A hegesztési módszerek széles skálája létezik. Köztük van egy olyan egzotikus eljárás is, mint a súrlódó keverős hegesztés. Megkülönböztető jellemzője a fogyóeszközök, például elektródák, hegesztőhuzalok, védőgázok hiánya. Egy újonnan kifejlesztett módszer egyre szélesebb körben elfogadott.
Megjelenés története
A súrlódó keverőhegesztés (FSW) története 1991-ben kezdődött. Ez a British Welding Institute (TWI) innovatív fejlesztése volt. Néhány évvel később a technológiát repülőgépek és hajók építésénél használták.
Az új technológiát elsőként a norvég Marine Aluminium és az amerikai Boeing helyezte gyártásba. Vállalkozásaikban a rotációs dörzshegesztés (PCT) fejlesztésére szakosodott ESAB konszern hegesztőberendezéseit használták.
A cég 2003 óta folyamatosan kutatja a súrlódó keverőhegesztés lehetőségeit. Például voltakmódszereket dolgoztak ki az alumíniumötvözetek és azok módosításai hegesztésére, amelyeket repülőgépek, hajók és vasúti konténerek gyártásánál használnak.
A repülőgépiparban lehetségesnek találták a szegecselt kötések hegesztett kötésekkel való helyettesítését. Ezenkívül az FSW módszerrel végzett hegesztési sebesség jelentősen meghaladja az elektromos ív sebességét. 6 m hosszú varrat készíthető egy perc alatt, míg a hagyományos hegesztési sebesség 0,5 cm alkatrészvastagság esetén csak 0,8-2 m/perc.
A folyamat lényege
A fémillesztés a hegesztési zónában a súrlódásos módszerrel történő felmelegedés miatt következik be. A súrlódó keverőhegesztés fő hegesztőeszköze egy fémrúd, amely két félből áll: egy gallérból és egy vállból.
A kiálló részével a forgó rúd belemerül az anyagba, ami erős melegedést okoz. Az ellátását a váll korlátozza, nem engedi át a hegesztendő munkadarabot. A fűtési zónában az anyag jelentősen növeli plaszticitását, és a váll által lenyomva egységes masszát alkot.
A következő lépés a rúd mozgása a hegesztett zóna mentén. Előre haladva a váll összekeveri a felforrósodott fémmasszát, amely lehűlés után erős kapcsolatot alkot.
Mi befolyásolja az STP minőségét?
A súrlódó keverőhegesztés egy folyamatosan fejlődő folyamat. De már most számos paraméter befolyásolja a kapcsolat minőségét:
- Az eszköz által generált kényszer.
- Feed ratehegesztőfej.
- A váll értéke.
- A rúd kerületi forgási sebessége.
- Dőlésszög.
- A rúd etetőereje.
A hegesztés jellemzőinek manipulálása lehetővé teszi különböző fémek összekapcsolását. Például alumínium és lítium. A lítium alacsony sűrűsége és nagy szilárdsága miatt alumíniumötvözet alkatrészek ötvöző komponenseként működhet, ami lehetővé teszi ennek a technológiának a repülőgépiparban való alkalmazását.
A súrlódó keverőhegesztés könnyen helyettesítheti a kovácsolást, sajtolást, öntést, amikor nehezen összeilleszthető fémekből gyártanak alkatrészeket. Például ausztenit és perlit szerkezetű acélok, alumíniumból vagy bronzból készült acélok.
Milyen területeken használják
Az olyan iparágak, mint az autóipar, folyamatosan dolgoznak azon, hogyan lehet növelni a termék szilárdsági tulajdonságait, miközben csökkentik a súlyát. E tekintetben folyamatos az új anyagok bevezetése, amelyek korábban a feldolgozás bonyolultsága miatt nem voltak jellemzőek. Egyre gyakrabban készülnek olyan szerkezeti elemek, mint a segédkeretek és néha az egész testek alumíniumból vagy alumínium kombinációjából.
Így 2012-ben a Honda additív gyártást és súrlódó keverőhegesztést alkalmazott járművei segédvázainak gyártásához. Bevezették az acél és az alumínium kombinációját.
Fémlemezek átégése fordulhat elő az alumíniumból készült testhegesztések gyártása során. Ezt a hiányosságot megfosztják az STP-től. azon kívülaz áramfogyasztás 1,5-2-szeresére csökken, a fogyóeszközök, például a hegesztőhuzal, a védőgázok költsége csökken.
Az autógyártás mellett az STP-t a következő területeken használják:
- Építőipar: alumínium tartószerkezetek, hídfesztávolságok.
- Vasúti szállítás: keretek, kerekes forgóvázak, kocsik.
- Hajóépítés: válaszfalak, szerkezeti elemek.
- Repülőgép: üzemanyagtartályok, törzsrészek.
- Élelmiszeripar: különféle tartályok folyékony termékek (tej, sör) tárolására.
- Elektromos termelés: motorházak, parabolaantennák.
Az alumíniumötvözetek mellett súrlódó keverőhegesztést is alkalmaznak rézvegyületek előállítására, például a kiégett radioaktív fűtőelemek elhelyezésére szolgáló réztartályok gyártása során.
STP-előnyök
Az FSW tanulmányozása lehetővé tette a hegesztési módok kiválasztását különböző ötvözetcsoportok összekapcsolásakor. Annak ellenére, hogy eredetileg az FSW-t alacsony olvadáspontú fémekkel, például alumíniummal (660 °C) való megmunkálására fejlesztették ki, később nikkel (1455 °C), titán (1670 °C) és vas összekapcsolására kezdték használni. (1538 °C).
A kutatások azt mutatják, hogy az így kapott varrat szerkezetében teljes mértékben megfelel a hegesztendő alkatrészek fémének, és nagyobb szilárdsági mutatókkal, alacsonyabb munkaköltséggel és alacsony maradó alakváltozással rendelkezik.
Helyesa kiválasztott hegesztési mód garantálja a hegesztési anyag és a hegesztendő fém megfelelőségét a következő mutatók szerint:
- fáradtság:
- hajlító- és szakítószilárdság;
- szívósság.
Előnyök más hegesztési típusokhoz képest
Az STP-nek számos előnye van. Köztük:
- Nem mérgező. Más fajtákkal ellentétben nincs elektromos ívégetés, ami miatt az olvadt fém elpárolog a hegesztési zónában.
- Megnövelt varrásképződési sebesség, ami gyorsabb ciklusidőt eredményez.
- Az energiaköltségek felére csökkentése.
- Nincs szükség a hegesztés további feldolgozására. A súrlódó keverőeszköz tökéletes hegesztési varratokat képez lecsupaszítás nélkül.
- Nincs szükség további fogyóeszközökre (hegesztőhuzal, ipari gázok, folyasztószerek).
- A más típusú hegesztéshez nem elérhető fémkötések kialakításának lehetősége.
- A hegesztési élek speciális előkészítése nem szükséges, kivéve a tisztítást és a zsírtalanítást.
- Homogén hegesztési struktúra elérése pórusok nélkül, ami egyszerűbb minőségellenőrzést eredményez, amely a súrlódó keverőhegesztésre vonatkozik GOST R ISO 857-1-2009.
Hogyan ellenőrizhető a hegesztés minősége
A hegesztés minőségét kétféle szabályozás ellenőrzi. Az első az ebből származó prototípus megsemmisítését jelentikét rész összekapcsolása. A második roncsolás nélküli ellenőrzést tesz lehetővé. Olyan módszereket alkalmaznak, mint az optikai vezérlés, audiometriai vizsgálat. Segít meghatározni a pórusok és inhomogén zárványok jelenlétét, amelyek rontják a varrat tulajdonságait. A hangvezérlés eredménye egy diagram, amely jól mutatja azokat a helyeket, ahol az akusztikus visszhang eltér a normától.
A módszer hátrányai
A súrlódó hegesztési módszernek számos előnye mellett vannak hátrányai is:
- Mobilitás hiánya. Az STP a térben mereven rögzített, rögzített alkatrészek összekapcsolását foglalja magában. Ez bizonyos tulajdonságokat ír elő a súrlódó keverős hegesztőberendezésekre, például mozdulatlanságra.
- Csekély sokoldalúság. A terjedelmes berendezések ugyanilyen típusú műveletek végrehajtására vannak beállítva. Ebben a tekintetben a hegesztőeszközöket meghatározott feladatokra tervezték. Például autók oldalfalainak hegesztésére szállítószalagon, semmi másra.
- A hegesztési varrat sugárirányú szerkezetű. Ebben a tekintetben bizonyos típusú alakváltozások esetén, vagy ha az alkatrészt agresszív környezetben üzemeltetik, felhalmozódhat a hegesztési varrat kifáradása.
STP fajták a cselekvés elve szerint
A súrlódáson alapuló hegesztési eljárások több típusra oszthatók:
- Lineáris súrlódás. A módszer lényege, hogy nem egy forgó csúcs hatására, hanem az alkatrészek egymáshoz viszonyított elmozdulása következtében állandó kapcsolatot kapunk. Az érintkezési ponton a felületre hatva létrehoznaksúrlódás és ennek következtében magas hőmérséklet. Nyomás hatására a szomszédos részek megolvadnak, és hegesztett kötés jön létre.
- Radiális hegesztés. Ezt a módszert nagy átmérőjű konténerek, vasúti tartályok gyártására használják. Ez abból adódik, hogy az alkatrészek illesztéseit egy kívülről öltözött forgógyűrű melegíti. Súrlódás révén az olvadásponthoz közeli hőmérsékletet idéz elő. Az ezt a technológiát alkalmazó vállalkozásra példa a Sespel, egy csebokszári tartályautó-gyártó. A súrlódó keverőhegesztés felveszi a hegesztési munka nagy részét.
- Studhegesztés. Ez a fajta helyettesíti a szegecskötést. Ezt a típust átfedő kapcsolatokhoz használják. Az érintkezési pontban lévő forgócsap felmelegíti a hegesztendő részeket. A magas hőmérséklet hatására megolvad, és a csap behatol. Lehűl, erős állandó kapcsolatot hoz létre.
Az STP változatai nehézségi szint szerint
A súrlódással végzett hegesztési műveletek síkbeli és térfogati műveletekre oszthatók. A fő különbség ezek között a fajták között az, hogy az első esetben a varrat kétdimenziós térben, a másodikban pedig háromdimenziós térben jön létre.
Így a síkkötésekhez a hegesztőberendezéseket gyártó ESAB kifejlesztette a 2D LEGIO gépet. Ez egy testreszabható súrlódó keverős hegesztőrendszer különféle színesfémekhez. Különböző méretű csoportokberendezés lehetővé teszi a kis és nagy méretű alkatrészek hegesztését. A jelölés szerint a LEGIO berendezések többféle elrendezéssel rendelkeznek, amelyek különböznek a hegesztőfejek számában, több tengelyirányú hegesztési képességben.
Léteznek 3D-s robotok az űrben összetett helyzetű hegesztési munkákhoz. Az ilyen eszközöket autós szállítószalagokra szerelik fel, ahol összetett konfigurációjú hegesztésekre van szükség. Az ilyen robotok egyik példája az ESAB Rosio.
Következtetés
Az STP előnyösen hasonlít a hagyományos hegesztési típusokhoz. Széleskörű alkalmazása nemcsak gazdasági haszonnal kecsegtet, hanem a termelésben foglalkoztatottak egészségének megőrzésével is.
