Sudarea prin frecare

Această intrare sau secțiune despre inginerie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Două piese unite prin sudare prin frecare.

Sudarea prin frecare poate fi clasificată ca un proces de sudare în stare solidă. Din punct de vedere tehnic, deoarece nu există fuziune , nu poate fi considerată ca un tip de sudură în sensul clasic al termenului, ci mai mult ca o tehnică de forjare . Având în vedere asemănarea dintre aceste două tehnici, utilizarea cuvântului sudură a devenit banală.

Generalitate

Sudarea prin frecare poate fi considerată ca două operații care intervin succesiv una după alta; prima operație constă în încălzirea interfețelor prin frecare generată de o mișcare relativă pe planul de sudare, combinată cu o presiune normală aplicată. A doua operație, numită forjare, constă dintr-o supărare fără mișcare relativă. Etapa de oprire separă cele două operații deoarece, atâta timp cât mișcarea relativă persistă, îmbinarea nu poate fi formată și după oprire nu mai există încălzire.

În timpul fazei de încălzire, materialul ajunge la faza plastică și începe să extrudeze în exterior în funcție de presiunea aplicată. Pentru a menține o astfel de presiune, trebuie permisă o mișcare axială numită „arsură” și este o caracteristică a procesului că cantitatea de arsură este în general uniformă. În timpul opririi, temperatura din interfață, până la acel moment aproape constantă, începe să scadă pe măsură ce căldura este dispersată prin radiații și prin conducere departe de punctul în care a fost generată.

Consumul de material în timpul fazei de încălzire este de o mare importanță în raport cu calitatea sudurii. Impuritățile din suprafețele de sudat, neregulile inițiale care împiedică contactul complet între cele două părți metalice, precum și oxizii care se formează în timp ce contactul este doar parțial, sunt expulzați dacă cantitatea de material consumată este suficientă. Îmbinări de integritate satisfăcătoare pot fi obținute și cu suprafețe extra-pătrate, tăiate sau trunchiate, oxidate sau impregnate cu uleiuri de tăiere tipice sau lubrifianți. Aceasta arată reducerea considerabilă a costurilor de pregătire necesare în sudarea tradițională.

Căldura este generată numai în suprafețele care trebuie sudate și este distribuită în mod egal în toată secțiunea care trebuie sudată, se autoreglează și, prin urmare, nu ajunge la topirea metalelor. De fapt, atunci când materialul ajunge la starea plastică, coeficientul efectiv de frecare scade și odată cu acesta cantitatea de căldură generată. Prin urmare, temperatura este stabilizată cu mult sub punctul de topire.
Sudarea prin frecare este din toate punctele de vedere o îmbinare în stare solidă cu absența totală a structurilor de fuziune. Presiunea de forjare este aleasă pentru a obține o îmbinare completă a pieselor (în general zona sudată este substanțial mai mare decât zona inițială a îmbinării), precum și rafinarea boabelor datorită efectului forjării la cald.

Principiul de funcționare

Sudarea prin frecare sa stabilit bine în mai multe industrii; constă dintr-un proces complet mecanic în care căldura este generată de fricțiunea dintre cele două piese care urmează să fie îmbinate combinate cu o presiune, care generează condiții plastice pentru o forjare a îmbinărilor de înaltă integritate.

Pe scurt, metoda constă în aducerea în contact a unei piese rotative cu o piesă staționară cu aliniere axială și cu presiune ușoară. Apoi se aplică o presiune de frecare mai consistentă, ceea ce face ca materialul să fie mai moale cu începutul consecvent al extruziunii inelare a metalului. Căldura se difuzează de la interfața de contact a materialelor generând astfel o stare plastică potrivită pentru forjare. Rotația este oprită în același timp cu creșterea presiunii de împingere, purtând articulația la cald și formând astfel o sudură completă și omogenă.

Calitatea piesei va depinde de caracteristicile de bază ale procesului de sudare prin frecare, precum și de principiile de proiectare inerente echipamentelor utilizate în acest scop. Câțiva parametri implicați în proces sunt: ​​Presiune - Timp - Viteză și deplasare și sunt plasați sub limite precise de control.

Rotația fusului este asigurată de un motor electric, în timp ce presiunea este exercitată de un cilindru hidraulic. Deplasarea rezultată din zdrobirea materialului în stare plastică este măsurată de un traductor liniar. Toți cei trei parametri sunt verificați de PLC-ul mașinii la intervale stabilite, de obicei la fiecare 0,1 sec. Acestea sunt comparate cu o urmă ideală stocată și se raportează orice abatere, asigurând astfel calitatea în producție.

Beneficii

Combinația unei îmbinări extrem de rapide, în ordinea a câteva secunde, și a căldurii generate direct pe suprafețele de contact creează o condiție ca zona afectată de căldură să fie relativ mică. Tehnica de sudare prin frecare este, în general, fără fuziune, ceea ce aduce avantaje din punct de vedere metalurgic , de exemplu, împiedică creșterea cerealelor în tipuri de oțeluri speciale, cum ar fi oțelurile cu rezistență ridicată tratate termic. Un alt avantaj este că mișcarea are tendința de a curăța suprafețele de contact în timpul fazelor de sudare, ceea ce implică posibilitatea sudării pieselor fără o pregătire specială. În timpul procesului de sudare, în funcție de metoda utilizată, materialul din faza plastică este împins spre exterior, eliminând impuritățile și murdăria.

Un alt avantaj suplimentar este posibilitatea sudării materialelor diferite. Acest lucru este extrem de util în domeniul aerospațial, unde materiale foarte ușoare precum aluminiu și titan pot fi combinate cu oțeluri de înaltă rezistență. În mod normal, diferența mare în punctul de topire dintre cele două materiale face imposibilă sudarea lor cu metode tradiționale și, prin urmare, ar necesita sisteme de îmbinare mecanică ( șuruburi ). Sudarea prin frecare permite o îmbinare completă fără a adăuga greutate.

Alte joncțiuni din materiale diferite ( cupru și aluminiu) își găsesc aplicația în domeniul conectorilor electrici. În domeniul mecanicii în general, sudarea prin frecare permite unirea diferitelor tipuri de oțeluri, chiar diferite între ele, cu scopul de a obține economii de calitate și economice.

Aplicații

Părțile care trebuie sudate necesită o pregătire redusă sau deloc a suprafeței și nu este necesară preîncălzirea. Ciclul rapid și automat nu necesită personal specializat. Încălzirea este generată uniform în jurul sudurii, fără distorsiuni și fără a introduce solicitări interne. Nu se utilizează materiale de umplutură și, deoarece procesul este autocontrolat, procedurile costisitoare de control al calității pot fi simplificate. Astfel se pot realiza reduceri foarte atractive ale costurilor.
Sudarea prin frecare reprezintă un avantaj sigur în cazul în care proiectul ar putea prevedea îmbinări mecanice, cum ar fi flanșe cu șuruburi, arbori cu chei, îmbinări permanente masculin-feminin, adică care nu vor necesita dezasamblare în timpul funcționării. Aceste îmbinări implică adesea adoptarea de materiale diferite sau sunt realizate astfel, deoarece ar fi prea scump să le realizăm în întregime din solide.

Gama normală de secțiuni care trebuie sudate este de la 6 la 120 mm diametru exterior pentru piesele solide sau de la 10 la 250 mm diametru exterior pentru piesele tubulare, cu o secțiune sudabilă de la 500 la 20.000 mm ² . Una dintre cele două piese care trebuie sudate trebuie să aibă o suprafață circulară de sudură. Celălalt trebuie să aibă o formă plană sau circulară, pentru a forma una dintre formele de sudură de bază. În afara zonei de sudură, piesa poate varia substanțial ca formă și dimensiune.

Toleranțele în care poate fi conținută piesa sudabilă depind de precizia inițială a fiecărei piese așa cum sunt prezentate pentru sudare. Cu piesele prelucrate cu precizie înainte de sudare, o eroare de nealiniere de până la 0,2 mm este realizabilă la sudare cu o eroare unghiulară suplimentară de 0,001. O caracteristică a procesului este de a conține eroarea de lungime a piesei sudate în 0,3 mm comparativ cu o eroare totală a celor două piese înainte de sudarea în termen de doi milimetri.

Sudabilitatea prin frecare a metalelor și a aliajelor acestora include metale precum oțelul moale, oțelul inoxidabil austenitic și metalele disponibile comercial care nu prezintă reacții adverse între constituenții săi. Caracteristicile mecanice nu sunt influențate excesiv în zona de sudare afectată de căldură, care se caracterizează prin rafinarea boabelor cauzată de căldură datorită frecării. Pentru aliajele de oțeluri tratate termic, cum ar fi oțelurile întărite și aliajele de aluminiu cu îmbătrânire artificială, proprietățile mecanice vor fi afectate de ciclul termic în timpul sudării, dar același lucru poate fi restabilit printr-un tratament termic adecvat după sudare care restabilește ductilitatea, rezistență sau rezistență în funcție de necesitățile de funcționare.

În cazul în care combinațiile formează aliaje fragile sau aliaje cu conținut inter-metalic în interfața de sudură, stratul intermediar poate fi în general controlat la o grosime de doar câțiva microni. Printre aceste combinații găsim sudarea dintre aluminiu și cupru, cu un rafinament considerabil al boabelor din aluminiu, sau sudarea dintre aluminiu și oțel, unde stratul intermetalic care se formează este prea subțire pentru a afecta proprietățile mecanice ale sudurii. Îmbinarea excelentă rezultată are o gamă largă de aplicații în care greutatea trebuie minimizată. Alte combinații de lipit de succes sunt cuprul cu oțel și titanul cu aluminiu.

Există combinații limitate care, în general, nu dau rezultate bune. Unii dintre constituenți pot inhiba rezultatul bun al sudării, cum ar fi fulgii de grafit în fierul gri, turnarea cu plumb sau sulfură în oțelurile cu rezistență la căldură ridicată, precum și porozitatea în sintetizate. Un conținut excesiv de incluziuni poate reduce proprietățile mecanice ale îmbinării, în special datorită reorientării fluxului de boabe către sudură.

Istoria sudării prin frecare

Primul brevet privind sudarea prin frecare datează din 1891 în Statele Unite. Au urmat alte brevete în Europa și Uniunea Sovietică. Companiile americane Caterpillar , Rockwell International, American Manufacturing Foundry și Thompson Friction Welding au dezvoltat mașini pentru acest tip de proces. Cea mai completă arhivă istorică se găsește la Societatea Americană de Sudare. ^[1]

Sudare prin frecare liniară

Sudarea prin frecare liniară se bazează pe același principiu ca și sudarea prin frecare rotativă, cu diferența că în această tehnologie mișcarea piesei este în direcție oscilatorie în loc de rotire. Vitezele sunt mai mici și aceasta implică o utilizare constantă a presiunii între piesele de sudat. De asemenea, este necesar ca piesele să aibă o capacitate mare de rezistență la tăiere.
Sudarea liniară necesită utilaje mult mai complexe decât sudarea prin frecare rotativă, dar are avantajul de a putea îmbina părți de orice formă.

Notă

linkuri externe

• ( EN ) Sudarea prin frecare (cu video) , pe MTU Aero Engines . Adus la 15 septembrie 2011 (arhivat din original la 3 iunie 2011) .
• ( RO ) Videoclipuri și diagrame de sudare prin frecare prin inerție .
• ( EN ) Sudare liniară pe plastic. , la twi.co.uk. Adus pe 19 septembrie 2011 (depus de 'url original 22 noiembrie 2008).

• Sudare prin frecare liniară , pe YouTube . Adus 22-03-2015 .

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie