Экономия энергии при соединении легких сплавов
Сварка трением (Friction Spot Joining) представляет собой разработанный Kawasaki Heavy Industries принципиально новый революционный метод соединения материалов. Данный метод использует инновационные технологии и открывает дополнительные возможности в области обработки легких сплавов, таких как алюминиевые, магниевые и др.
Инновационность метода заключается в его удивительной простоте. Цилиндрический стержень с небольшим выступом («шпилькой») на конце, вращаясь, погружается в соединяемый материал и, образуя созданным давлением химические связи, извлекается обратно. Вращение стержня смягчает материал посредством фрикционного тепла и создает эффект «пластичного растекания» за счет сил, возникающих при осевом вращении, тем самым, сваривая верхнюю и нижнюю части материала в данной точке. Весь процесс сварки от начала до конца обычно занимает считанные секунды.
Сварочный инструмент представляет собой стержень, имеющий на конце небольшой выступ с резьбой — «шпильку». Внешняя кромка стержня («плечо») дугообразно выгнута, в результате чего инструмент образует с одной стороны свариваемого материала лунку в форме блюдца. В зависимости от технологических условий могут использоваться стержни различных форм и размеров.
Процесс сварки осуществляется в три этапа:
Стержень, вращаясь, давит на соединяемые поверхности с заданным усилием. Это давление создает нагрев от трения между поверхностью и шпилькой на конце стержня, размягчая металл и позволяя шпильке полностью погрузиться в материал.
Шпилька полностью погружается в рабочую поверхность; сильное давление поддерживается и после того, как плечо инструмента по внешнему краю соприкасается с материалом (см. рисунок ниже).
После завершения процесса соединения шпилька и стержень выводятся из материала.
Прочность соединения при использовании сварки трением сопоставима с прочностью точечной сварки!
В точке сварки за счет нагрева до высоких температур и последующего эффекта «растекания» вещества вокруг шпильки из рекристаллизовавшегося материала образуется особая зона. Как уже упоминалось, растекание вещества происходит в двух перпендикулярных друг другу плоскостях — вдоль оси вращения стержня и вокруг этой оси. Образуемая зона характеризуется высокой прочностью и исключительной эластичностью, гарантируя отличные механические свойства. Результаты испытаний на разрыв, разлом, а также ряд других подтверждают, что прочность сварки трением сопоставима с обычной точечной сваркой.
Процесс сварки трением не требует расплавления материала. Тепловой нагрев по сравнению с точечной сваркой невысок. Как результат — меньше степень тепловых деформаций для достижения выдающихся прочностных характеристик.
Энергия, необходимая для сварки трением не превышает энергии, потребляемой двумя сервомоторами, осуществляющими манипулирование сварочным инструментом. Фактически, для сварки трением необходима мощность, эквивалентная 1/20 мощности, потребляемой сварочным оборудованием при обычной точечной сварке. В добавок, нет необходимости в блоках питания большой емкости, что приводит к значительному сокращению затрат на оборудование.
Система сварочных механизмов весьма проста, нет потребностей в дополнительном оборудовании, которое требуется для точечной сварки. Не требуется ни холодной воды, ни сжатого воздуха, что также действует как упрощающий и снижающий затраты фактор.
Сварочный инструмент, используемый в сварке трением, не подвержен износу при работе с алюминиевыми сплавами. Даже после нескольких сотен тысяч сделанных соединений обычно отсутствуют какие-либо сообщения о рекламации.
Благодаря отсутствию пыли и дыма, а также отсутствию необходимости в большом электрическом токе, процесс сварки трением экологически чист и не создает дополнительных электромагнитных помех.
