Có rất nhiều phương pháp hàn. Trong số đó có một quá trình kỳ lạ như hàn khuấy ma sát. Đặc điểm nổi bật của nó là không có vật tư tiêu hao như điện cực, dây hàn, khí che chắn. Một phương pháp mới được phát triển đang được chấp nhận rộng rãi.
Lịch sử xuất hiện
Lịch sử của hàn khuấy ma sát (FSW) bắt đầu vào năm 1991. Đó là một sự phát triển sáng tạo của Viện hàn Anh (TWI). Vài năm sau, công nghệ này được sử dụng trong việc chế tạo máy bay và tàu thủy.
Các công ty đầu tiên đưa công nghệ mới vào sản xuất là công ty Nauy Marine Aluminium và Boeing của Mỹ. Họ đã sử dụng thiết bị hàn từ ESAB, chuyên phát triển trong lĩnh vực hàn ma sát quay (PCT), trong doanh nghiệp của họ.
Kể từ năm 2003, công ty đã liên tục nghiên cứu các khả năng của hàn khuấy ma sát. Ví dụ, đã cóCác phương pháp đã được phát triển để hàn hợp kim nhôm và các sửa đổi của chúng, được sử dụng trong việc chế tạo máy bay, tàu thủy và công-te-nơ đường sắt.
Trong ngành công nghiệp máy bay, người ta thấy có thể thay thế các mối nối bằng đinh tán bằng các mối hàn. Hơn nữa, tốc độ hàn bằng phương pháp FSW vượt quá tốc độ của hồ quang điện một cách đáng kể. Một mối hàn dài 6m có thể được hình thành trong một phút, trong khi tốc độ hàn thông thường chỉ là 0,8-2m / phút cho độ dày của chi tiết là 0,5cm.
Bản chất của quá trình
Nối kim loại xảy ra do quá trình nung nóng trong vùng hàn bằng phương pháp ma sát. Dụng cụ hàn chính của hàn khuấy ma sát là một thanh kim loại, bao gồm hai nửa: vòng đệm và vai.
Với phần nhô ra của nó, thanh quay được nhúng vào vật liệu, gây nóng mạnh. Nguồn cung cấp của nó bị hạn chế bởi vai, không cho phép phôi hàn đi qua. Trong vùng làm nóng, vật liệu tăng đáng kể độ dẻo của nó và, bị ép xuống bởi vai, tạo thành một khối duy nhất.
Bước tiếp theo là chuyển động của thanh dọc theo vùng hàn. Tiến về phía trước, vai trộn khối kim loại được nung nóng, sau khi nguội đi, tạo thành một liên kết bền chặt.
Điều gì ảnh hưởng đến chất lượng của STP
Hàn khuấy ma sát là một quá trình không ngừng phát triển. Nhưng hiện tại đã có một số tham số ảnh hưởng đến chất lượng kết nối:
- Lực do công cụ tạo ra.
- Tỷ lệ nguồn cấp dữ liệuđầu hàn.
- Giá trị của bờ vai.
- Tốc độ quay theo chu vi của thanh.
- Góc nghiêng.
- Lực ăn của thanh.
Thao tác các đặc tính của hàn cho phép bạn đạt được kết nối của các kim loại khác nhau. Ví dụ, nhôm và liti. Lithium, do mật độ thấp và độ bền cao, có thể hoạt động như một thành phần hợp kim của các bộ phận hợp kim nhôm, cho phép công nghệ này được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ.
Hàn khuấy ma sát có thể dễ dàng thay thế rèn, dập, đúc, khi chúng được sử dụng để sản xuất các bộ phận từ kim loại khó luyện. Ví dụ: thép có cấu trúc austenit và ngọc trai, thép làm bằng nhôm hoặc đồng.
Được sử dụng trong những lĩnh vực nào
Các ngành công nghiệp như công nghiệp ô tô không ngừng làm việc để làm thế nào để tăng đặc tính sức mạnh của sản phẩm trong khi giảm trọng lượng của nó. Về vấn đề này, có sự ra đời liên tục của các vật liệu mới mà trước đây không đặc trưng do sự phức tạp của quá trình chế biến. Càng ngày, các yếu tố cấu trúc như khung phụ và đôi khi toàn bộ thân máy được làm từ nhôm hoặc kết hợp nhôm.
Vì vậy, vào năm 2012, Honda đã áp dụng chế tạo phụ gia và hàn khuấy ma sát để sản xuất khung phụ cho xe của mình. Họ đã giới thiệu sự kết hợp giữa thép và nhôm.
Cháy qua các tấm kim loại có thể xảy ra trong quá trình sản xuất các vật hàn thân từ nhôm. Thiếu sót này là tước đoạt của STP. bên cạnh đótiêu thụ điện giảm 1,5-2 lần, giảm chi phí vật tư tiêu hao như dây hàn, khí bảo vệ.
Bên cạnh sản xuất xe hơi, STP được sử dụng trong các lĩnh vực sau:
- Ngành xây dựng: giàn đỡ nhôm, nhịp cầu.
- Vận tải đường sắt: khung, bánh lốp, toa xe.
- Đóng tàu: vách ngăn, cấu kiện.
- Máy bay: thùng nhiên liệu, các bộ phận thân máy bay.
- Ngành thực phẩm: các loại hộp đựng các sản phẩm dạng lỏng (sữa, bia).
- Sản xuất điện: vỏ động cơ, ăng ten parabol.
Ngoài hợp kim nhôm, hàn khuấy ma sát được sử dụng để thu được các hợp chất đồng, chẳng hạn như trong sản xuất các thùng chứa bằng đồng để xử lý nhiên liệu phóng xạ đã qua sử dụng.
lợi ích STP
Nghiên cứu FSW giúp bạn có thể chọn chế độ hàn khi ghép các nhóm hợp kim khác nhau. Mặc dù thực tế là ban đầu FSW được phát triển để làm việc với các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp, chẳng hạn như nhôm (660 ° C), sau đó nó bắt đầu được sử dụng để kết hợp với niken (1455 ° C), titan (1670 ° C), sắt (1538 ° C).
Nghiên cứu cho thấy rằng mối hàn thu được theo cách này hoàn toàn tương ứng về cấu trúc của nó với kim loại của các bộ phận được hàn và có chỉ số độ bền cao hơn, chi phí lao động thấp hơn và biến dạng dư thấp.
Đúngchế độ hàn đã chọn đảm bảo sự phù hợp của vật liệu hàn và kim loại được hàn theo các chỉ số sau:
- sức bền:
- độ bền uốn và kéo;
- dẻo dai.
Ưu điểm hơn các loại hàn khác
STP có nhiều ưu điểm. Trong số đó:
- Không độc hại. Không giống như các giống khác, không có hồ quang điện đốt, do đó kim loại nóng chảy bay hơi trong vùng hàn.
- Tăng tốc độ hình thành đường may, dẫn đến thời gian chu kỳ nhanh hơn.
- Giảm một nửa chi phí năng lượng.
- Không cần xử lý thêm mối hàn. Công cụ Khuấy Ma sát tạo thành một mối hàn hoàn hảo mà không cần bóc tách.
- Không cần thêm vật tư tiêu hao (dây hàn, khí công nghiệp, chất trợ dung).
- Khả năng có được các mối nối kim loại mà các loại hàn khác không có.
- Không cần chuẩn bị đặc biệt cho các mép hàn, ngoại trừ việc làm sạch và tẩy dầu mỡ.
- Có được cấu trúc mối hàn đồng nhất không có lỗ rỗng, dẫn đến việc kiểm soát chất lượng dễ dàng hơn, được quy định cho hàn khuấy ma sát GOST R ISO 857-1-2009.
Cách kiểm tra chất lượng mối hàn
Chất lượng hàn được kiểm tra bằng hai loại kiểm soát. Đầu tiên liên quan đến việc phá hủy nguyên mẫu dokết nối của hai phần. Thứ hai cho phép xác minh mà không cần tiêu hủy. Các phương pháp như kiểm soát quang học, kiểm tra thính lực được sử dụng. Nó giúp xác định sự hiện diện của các lỗ rỗng và tạp chất không đồng nhất làm suy giảm các đặc tính của đường nối. Kết quả của việc kiểm soát âm thanh là một biểu đồ cho thấy rõ những vị trí mà tiếng vang âm thanh bị lệch khỏi tiêu chuẩn.
Nhược điểm của phương pháp
Với vô số ưu điểm, phương pháp hàn ma sát có những nhược điểm kèm theo:
- Thiếu di động. STP liên quan đến việc kết nối các bộ phận cố định, cố định một cách chắc chắn trong không gian. Điều này áp đặt các đặc tính nhất định trên thiết bị hàn có khuấy ma sát, chẳng hạn như tính bất động.
- Tính linh hoạt thấp. Thiết bị cồng kềnh được cấu hình để thực hiện cùng một loại hoạt động. Về vấn đề này, các thiết bị hàn được thiết kế cho các nhiệm vụ cụ thể. Ví dụ: để hàn thành bên ô tô trên băng tải và không làm gì khác.
- Đường hàn có cấu trúc xuyên tâm. Về vấn đề này, với một số dạng biến dạng nhất định hoặc khi bộ phận được vận hành trong môi trường khắc nghiệt, hiện tượng mỏi mối hàn có thể tích tụ.
Đa dạng STP theo nguyên tắc hành động
Quy trình hàn dựa trên ma sát có thể được chia thành nhiều loại:
- Ma sát tuyến tính. Bản chất của phương pháp này là đạt được kết nối vĩnh viễn không phải do tác động của đầu quay mà do chuyển động của các bộ phận tương đối với nhau. Hoạt động trên bề mặt tại điểm tiếp xúc, chúng tạo rama sát và do đó là nhiệt độ cao. Dưới áp lực, các bộ phận liền kề bị nóng chảy và hình thành mối hàn.
- Hàn xuyên tâm. Phương pháp này được sử dụng để sản xuất các công-te-nơ có đường kính lớn, bồn chứa đường sắt. Nó bắt nguồn từ thực tế là các khớp của các bộ phận được làm nóng bởi một vòng quay được trang bị bên ngoài. Do ma sát, nó gây ra nhiệt độ gần với điểm nóng chảy. Một ví dụ về doanh nghiệp sử dụng công nghệ này là Sespel, một nhà sản xuất xe bồn Cheboksary. Hàn khuấy ma sát chiếm phần lớn công việc hàn.
- Thuốc hàn. Sự đa dạng này thay thế cho kết nối đinh tán. Loại này được sử dụng cho các kết nối chồng chéo. Chốt quay tại điểm tiếp xúc làm nóng các bộ phận cần hàn. Từ nhiệt độ cao, sự nóng chảy xảy ra, và ghim thâm nhập vào bên trong. Hạ nhiệt, nó tạo ra một kết nối lâu dài mạnh mẽ.
Các loại STP theo độ khó
Các hoạt động hàn được thực hiện bằng cách sử dụng ma sát có thể được chia thành phẳng và thể tích. Sự khác biệt chính giữa các giống này là trong trường hợp đầu tiên, mối hàn được hình thành trong không gian hai chiều và trong trường hợp thứ hai - trong không gian ba chiều.
Vì vậy, đối với các mối nối phẳng, nhà sản xuất thiết bị hàn ESAB đã phát triển máy LEGIO 2D. Nó là một hệ thống hàn khuấy ma sát có thể tùy chỉnh cho các kim loại màu khác nhau. Các nhóm kích thước khác nhauthiết bị cho phép bạn hàn các bộ phận có kích thước nhỏ và lớn. Theo đánh dấu, thiết bị LEGIO có một số cách bố trí, khác nhau về số lượng đầu hàn, khả năng hàn theo nhiều hướng trục.
Có robot 3D cho các công việc hàn với các vị trí phức tạp trong không gian. Các thiết bị như vậy được lắp đặt trên băng tải ô tô, nơi yêu cầu các mối hàn có cấu hình phức tạp. Một ví dụ về các robot như vậy là Rosio của ESAB.
Kết
STP so sánh thuận lợi với các kiểu hàn truyền thống. Việc sử dụng rộng rãi nó không chỉ hứa hẹn lợi ích kinh tế mà còn bảo vệ sức khỏe của những người làm việc trong sản xuất.
