Сварка трением. 
Сварка и пайка в авиационной промышленности

Метод основан на образовании сварного соединения под влиянием давления и нагрева, при котором нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением одной из свариваемых деталей. Благодаря нагреву достигаются значительные пластические деформации при меньших давлениях.

Образование прочного соединения происходит в результате возникновения металлических связей между чистыми контактирующими поверхностями. Неровности, различные включения и пленки, препятствующие образованию этих связей, разрушаются при трении и удаляются из зоны сварки в процессе пластической деформации, протекающей в радиальном направлении. Интенсивная очистка поверхности от оксидных и адсорбированных пленок позволяет не только обеспечивать возможность сварки, но и получать высокопрочные соединения. Схемы различных видов сварки трением приведены на рис. 3.32.

Рис. 3.32. Принципиальная схема сварки трением:

а — вращение одной детали; б — вращение обеих деталей; в — сварка неподвижных деталей с вращающейся вставкой; г — сварка при возвратнопоступательном движении одной из деталей Различают три стадии в процессе сварки трением. Первая стадия представляет собой приработку торцов свариваемых деталей, при этом нагреваются только отдельные точки контакта поверхностей. Взаимодействие трущихся поверхностей соответствует режиму сухого трения.

При переходе ко второй стадии возникают очаги схватывания, которые немедленно разрушаются в результате перемещения поверхностей. Это способствует повышению температуры в стыке, дальнейшему сближению свариваемых поверхностей, образованию новых очагов схватывания, которые также разрушаются вновь, причем процесс их разрушения захватывает более глубокие слои металла. Достаточно быстро процесс схватывания распространяется практически на всю поверхность трения. Это характерно для окончания второй стадии сварки, начинающейся, таким образом, с возникновения первых очагов схватывания и заканчивающейся их интенсивным распространением по свариваемому сечению.

К концу второй стадии момент сил трения достигает максимального значения, наблюдается быстрое увеличение температуры, активно идет процесс разрушения оксидных пленок.

В период протекания третьей стадии, наиболее продолжительной по времени, выделяется основное количество тепла (до 87% общего количества тепла). Она характеризуется самой высокой температурой, выравниванием ее по сварному стыку, установившейся величиной момента сил трения. На этой стадии наблюдается уменьшение потребляемой мощности, что связано со снижением предела прочности металла при высоких температурах. Заканчивается третья стадия проковкой — сжатием деталей в момент полного прекращения их относительного вращения. Сварка происходит в твердой фазе в результате образования металлических связей.

Основными параметрами режима сварки трением являются: частота относительного вращения свариваемых деталей, величина осевого усилия при нагреве, величина осадки при нагреве, величина осевого усилия проковки, длительность приложения усилия проковки. Вместо величины осадки при нагреве в качестве параметра режима сварки можно использовать длительность нагрева, так как эти величины связаны между собой прямо пропорционально. Усилия нагрева и проковки часто задаются в виде удельных давлений, а величина осевого усилия проковки определяется как произведение соответствующего удельного давления на площадь поперечного сечения свариваемых деталей в месте сварки.

Рекомендуемые режимы сварки применительно к изготовлению биметаллических переходников приведены в табл. 3.10.

Сравнение сварки трением со стыковой показывает, что первая позволяет значительно снизить расход электроэнергии (рис. 3.33).

Основные типы соединений, рекомендуемые при сварке трением, приведены на рис. 3.34, где позиции, а и б соответствуют сварке труб между собой и трубы со стержнем, в последнем случае делается предварительно проточка, облегчающая одинаковый нагрев свариваемых деталей; в — сварке трубы с плоской деталью; гид — сварке соответственно стержня со стержнем и стержня с плоской деталью.

Для облегчения процесса сварки трением, в частности с целью более равномерного нагрева деталей, имеющих различную конфигурацию и массу, рекомендуется предусматривать специальные выступы (рис. 3.34, е) или проточки (рис. 3.34, ж, з).

Параметры режима сварки трением биметаллических переходников на машине типа МСТ-31.

Таблица 3.10

Рис. 3.33. Потребляемая мощность из сети:

1 — при электрической контактной сварке; 2 — при сварке трением.

Рис. 3.34. Рекомендуемые типы соединений при сварке трением.

Возможность сварки трением деталей из самых разнообразных материалов, в том числе из разнородных, экономичность, высокая производительность и качество соединения — характерные особенности этого процесса, нашедшего применение при изготовлении ряда ответственных деталей в производстве летательных аппаратов, в том числе втулок, переходников из разнородных металлов и т. п.

Большой экономический эффект достигнут при внедрении сварки трением заготовок различного режущего инструмента для цехов механической обработки, в том числе на заводах авиационной промышленности.

Ограничивают область применения сварки трением специфические требования и конфигурации деталей — одна или обе детали должны быть телом вращения.