Сварка трением Реферат. Сварка трением
 Скачать 96.87 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Т. Ф. ГОРБАЧЕВА» Кафедра технологии машиностроения Учебная дисциплина: «Оборудование и технология специальных методов сварки» РЕФЕРАТ На тему: «Сварка трением» Выполнил: магистрант гр. ТСм-171 А. Г. Гуро Проверил: Старший преподаватель М.В.Пимонов Кемерово 2018 Содержание Введение ………………………………………………………………..…………3 Сущность сварки трением…..……………...…………………………………5 Виды сварки трением………………….…………………………..……….….7 Преимущества и недостатки………………………………………………….9 Заключение ………………………………………………………………………11 Используемые источники ……...………………………………………….……13 Введение. Получение неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании - называется сваркой. Такое определение сварки даёт ГОСТ 2601-84. Получения монолитного соединения при сварке плавлением и давлением имеет существенные различия, что и определяет их выбор при изготовлении сварных конструкций. В строительных конструкциях и в машиностроении сварка плавлением является основным способом получения неразъемных соединений деталей из сталей всех марок, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и пр. В настоящее время данным способом сварки получают примерно 70% сварных соединений. Широкое применения способа сварки плавлением обусловлено рядом преимуществ: - возможность сварки в монтажных и цеховых условиях; - разнообразие применяемых типов соединений; - возможность сварки конструкций больших габаритов; - возможность сваривать металл в широком диапазоне толщин; - возможность изменения химического состава наплавленного металла; - возможность сварки швов в любом пространственном положении. Сварки плавлением имеет и ряд недостатков: - кристаллизация металла шва протекает при значительных растягивающих напряжениях, что является причиной образования трещин; - необходимость защиты сварочной ванны от воздействия атмосферных газов для сохранения механических характеристик наплавленного металла; - затруднение или даже невозможность сваривания разнородных металлов; - образование напряжений и деформаций при сварке; - изменение структуры основного металла под влиянием температуры нагрева. Методы сварки давлением (термомеханические и механические) имеют определённые преимущества по сравнению с методами сварки плавлением. При различных методах сварки давлением возможно получение неразъёмного соединения металлов, металлов с неметаллическими материалами и неметаллов друг с другом. При этом соединение материалов осуществляется в холодном состоянии в результате деформационного или термодеформационного воздействия в зоне контакта. При термомеханических методах сварки одновременно с приложением внешнего давления, материал в зоне соединения нагревают для повышения его пластичности. К ним относят: контактную, диффузионную, кузнечную и др. При механических методах сварки соединение заготовок происходит путём совместной пластической деформации соединяемых деталей за счёт приложения внешних сил. К ним относят сварку трением, взрывом, холодную, ультразвуковую и др. В зависимости от материала сварной конструкции, её габаритов, толщины свариваемого металла и других особенностей свариваемого изделия предпочтительное применение находит тот или иной метод сварки давлением, одним из которых является сварка трением. Существует несколько видов и подвидов сварки трением, каждый из которых находит применение в современном производстве. Сущность сварки трением. Сварка трением является одним из методов сварки давлением. Соединение при сварке трением образуется в процессе совместного пластического деформирования свариваемых деталей под действием сил контактного трения, величина которых зависит от скорости вращения и сжимающего осевого усилия. Основными параметрами при сварке трением являются: скорость относительного вращения или колебательного движения поверхностей трения, осевое усилие сжатия деталей, величина осадки и длительность сварки. Процесс преобразования механической энергии в тепловую обусловливает возникновение тепловых процессов на соединяемых поверхностях деталей, в результате чего происходит увеличение пластичности материала за счет нагрева деталей до достаточно высоких температур, но ниже температур плавления. То есть сварное соединение образуется в твердой фазе, без расплавления металла свариваемых деталей.  Рис.1 Простейшая (конвенционная) схема процесса сварки трением. Зажим машины; 2- вращающаяся деталь; 3- неподвижная деталь;  - осевое усилие;  – усилие осадки; ω – скорость вращения.Простейшая и наиболее распространенная схема такого процесса показана на рис. 1. Две детали, подлежащие сварке, устанавливают соосно в зажимах машины; одна из них — неподвижна, а другая приводится во вращение вокруг их общей оси c угловой скоростью ω. На сопряженных торцовых поверхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием , возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при относительном вращении свариваемых заготовок на преодоление этих сил трения, преобразуется в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и в приповерхностных слоях металла, 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. Однако в процессе нагрева тепловыделение вдоль радиуса торцов свариваемых заготовок неравномерно, поэтому толщина зоны термического влияния различна. [6]В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиальных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных сил, возникающих в стыке при вращении одной детали относительно другой. Выдавленный металл — грат — имеет характерную 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 сгорания 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 . При сближении поверхностей подлежащих сварке деталей до очень малых расстояний (соизмеримых с междуатомными) между ними образуются металлические связи, по своей природе и по величине аналогичные силам взаимодействия между атомами в сплошном металле. В общем техпроцесс сварки трением можно разделить на следующие фазы: - разрушение и удаление окисных пленок силами трения; - разогрев свариваемых кромок до пластичного состояния, появление временного контакта, его разрушение; - выдавливание из стыка наиболее пластичных объемов металла; - прекращение вращения, образование монолитного сварного соединения. [2] Виды сварки трением. В настоящее время существует насколько разновидностей сварки трением. Выбор того или иного виде сварки зависит от геометрических параметров или материала свариваемых изделий. Одной из разновидностей конвенционной сварки трением является сварка двух невращающихся деталей посредством зажатого между ними третьего тела. Данным видом сварки возможно соединение массивных и (или) длинных деталей круглого сечения. Для соединения неподвижных длинных труб применяется вид сварки с помощью вращения зажатого между ними относительно тонкого диска. После сварки диск срезается по внутреннему диаметру деталей, а внешняя часть диска остаётся между торцами труб. Вибрационная сварка трением (линейная) осуществляется с помощью колебательных движений в плоскости трения одной из свариваемых деталей относительно другой с небольшой амплитудой и частотой в несколько десятков герц. Данный вид сварки применяется для сварки металлических деталей некруглого сечения и различных пластмасс. Радиальная сварка применяется для приварки сплошного или разрезанного кольца к трубе (или стержню) по цилиндрической поверхности. Синхронная работа системы кулачков обеспечивает равномерное давление на поверхность трения. Данным способом возможно соединение труб различных длин и диаметров даже в полевых условиях. Орбитальная сварка трением. Данный вид включает два подвида. При первом подвиде орбитальной сварки одна заготовка неподвижна, а вторая совершает круговые движения с орбитальным радиусом (эксцентриситетом) без вращения вокруг собственной оси. Обе заготовки в процессе орбитального движения прижимаются друг к другу с определённым давлением, и при достижении температуры сварки на соединяемых поверхностях значение орбитального радиуса приводится к нулю. Затем к деталям прикладывается давление проковки, в результате чего образуется неразъёмное соединение. При втором подвиде орбитальной сварки обе свариваемые детали вращаются вокруг своих осей в одну и ту же сторону и с одинаковой частотой, но при этом оси деталей смещены относительно друг друга на величину орбитального радиуса. При этом на сопряжённых поверхностях вращающихся деталей появляется относительное движение, когда каждая точка на свариваемой поверхности одной детали совершает круговые движения относительно контрточки поверхности другой детали, а радиус этих окружностей равен величине эксцентриситета. По завершении стадии нагрева происходит взаимная соосная ориентация обеих заготовок и осуществляется их проковка. Штифтовая сварка трениемиспользуется при ремонтных работах. В предварительно просверленное отверстие вводится штифт из того же металла, что и детали. За счет вращения штифта образуется тепло, которое приводит к размягчению свариваемых материалов и образованию прочного соединения. Сварка трением с перемешиванием является наиболее перспективным и развивающимся видом сварки трением. Процесс сварки происходит следующим образом. Специальный вращающийся инструмент, состоящий из утолщённой части (заплечик) и выступающей части (штырь), вводится в материал заготовок в месте их стыка, таким образом, чтобы штырь внедрился в заготовки а заплечик коснулся их поверхности. В результате трения штыря и заплечика о заготовку выделяется тепло, которое доводит металл вокруг инструмента до пластического состояния. Затем инструменту сообщают поступательное движение со скоростью сварки, и материал заготовок, перемещаясь из зоны нагрева в зону охлаждения, огибает штырь и образует соединение (рис. 2).  Рисунок 2. Схема процесса сварки трением с перемешиванием. Сварка трением с перемешиванием (СТП) является наиболее эффективным способом получения высококачественных соединений конструкций различной геометрии: листовые материалы; профильные конструкции; трубы. Также может использоваться при ремонтных и восстановительных работах для заварки трещин и литейных дефектов. СТП используется как альтернатива заклёпочным соединениям, контактной, шовной электродуговой, электроннолучевой и лазерной сваркам. СТП становится универсальным видом неразъёмного соединения материалов и имеет большие перспективы в различных отраслях производства, поскольку толщины свариваемых листовых материалов составляют для алюминиевых сплавов 110 мм, а для сталей и никелевых сплавов 45 мм. [5] Преимущества и недостатки сварки трением. При сварке трением тепловыделение ограничено тонким приповерхностным слоем деталей, что является главной особенностью этого процесса, и предопределяет его энергетические и технологические преимущества, которыми являются следующие. Высокая производительность. Объем тонкого 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 высокий коэффициент полезного действия процесса сварки трением; расход энергии и мощности при сварке трением в 5—10 раз меньше, чем, например, при электрической контактной сварке встык. Высокое качество сварного соединения. Материал стыка и прилегающих к нему зон теплового влияния обладают 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 термомеханического воздействия (быстрые нагрев и охлаждение в присутствии больших — в несколько сотен атмосфер — давлений), по своему характеру близкого к режимам термомеханической обработки металлов, приобретает равноосную и сильно измельченную структуру. 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 деталей, что особенно важно при отсутствии в настоящее время простых, надежных и дешевых методов неразрушающего контроля стыковых соединений, пригодных для использования в условиях сварочных цехов. Независимость качества сварных 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 алюминием, 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. 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. Помимо достаточно существенных преимуществ, сварочному процессу характерны и некоторые недостатки, среди которых можно назвать следующие. Низкая универсальность процесса. С помощью сварки трением можно сварить пару деталей, из которых хотя бы одна должна являться телом вращения (труба, круглый стержень и т.д.), вторая деталь должна обладать плоскостью, к которой будет привариваться первая. Впрочем, этот недостаток не слишком существенен: как показывает практика, в машиностроении используется до 70% деталей с круглым сечением (от общего количества деталей). Громоздкость оборудования. Поскольку процесс требует использования достаточно громоздкого оборудования, он осуществим лишь при использовании стационарных машин; приварить же малую деталь к массивной конструкции с помощью переносного оборудования практически невозможно. Искривление текстурных волокон в зоне сварки. Волокна около стыка располагаются радиально, выходя на наружную поверхность детали. Если деталь работает при динамических нагрузках, в этих местах может появиться очаг усталостного разрушения, при работе в агрессивных средах – очаг коррозии. Чтобы предотвратить появление дефектов, лучше всего сохранять на детали грат. Если из конструктивных соображений необходимо снять грат, то для этого требуется дополнительное время. [2] Заключение. Виды сварки трением, являясь одним из способ сварки давлением, значительно расширяют область применения сварки, позволяя сваривать между собой разнородные металлы, соединение которых сваркой плавлением невозможно, например, неметаллические материалы с металлами, и резко повышает производительность в условиях массового производства. Современное сварочное производство характеризуется ростом уровня механизации и автоматизации сварочных работ и повышением требований к качеству сварных соединений. Кольцевые, швы, соединяющие заготовки валов, oceй и роликов в условиях серийного производства, выполняют сваркой трением, причем область применения сварки трением заметно расширяется. Однако область применения сварки трением пока ограничена возможностями существующих машин трения. Сварка трением весьма экономичный процесс. Потребление электрической мощности 15-20 вт/мм2, а потребление электроэнергии в 7-40 раз меньше, чем при контактной электросварке; нагрузка трехфазной сети, питающей приводной электродвигатель, вполне равномерна. [3] Многолетний эксплуатационный опыт показывает, 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 позволяет использовать сварку трением при промышленном производстве самых различных изделий, в том числе и весьма ответственных. 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 электропромышленности — деталей высоковольтной аппаратуры, выводов бумагомасляных конденсаторов, кислотных аккумуляторов и анодов игнитронов, поршней пневмоцилиндров сварочных машин и др.; в инструментальном производстве — при массовом изготовлении концевого режущего инструмента (фрезы, сверла, метчики); в авиаракетостроении для сварки ответственных конструкций фюзеляжа, баков и конструкций различного назначения; в судостроении для сварки корпусов маломерных судов. В настоящее время в Российской Федерации накоплен большой опыт по сварке трением с перемешиванием, который является наиболее перспективным видом сварки трением, но к сожалению в нашей стране не производится оборудование для сварки трением с перемешиванием. Используемые источникиАрзамасов В.Б., Черепахин А.А., Кузнецов В.А., Шлыкова А.В., Пыжов В.В., Технология конструкционных материалов. Профессиональное образование, 2008 г. Конюшков Г.В., Мусин Р.А. Специальные методы сварки давлением. Учебное пособие.- Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. – 632 с. Ольшанский Н.А., Николаев Г.А. «Специальные методы сварки». М., “Машиностроение ” , 1999. 232 с. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов / А.В. Коновалов, А.С. Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; под ред. В.М. Неровного. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2007. – 752 с. http://mirprom.ru/public/svarka-treniem-peremeshivaniem.html. http://goodsvarka.ru/metalov/trenie/. http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/svarka-treniem.html. http://www.intertehno.ru/articles/c4/32/. http://www.umpro.ru/index.php?art_id_1=204&group_id_4=58&page_id=17. |