Keevitusmeetodeid on lai valik. Nende hulgas on selline eksootiline protsess nagu hõõrdkeevitus. Selle eripäraks on kulumaterjalide, näiteks elektroodide, keevitusjuhtmete, kaitsegaaside puudumine. Hiljuti väljatöötatud meetod kogub laialdast tunnustust.
Välimuse ajalugu
Hõõrdkeevituse (FSW) ajalugu sai alguse 1991. aastal. See oli Briti Keevitusinstituudi (TWI) uuenduslik arendus. Mõni aasta hiljem kasutati seda tehnoloogiat lennukite ja laevade ehitamisel.
Esimesed ettevõtted, kes uue tehnoloogia tootmisse panid, olid Norra Marine Aluminium ja Ameerika Boeing. Nad kasutasid oma ettevõtetes keevitusseadmeid ESAB kontsernilt, mis on spetsialiseerunud pöörleva hõõrdekeevituse (PCT) valdkonna arendustele.
Alates 2003. aastast on ettevõte pidev alt uurinud hõõrdkeevituse võimalusi. Näiteks olidon välja töötatud meetodid alumiiniumisulamite ja nende modifikatsioonide keevitamiseks, mida kasutatakse lennukite, laevade ja raudteekonteinerite ehitamisel.
Lennukitööstuses leiti, et on võimalik asendada needitud ühenduskohad keevitatud ühendustega. Pealegi ületab FSW-meetodil keevitamise kiirus oluliselt elektrikaare kiirust. 6 m pikkuse keevisõmbluse saab moodustada ühe minutiga, samas kui tavaline keevituskiirus on 0,5 cm detaili paksuse korral vaid 0,8-2 m/min.
Protsessi olemus
Metalli ühendamine toimub keevitustsooni kuumenemise tõttu hõõrdemeetodil. Hõõrdsegamiskeevituse peamine keevitustööriist on metallvarras, mis koosneb kahest poolest: kraest ja õlast.
Oma väljaulatuva osaga on pöörlev varras materjali sisse sukeldatud, põhjustades tugevat kuumenemist. Selle tarnimist piirab õlg, mis ei lase keevitataval detailil läbi pääseda. Kuumutustsoonis suurendab materjal oluliselt oma plastilisust ja õlast alla surutuna moodustab see ühtse massi.
Järgmine samm on varda liikumine piki keevitatud tsooni. Edasi liikudes segab õlg kuumutatud metallmassi, mis pärast jahutamist moodustab tugeva ühenduse.
Mis mõjutab STP kvaliteeti
Hõõrdkeevitus on pidev alt arenev protsess. Kuid juba praegu on ühenduse kvaliteeti mõjutavad mitmed parameetrid:
- Tööriista poolt loodud sund.
- Söötekiiruskeevituspea.
- Õla väärtus.
- Varda ümbermõõdu pöörlemiskiirus.
- Kaldenurk.
- Varda etteandejõud.
Keevituse omadustega manipuleerimine võimaldab saavutada erinevate metallide ühendamise. Näiteks alumiinium ja liitium. Liitium võib tänu oma madalale tihedusele ja suurele tugevusele toimida alumiiniumisulamist osade legeeriva komponendina, mis võimaldab seda tehnoloogiat kasutada kosmosetööstuses.
Hõõrdkeevitus võib kergesti asendada sepistamist, stantsimist ja valamist, kui neid kasutatakse raskesti sobitatavatest metallidest osade tootmiseks. Näiteks austeniit- ja perliitstruktuuriga terased, alumiiniumist või pronksist terased.
Mis valdkondades kasutatakse
Tööstused, nagu autotööstus, töötavad pidev alt selle kallal, kuidas suurendada toote tugevusomadusi, vähendades samal ajal selle kaalu. Sellega seoses tutvustatakse pidev alt uusi materjale, mis olid töötlemise keerukuse tõttu varem ebatüüpilised. Üha enam on konstruktsioonielemendid, nagu alamraamid ja mõnikord terved korpused, valmistatud alumiiniumist või alumiiniumi kombinatsioonist.
Seega kasutas Honda 2012. aastal oma sõidukitele alamraamide tootmiseks lisaainete tootmist ja hõõrdkeevitust. Nad tutvustasid terase ja alumiiniumi kombinatsiooni.
Alumiiniumist kere keevisõmbluste valmistamisel võib tekkida metalllehtede läbipõlemine. See puudus on STP-st ilma jäetud. peale selleelektritarbimine väheneb 1,5-2 korda, kulumaterjalide (nt keevitustraat ja kaitsegaasid) maksumus väheneb.
Peale autotootmise kasutatakse STP-d järgmistes valdkondades:
- Ehitustööstus: alumiiniumist tugifermid, sillavahed.
- Raudteetransport: raamid, ratasvankrid, vagunid.
- Laevaehitus: vaheseinad, konstruktsioonielemendid.
- Lennuk: kütusepaagid, kereosad.
- Toiduainetööstus: erinevad mahutid vedelate toodete (piim, õlu) jaoks.
- Elektri tootmine: mootorikorpused, paraboolantennid.
Lisaks alumiiniumisulamitele kasutatakse vaseühendite saamiseks hõõrdsegamiskeevitust, näiteks kasutatud radioaktiivse kütuse kõrvaldamiseks mõeldud vaskmahutite tootmisel.
STP eelised
FSW uurimine võimaldas erinevate sulamirühmade ühendamisel valida keevitusrežiime. Hoolimata asjaolust, et algselt töötati FSW välja madala sulamistemperatuuriga metallidega, näiteks alumiiniumiga (660 °C) töötamiseks, hakati seda hiljem kasutama nikli (1455 °C), titaani (1670 °C) ja raua ühendamiseks. (1538 °C).
Uuringud näitavad, et sel viisil saadud keevisõmblus vastab oma struktuurilt täielikult keevitatavate detailide metallile ning sellel on kõrgemad tugevusnäitajad, madalamad tööjõukulud ja väike jääkdeformatsioon.
Õigevalitud keevitusrežiim tagab keevismaterjali ja keevitatava metalli vastavuse järgmistele näitajatele:
- väsimustugevus:
- painde- ja tõmbetugevus;
- sitkus.
Eelised muude keevitusviiside ees
STP-l on palju eeliseid. Nende hulgas:
- Mittetoksiline. Erinev alt teistest sortidest ei toimu elektrikaare põlemist, mille tõttu sulametall aurustub keevitustsoonis.
- Suurem õmbluse moodustumise kiirus, mille tulemuseks on kiirem tsükliaeg.
- Energiakulude vähendamine poole võrra.
- Keevisõmbluse edasist töötlemist pole vaja. Friction Stir Tool moodustab täiusliku keevisõmbluse, ilma et oleks vaja eemaldada.
- Ei vaja lisatarvikuid (keevitustraat, tööstusgaasid, räbustid).
- Võimalus saada metallühendusi, mis ei ole muud tüüpi keevitamiseks saadaval.
- Keevitusservade spetsiaalne ettevalmistus pole vajalik, välja arvatud puhastamine ja rasvaärastus.
- Homogeense poorideta keevisstruktuuri saamine, mille tulemuseks on lihtsam kvaliteedikontroll, mis on reguleeritud hõõrdkeevitamiseks GOST R ISO 857-1-2009.
Kuidas kontrollitakse keevisõmbluse kvaliteeti
Keevituse kvaliteeti kontrollitakse kahte tüüpi juhtimisseadmetega. Esimene hõlmab prototüübi hävitamist, mis tuleneb sellestkahe osa ühendamine. Teine võimaldab kontrollida ilma hävitamiseta. Kasutatakse selliseid meetodeid nagu optiline kontroll, audiomeetriline uuring. See aitab kindlaks teha pooride ja ebahomogeensete lisandite olemasolu, mis halvendavad õmbluse omadusi. Helijuhtimise tulemused on diagramm, mis näitab selgelt kohad, kus akustiline kaja normist kõrvale kaldub.
Meetodi puudused
Arvukate eelistega on hõõrdekeevitusmeetodil kaasnevad puudused:
- Liikuvuse puudumine. STP hõlmab ruumis jäig alt fikseeritud fikseeritud osade ühendamist. See seab hõõrdkeevitusseadmetele teatud omadused, näiteks liikumatuse.
- Madal mitmekülgsus. Mahukad seadmed on konfigureeritud sama tüüpi toimingute tegemiseks. Sellega seoses on keevitusseadmed ette nähtud konkreetsete ülesannete jaoks. Näiteks auto külgseinte keevitamiseks konveieril ja mitte millegi muu jaoks.
- Keevitusõmblusel on radiaalne struktuur. Sellega seoses võib teatud tüüpi deformatsioonide korral või detaili kasutamisel agressiivses keskkonnas tekkida keevisõmbluse väsimus.
STP-sordid vastav alt tegevuspõhimõttele
Hõõrdumisel põhinevad keevitusprotsessid võib jagada mitmeks tüübiks:
- Lineaarne hõõrdumine. Meetodi olemus on püsiühenduse saamine mitte pöörleva otsa toimel, vaid osade liikumise tõttu üksteise suhtes. Puutepunktis pinnal toimides loovad nadhõõrdumine ja sellest tulenev alt kõrged temperatuurid. Surve all külgnevad osad sulavad ja tekib keevisliide.
- Radiaalkeevitus. Seda meetodit kasutatakse suure läbimõõduga konteinerite, raudteetsisternide tootmiseks. See taandub asjaolule, et osade liitekohti soojendab väljastpoolt riietatud pöörlev rõngas. Hõõrdumisel põhjustab see sulamistemperatuuri lähedase temperatuuri. Seda tehnoloogiat kasutava ettevõtte näiteks on Cheboksary paakautode tootja Sespel. Hõõrdkeevitus võtab suurema osa keevitustööst.
- Naastude keevitamine. See sort asendab neediühendust. Seda tüüpi kasutatakse kattuvate ühenduste jaoks. Puutepunktis olev pöörlev tihvt soojendab keevitatavaid osi. Kõrgest temperatuurist tekib sulamine ja tihvt tungib sisse. Jahtudes loob see tugeva püsiühenduse.
STP eri raskusastmete järgi
Hõõrdumise abil tehtavad keevitustoimingud võib jagada tasapinnalisteks ja mahulisteks. Peamine erinevus nende sortide vahel seisneb selles, et esimesel juhul moodustatakse keevisõmblus kahemõõtmelises ruumis ja teisel - kolmemõõtmelises ruumis.
Seega töötas keevitusseadmete tootja ESAB tasapinnaliste ühenduste jaoks välja 2D LEGIO masina. See on kohandatav hõõrdkeevitussüsteem erinevate värviliste metallide jaoks. Erineva suurusega rühmadseadmed võimaldavad keevitada väikese ja suure suurusega osi. Vastav alt märgistusele on LEGIO seadmetel mitu paigutust, mis erinevad keevituspeade arvu, mitmes aksiaalsuunas keevitamise võimaluse poolest.
Kosmoses keerukate positsioonidega keevitustöödeks on olemas 3D-robotid. Sellised seadmed paigaldatakse autokonveieritele, kus on vaja keeruka konfiguratsiooniga keevisõmblusi. Üks näide sellistest robotitest on ESAB Rosio.
Järeldus
STP on võrreldav traditsiooniliste keevitusmeetoditega. Selle laialdane kasutamine ei luba mitte ainult majanduslikku kasu, vaid ka tootmises hõivatud inimeste tervise säilimist.
