Zasada działania i obszary zastosowań zgrzewania tarciowego

W procesach produkcji mechanicznej często zdarza się, że metalowe powierzchnie przedmiotów obrabianych przylegają i zgrzewają się ze sobą pod wpływem ciepła wytwarzanego przez tarcie, na przykład podczas toczenia przedmiotów na obrabiarkach. Analizując zjawiska adhezji i zgrzewania, można zrozumieć istotę zgrzewania tarciowego. Zgrzewanie tarciowe to metoda spawania, która wykorzystuje ciepło tarcia i ciepło odkształcenia plastycznego generowane przez tarcie powierzchni styku przedmiotu obrabianego w celu podniesienia temperatury w pobliżu granicy faz do zakresu temperatur bliskiego, ale niższego od temperatury topnienia, powodując odkształcenie plastyczne przedmiotu obrabianego i przepływać pod ciśnieniem. Osiąga się to poprzez dyfuzję i rekrystalizację cząsteczek interfejsu.

Istnieje wiele metod zgrzewania tarciowego, a w oparciu o trajektorię działania tarcia i charakterystykę procesu, powszechnie stosowane w rzeczywistej produkcji obejmują zgrzewanie tarciowe z napędem ciągłym, zgrzewanie tarciowe z magazynowaniem energii, zgrzewanie tarciowe z kontrolą fazy, zgrzewanie tarciowe bezwładnościowe, zgrzewanie tarciowe na torze i zgrzewanie tarciowe z mieszaniem. Wśród nich zgrzewanie tarciowe z napędem ciągłym, zgrzewanie tarciowe z kontrolą fazy, zgrzewanie tarciowe bezwładnościowe i zgrzewanie tarciowe szyn opierają się na względnym ruchu tarcia pomiędzy spawanymi częściami w celu wygenerowania energii cieplnej, co określa się zbiorczo mianem tradycyjnego zgrzewania tarciowego. Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem, zgrzewanie tarciowe z osadzeniem, zgrzewanie tarciowe trzeciego ciała i napawanie tarciowe to procesy spawania, które opierają się na ciepłu wytwarzanym przez względny ruch tarcia pomiędzy głowicą mieszającą a przedmiotem obrabianym.

Proces zgrzewania tarciowego można z grubsza podzielić na cztery etapy:

1. Zamiana energii mechanicznej tarcia na energię cieplną;

2. Odkształcenia plastyczne materiałów;

3. Kucie pod ciśnieniem w warunkach termoplastycznych;

4. Zakończenie spawania metodą rekrystalizacji dyfuzyjnej międzycząsteczkowej.

W porównaniu ze spawaniem tradycyjnym, zgrzewanie tarciowe charakteryzuje się niższą temperaturą i niższym zużyciem energii, przy zużyciu energii elektrycznej zaledwie 20% w porównaniu z tradycyjnym spawaniem. Skutecznie spawać można zarówno te same, jak i różne metale. A dokładność spawania jest wysoka. Maksymalny błąd całkowitej długości komory wstępnego spalania silników wysokoprężnych wytwarzanej metodą zgrzewania tarciowego wynosi ± 0,1 milimetra. Stabilna jakość spawania i wysoka wytrzymałość mogą znacznie wydłużyć żywotność produktu. Proces spawania nie jest odpowiedni dla żadnych materiałów spawalniczych i jest czysty, higieniczny i wolny od zanieczyszczeń. Jednocześnie strefa wpływu ciepła jest mała, prędkość spawania jest duża, a temperatura procesu jest niższa niż temperatura topnienia, skutecznie redukując wady krzepnięcia. W przeciwieństwie do tradycyjnego spawania łukowego, zgrzewanie tarciowe nie stwarza żadnych zagrożeń, takich jak iskry, światło łuku lub szkodliwe gazy, co czyni je bardziej sprzyjającym ochronie zdrowia i bezpieczeństwa środowiska.

Dzięki swoim wysokiej jakości, wydajnym, energooszczędnym i wolnym od zanieczyszczeń właściwościom technicznym, zgrzewanie tarciowe jest coraz częściej stosowane w takich dziedzinach, jak lotnictwo, pojazdy wykorzystujące energię jądrową i produkcja mechaniczna. Spotkało się to z dużym zainteresowaniem krajów uprzemysłowionych i zainwestowało duże kwoty w rozwój i zastosowanie technologii. Powszechnie uważa się, że zgrzewanie tarciowe jest niezawodną, ​​powtarzalną i niezawodną technologią spawania.

Dzięki doskonałej wydajności spawania w procesie zgrzewania tarciowego, technologia ta może również skutecznie wykonywać różne operacje naprawcze, takie jak pękanie kluczowych elementów konstrukcyjnych, błędy położenia otworów w blasze, defekty odlewów, pęknięcia hartownicze i inne problemy. Spawanie naprawcze czopów ciernych to proces spawania w stanie stałym charakteryzujący się dużą szybkością spawania, małą strefą wpływu ciepła i wytrzymałością naprawczą sięgającą ponad 90% wytrzymałości korpusu. Proces naprawy jest w pełni zautomatyzowany i charakteryzuje się niezawodną jakością, a spawane części spełniają wysokie wymagania użytkowe, redukując straty ekonomiczne i harmonogramowe związane ze złomowaniem części.