Trecie zváranie

Trecie zváranie je metóda tlakového zvárania, ktorá využíva teplo vznikajúce vzájomným trením pri vzájomnom pohybe styčných koncových plôch zvarencov na dosiahnutie spoľahlivého spojenia materiálov. Proces zvárania zahŕňa použitie tlaku, vyvolávajúceho trenie medzi zváranými materiálmi, čo vedie k zvýšeniu teploty na rozhraní a blízkych oblastiach, čo nakoniec dosiahne termoplastický stav. Vplyvom utláčacej sily sa naruší oxidový film rozhrania a materiál podlieha plastickej deformácii a toku, pričom sa vytvárajú spoje prostredníctvom difúzie prvkov rozhrania a metalurgických reakcií rekryštalizácie. Dôležité je, že tento proces zvárania nevyžaduje prídavný kov, tavivo ani ochranný plyn a celý proces môže byť dokončený v priebehu niekoľkých sekúnd.

Relatívne trenie vyvolané vysokým tlakom medzi povrchmi dvoch zváraných komponentov pri vysokých rýchlostiach má za následok dva efekty:

• Odstraňuje oxidový film alebo akékoľvek iné kontaminujúce vrstvy na povrchu spoja a odhaľuje čistý kov.
• Vytvára teplo a rýchlo vytvára termoplastickú vrstvu na povrchu škáry. Pod následným trecím momentom a axiálnym tlakom sú tieto rozbité oxidy a časť plastovej vrstvy vytláčané z povrchu spoja, aby vytvorili záblesk a zostávajúci plasticky deformovaný kov tvorí zvarový kov. Konečné utláčanie umožňuje ďalšie kovanie zvarového kovu, výsledkom čoho je kvalitný zvarový spoj.

Z procesu zvárania je zrejmé, že trecí zvarový spoj je vytvorený pod bodom tavenia kovu, ktorý sa má zvárať, takže trecie zváranie je metóda zvárania v tuhom stave.

Trecie zváranie možno kategorizovať do rôznych typov na základe odlišných režimov pohybu zváraných komponentov.

• Zvarenec sa otáča okolo osi a možno ho rozdeliť na trecie zváranie s priamym pohonom a zváranie zotrvačným trením
• Zvarenec sa nepohybuje a možno ho rozdeliť na zváranie radiálnym trením a zváranie trením
• Ostatné pohyby a možno ich rozdeliť na trecie naváranie, lineárne trecie zváranie a orbitálne trecie zváranie

Trecie zváranie s priamym pohonom

Toto je bežný typ zvárania trením. Počas procesu zvárania je obrobok nepretržite poháňaný motorom vretena a otáča sa konštantnou rýchlosťou. Kým sa nedosiahne stanovený čas trenia alebo trecia deformácia, obrobok sa okamžite zastaví a otáča sa nahor na zváranie.

Zotrvačné trecie zváranie

Rotujúci koniec obrobku je upnutý v zotrvačníku. Na začiatku procesu zvárania sa zotrvačník a rotujúci koniec obrobku najskôr zrýchlia na určitú rýchlosť a potom sa zotrvačník odpojí od hlavného motora. Súčasne sa pohyblivý koniec obrobku pohybuje dopredu a trecie zahrievanie začína po kontakte obrobku. Počas procesu zahrievania trecím zváraním je zotrvačník brzdený trecím momentom a jeho rýchlosť otáčania sa postupne znižuje. Keď rýchlosť otáčania dosiahne nulu, proces zvárania sa skončí.

Zváranie radiálnym trením

Na koncových plochách dvoch rúrok s protiľahlými úkosmi je pripevnený skosený krúžok. V procese trecieho zvárania sa krúžok otáča a na dva konce rúrok pôsobí radiálne trenie. Po dokončení fázy trenia sa otáčanie krúžku zastaví a aplikuje sa utláčací tlak.

Zváranie trením s miešaním

Princíp činnosti trecieho zvárania je nasledovný: rotačný FSW nástroj určitého tvaru vyrobený z vysokoteplotne odolného tvrdého materiálu sa otočí hlboko do okraja, kde sú dva zvárané materiály spojené, a miešacia hlava sa nastaví a otočený.Na spojovacej hrane dvoch zvarencov vzniká veľké množstvo trecieho tepla, výsledkom čoho je zóna mäknutia kovu a plastu na spoji. Táto plastická zmäkčovacia zóna sa mieša a stláča pôsobením miešacej hlavy.Keď sa kolíkový nástroj otáča, tečie späť pozdĺž zvaru, aby vytvoril plastový tok kovu a je vytláčaný počas chladiaceho procesu po odchode miešacej hlavy, aby sa vytvoril zvarový spoj v pevnej fáze.

Trecie povrchy

Trecie naváranie je metóda zvárania v tuhom stave, pri ktorej sa povlak alebo vrstva materiálu nanáša na substrát s využitím tepla a tlaku generovaného trením. Tento proces sa využíva na zlepšenie povrchových vlastností materiálu alebo vytvorenie ochrannej vrstvy s požadovanými vlastnosťami. Typicky zahŕňa použitie rotujúcej spotrebnej tyče alebo drôtu, ktorý prichádza do kontaktu s materiálom substrátu, čo vedie k vytváraniu značného trecieho tepla.

Lineárne trecie zváranie

Jeden z dvoch obrobkov určených na zváranie zostáva nehybný, zatiaľ čo druhý sa pohybuje vratne špecifickou rýchlosťou, alebo sa obidva obrobky navzájom vratne pohybujú. Pôsobením tlaku vytvára trenie na rozhraní medzi dvoma obrobkami teplo, čím sa uľahčuje proces zvárania.

Lineárne trecie zváranie

Jeden z dvoch obrobkov určených na zváranie zostáva nehybný, zatiaľ čo druhý sa pohybuje vratne špecifickou rýchlosťou, alebo sa obidva obrobky navzájom vratne pohybujú. Pôsobením tlaku vytvára trenie na rozhraní medzi dvoma obrobkami teplo, čím sa uľahčuje proces zvárania.

Orbitálne trecie zváranie

Orbitálne trecie zváranie je novo vyvinutá metóda zvárania, ktorá sa používa hlavne na zváranie obrobkov s nekruhovým prierezom

Pri zváraní trením s lineárnou dráhou obrobok sleduje špecifickú lineárnu dráhu s definovanou amplitúdou a frekvenciou. To zaisťuje, že rýchlosť vibrácií dosiahne potrebnú hodnotu, čo umožňuje, aby zvarový povrch podliehal opakovaným a relatívnym vibráciám a treniu.

Každá častica obrobku pri trecom zváraní na kruhovej dráhe sa pohybuje vo vzťahu k povrchu zvárania pozdĺž kruhovej dráhy s konzistentným polomerom a rýchlosťou otáčania. Keď spoj dosiahne teplotu zvárania, trecí pohyb obrobku sa zastaví a proces zvárania sa začne.

Stručne povedané, počas celého procesu zvárania trením prechádza kovový povrch určený na zváranie progresiou zahrievania trením z nízkych na vysoké teploty. Zažíva nepretržité transformácie zahŕňajúce plastickú deformáciu, mechanické vykopávanie, adhéziu a molekulárne spojenie. Výsledkom je vytvorenie vysokorýchlostnej trecej plastickej deformačnej vrstvy, kde sa sústreďujú javy tvorby tepla, deformácie a difúzie pri trecom zváraní. V etapách parkovania a procesu zvárania stláčaním sa deformovaná vrstva na trecej ploche a kov vo vysokoteplotnej zóne čiastočne rozdrvia a vypudia. Zvarový kov následne prechádza kovaním, čo vedie k vytvoreniu vysokokvalitného zvarového spoja.

• Krátky čas konštrukcie zvárania a vysoká efektivita výroby
• Deformácia zvárania spôsobená tepelným cyklom zvárania je malá, rozmerová presnosť po zváraní je vysoká a nie je potrebná korekcia deformácie po zváraní a uvoľnenie napätia.
• Vysoký stupeň mechanizácie a automatizácie, stabilná kvalita zvárania. Keď sú dané zváracie podmienky, obsluha je jednoduchá a nevyžaduje špeciálnych zváracích technikov.
• Vhodné na zváranie rôznych materiálov. Môže zvárať hliník-oceľ, hliník-meď, titán-meď, intermetalickú zlúčeninu-oceľ atď., ktoré sa nedajú zvárať konvenčným tavením.
• Môže dosiahnuť zváranie tyčí a rúr rovnakého priemeru alebo rôznych priemerov
• Pri zváraní nevzniká dym, svetlo oblúka, škodlivé plyny a pod. a neznečisťuje sa životné prostredie. Zároveň sa v porovnaní s bleskovým zváraním ušetrí elektrická energia 5-10-krát.

Trecie zváranie má však aj nasledujúce nevýhody a obmedzenia:

• Je ťažké zvárať nekruhové prierezy a vyžaduje zložité vybavenie; je tiež ťažké zvárať tenké diely v tvare kotúča a tenkostenné tvarovky rúr, pretože sa ťažko upínajú.
• Je ťažké dosiahnuť zváranie trením pre komponenty, ktorých tvar a montážna poloha boli určené.
• Spoje sú náchylné na záblesky a po zváraní sa musia opracovať.
• Upínacia časť je náchylná na škrabance alebo stopy po upínaní

Trecie zváranie, ktoré sa vyznačuje vysokou kvalitou, účinnosťou, úsporou energie a šetrnosťou k životnému prostrediu, si postupne získava široké uplatnenie v nových aj tradičných priemyselných odvetviach. Patria sem letectvo, kozmonautika, jadrová energia, zbrane, automobilový priemysel, výroba energie, vývoj oceánov a výroba strojov.

Letectvo: letecké motory, časti kľukového hriadeľa spaľovacích motorov

Výroba automobilov: kolesá, spojovacie tyče, výfukové ventily, rotory