Friktionssvetsning

Friktionssvetsning är en trycksvetsmetod som utnyttjar värmen som genereras av ömsesidig friktion under den relativa rörelsen av svetsarnas kontaktändytor för att uppnå en tillförlitlig anslutning av material. Svetsprocessen involverar applicering av tryck, vilket inducerar friktion mellan materialen som svetsas, vilket leder till en temperaturhöjning vid gränsytan och närliggande områden, vilket slutligen når ett termoplastiskt tillstånd. Under påverkan av den störande kraften bryts gränsytans oxidfilm, och materialet genomgår plastisk deformation och flöde och bildar fogar genom diffusion av gränssnittselement och metallurgiska reaktioner av omkristallisation. Viktigt är att denna svetsprocess inte kräver tillsatsmetall, flussmedel eller skyddsgas, och hela proceduren kan slutföras på bara några sekunder.

Den högtrycksinducerade relativa friktionen mellan ytorna på de två svetsade komponenterna vid höga hastigheter resulterar i två effekter:

• Det eliminerar oxidfilmen eller andra föroreningsskikt på fogens yta och avslöjar ren metall.
• Den alstrar värme och bildar snabbt ett termoplastskikt på fogytan. Under det efterföljande friktionsmomentet och det axiella trycket strängsprutas dessa brutna oxider och en del av plastskiktet ut ur fogytan för att bilda flash, och den återstående plastiskt deformerade metallen utgör svetsmetallen. Den sista rubbningen gör att svetsmetallen kan smidas ytterligare, vilket resulterar i en svetsfog av god kvalitet.

Det kan ses från svetsprocessen att friktionssvetsfogen bildas under smältpunkten för metallen som ska svetsas, så friktionssvetsning är en solid-state svetsmetod.

Friktionssvetsning kan kategoriseras i olika typer baserat på de distinkta rörelsesätten för de svetsade komponenterna.

• Svetsen roterar runt axeln och kan delas in i direktdriven friktionssvetsning och tröghetsfriktionssvetsning
• Svetsen rör sig inte och kan delas upp i radiell friktionssvetsning och friction stir welding
• Andra rörelser och kan delas in i friktionsbeläggning, linjär friktionssvetsning och orbital friktionssvetsning

Direktdriven friktionssvetsning

Detta är en vanlig typ av friktionssvetsning. Under svetsprocessen drivs arbetsstycket kontinuerligt av spindelmotorn och roterar med konstant hastighet. Tills den specificerade friktionstiden eller friktionsdeformationen uppnås, slutar arbetsstycket omedelbart att rotera och vänds uppåt för svetsning.

Tröghetsfriktionssvetsning

Den roterande änden av arbetsstycket är fastklämd i svänghjulet. I början av svetsprocessen accelereras svänghjulet och den roterande änden av arbetsstycket först till en viss hastighet, och sedan kopplas svänghjulet från huvudmotorn. Samtidigt rör sig den rörliga änden av arbetsstycket framåt, och friktionsuppvärmningen börjar efter att arbetsstycket kommer i kontakt. Under friktionssvetsuppvärmningsprocessen bromsas svänghjulet av friktionsmomentet och dess rotationshastighet minskar gradvis. När rotationshastigheten når noll avslutas svetsprocessen.

Radiell friktionssvetsning

En avfasad ring är fäst vid ändytorna på två rör med motsatta fasningar. I processen med friktionssvetsning genomgår ringen rotation och radiell friktion utövas på de två rörändarna. När friktionsfasen har avslutats stoppas ringens rotation och ett störande tryck appliceras.

Friktion Omrörning Svetsning

Arbetsprincipen för friktionsomröringssvetsning är som följer: ett roterande FSW-verktyg av en viss form tillverkat av högtemperaturbeständigt hårt material roteras djupt in i kanten där de två materialen som ska svetsas samman, och omrörarhuvudet justeras och roteras.En stor mängd friktionsvärme alstras vid anslutningskanten av de två svetsarna, vilket resulterar i en metall-plast-mjukningszon vid anslutningen. Denna mjukningszon av plast rörs om och kläms ihop under verkan av omrörarhuvudet.När stiftverktyget roterar flyter det bakåt längs svetsen för att bilda ett plastmetallflöde och extruderas under kylningsprocessen efter att omrörarhuvudet lämnat för att bilda en fastfassvetsad fog.

Friktionsbeläggning

Friktionsbeläggning är en solid-state svetsmetod där en beläggning eller ett lager av material avsätts på ett substrat genom att använda värme och tryck som genereras genom friktion. Denna process används för att förbättra ytegenskaperna hos ett material eller skapa ett skyddande lager med önskade egenskaper. Vanligtvis inkluderar det användningen av en roterande förbrukningsstång eller tråd som kommer i kontakt med substratmaterialet, vilket leder till generering av betydande friktionsvärme.

Linjär friktionssvetsning

Ett av de två arbetsstyckena som är avsedda för svetsning förblir stationärt, medan det andra rör sig fram och tillbaka med en viss hastighet, eller båda arbetsstyckena rör sig fram och tillbaka i förhållande till varandra. Genom applicering av tryck genererar friktionen vid gränssnittet mellan de två arbetsstyckena värme, vilket underlättar svetsprocessen.

Linjär friktionssvetsning

Ett av de två arbetsstyckena som är avsedda för svetsning förblir stationärt, medan det andra rör sig fram och tillbaka med en viss hastighet, eller båda arbetsstyckena rör sig fram och tillbaka i förhållande till varandra. Genom applicering av tryck genererar friktionen vid gränssnittet mellan de två arbetsstyckena värme, vilket underlättar svetsprocessen.

Orbital friktionssvetsning

Orbital friktionssvetsning är en nyutvecklad svetsmetod, som huvudsakligen används för svetsning av icke-cirkulära arbetsstycken

Vid linjär friktionssvetsning följer arbetsstycket en specifik linjär bana med en definierad amplitud och frekvens. Detta säkerställer att vibrationshastigheten når det nödvändiga värdet, vilket gör att svetsytan kan genomgå repetitiva och relativa vibrationer och friktion.

Varje partikel i arbetsstycket i cirkulär bana friktionssvetsning rör sig i förhållande till svetsytan längs en cirkulär bana med en konsekvent radie och rotationshastighet. När fogen når svetstemperaturen upphör arbetsstyckets friktionsrörelse och svetsprocessen börjar.

Sammanfattningsvis, genom hela friktionssvetsprocessen genomgår metallytan avsedd för svetsning en progression av friktionsuppvärmning från låga till höga temperaturer. Den upplever kontinuerliga transformationer som involverar plastisk deformation, mekanisk utgrävning, vidhäftning och molekylär anslutning. Detta resulterar i bildandet av ett plastisk deformationsskikt med hög hastighet, där fenomenen värmealstring, deformation och diffusion under friktionssvetsning koncentreras. I stadierna av parkering och den störande svetsprocessen krossas det deformerade skiktet på friktionsytan och metallen i högtemperaturzonen delvis och stöts ut. Svetsmetallen genomgår sedan smide, vilket leder till skapandet av en högkvalitativ svetsfog.

• Kort svetskonstruktionstid och hög produktionseffektivitet
• Svetsdeformationen som orsakas av den termiska svetscykeln är liten, eftersvetsdimensionsnoggrannheten är hög och det finns inget behov av eftersvetsdeformationskorrigering och spänningsavlastning.
• Hög grad av mekanisering och automatisering, stabil svetskvalitet. När svetsförhållandena är givna är operationen enkel och kräver inga speciella svetstekniker.
• Lämplig för svetsning av olika material. Den kan svetsa aluminium-stål, aluminium-koppar, titan-koppar, intermetalliskt sammansatt stål, etc. som inte kan svetsas under konventionell smältning.
• Kan uppnå svetsning av stänger och rör med samma diameter eller olika diametrar
• Ingen rök, ljusbågsljus, skadliga gaser etc. bildas vid svetsning och miljön är inte förorenad. Samtidigt, jämfört med snabbsvetsning, sparas elektrisk energi 5-10 gånger.

Men friktionssvetsning har också följande nackdelar och begränsningar:

• Det är svårt att svetsa icke-cirkulära tvärsnitt och kräver komplicerad utrustning; det är också svårt att svetsa skivformade tunna delar och tunnväggiga rördelar eftersom de är svåra att klämma fast.
• Det är svårt att uppnå friktionssvetsning för komponenter vars form och monteringsläge har bestämts.
• Fogarna är benägna att blinka och måste bearbetas efter svetsning.
• Klämdelen är utsatt för repor eller klämmärken

Friktionssvetsning, som kännetecknas av dess höga kvalitet, effektivitet, energibesparing och miljövänlighet, har successivt fått bred användning inom både nya och traditionella industrisektorer. Dessa inkluderar flyg, rymd, kärnenergi, vapen, fordon, kraftproduktion, havutveckling och maskintillverkning.

Flyg- och rymdfart: flygplansmotorer, vevaxeldelar för förbränningsmotorer

Biltillverkning: hjul, dragstag, avgasventiler, rotorer