки деталей сплошного сечения диаметром )200 мм. В СССР сварка трением в промышленном производстве используется для соединения деталей сечением 50 — 10 000 мм'.
Эти пределы определяются номинальной мощностью (Ми) и максимальным значением осевого усилия (Р„) используемой машины в соответствии со следующими выражениями: о = — и о >1' н Рьс п>ах >1> п>ах р ул ул Этими же выражениями можно пользоваться при выборе требуемого оборудования по заданным размерам деталей и свойствам материала, из которого они изготовлены (употребительные значения Л> д и Руд приведены в соответствующем разделе справочника). М а т е р и а л ы.
Накоплен большой опыт промышленного использования сварки трением различных одноименных материалов, а также разноименных металлов и сплавов. Хорошо свариваются черные металлы (исключением является чугун). Равнопрочные соединения получаются при сварке одноименных малоуглеродистой, среднеуглеродистой, низко- и среднелегированной сталей; хорошо сваривается жаропрочная сталь. Хорошо свариваются стали всех названных выше классов в различных сочетаниях между собой, а также быстрорежущая сталь марок Р9 и Р18 с конструкционной сталью марок 40 и 40Х (и близких к ним).
Представляет некоторые технологические затруднения сварка таких разноименных материалов, как быстрорежущая сталь повышенной теплостойкости с конструкционной; трудно свариваются и требуют форсированных режимов тепловыделения некоторые жаростойкие сплавы дисперсионного твердения с конструкционной сталью. Хорошо свариваются алюминий со всеми его сплавами, медь, латунь и другие одноименные цветные металлы. Прочные и пластичные соединения образуются при сварке трением алюминия с медью, меди со сталью„алюминия со сталью. Плохо сваривается сталь с алюминиевыми сплавами, содержащими более Зь>>ь легирующих компонентов.
Прочностные свойства соединений. Лабораторные исследования, подтвержденные многолетним эксплуатационным опытом, показали, что при правильно выбранных режимах сварка трением позволяет получать соединения, равнопрочные основному металлу, Статическая прочность при растяжении и загибе, относительное удлинение, ударная вязкость, усталостная прочность, т. е. почти все основные механические показатели металла стыка, находятся на уровне соответствующих показателей основного металла деталей или близки к ним. Это позволило использовать сварку трением при промышленном производстве самых различных изделий, в том числе и весьма ответственных.
Отрасли производства. Сварка трением широко внедрена в ведущих отраслях производства при изготовлении: в автомобилестроении — деталей рулевого управления, карданных валов легковых и грузовых автомобилей, полуосей, картеров задних мостов автомобилей, клапанов двигателей внутреннего сгорания, цилиндров гидросистем и др.; в тракторостроении — деталей рулевого управления, планетарных передач, валов отбора мощности, катков, траков, роторов турбонагнетателей дизельного двигателя и др.; в влекл>ропромыи>ленносгпи — деталей высоковольтной аппаратуры, выводов бумагомасляных конденсаторов, кислотных аккумуляторов и анодов игнитронов, поршней пневмоцилиндров сварочных машин и др,' в инструл>ен>пальном производс>пве — при массовом изготовлении концевого режущего инструмента (фрезы, сверла, метчики).
На рис. 43 и 44 показаны некоторые характерные случаи применения 'сварки трением. Наиболее эффективные направления использован и я: при изготовлении круглых деталей ступенчатого по длине профиля еа 1>.' Рис. 44. Ротор турбонагнетателя. Сварка трением. Колесо из жаропрочной аустенитной стали, вал — из перлитной стали. Диаметр в месте сварки 20'мм.
Рис. 43. Вилка тяги. Сталь. Сварено трением (поковка+ прокат). Диаметр стержня 30 мм путем их сварки из заготовок разного диаметра; при изготовлении составных деталей из разных материалов с целью экономии более дорогого или дефицитного из них; при изготовлении сварно-штампованных, сварно-кованых и сварно-литых деталей; при конструировании деталей специально под сварку трением, с учетом ее особенностей и возможностей. Оборудование. Принципиально сварку трением можно вести на любом металло- режущем станке, имеющем патрон на вращающемся шпинделе для закрепления одной из свариваемых деталей и место для установки второй детали (токарный, фрезерный, расточной, сверлильный и т.
п. станки), однако попытки использования металлорежущнх станков для сварки трением приводят, как правило, к их быстрому износу; эти станки не рассчи- 7 тины па Режи ' св'и'т'енные '"'Р'е Рис 45 Принц иальная кинем. трением; выходят из строя подшипннко тическая схема машины для сварвые группы станков, ломаются станины. Для сварки трением необходимо использовать специальные машины.
Прин- > и з — зажимы; 2 — заготовки; л— ципиальная кинематическая схема такой машины показана на рис. 45. Машина упора; ь' — пь>>гатсль> г — привод ьрьснабжена схемой управления, связываю- щения щей работу всех ее узлов в единый цикл. Большинство действующих в настоящее время машин для сварки трением представляют собой полуавтоматы, которые весь этот цикл выполняют автоматически, и лишь укладка свариваемых заготовок в зажимы машины и извлечение сваренной детали в них выполняются вручную. В крупных машинах, предназначенных для сварки тяжелых деталей, вспомогательные операции обычно механизированы. За последние годы в ряде стран стали появляться машины-автоматы 396 Специальные виды сварки 397 Сварка трением в>ах св И 2 с полностью автоматизированным (включая и вспомогательные операции) циклом работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
