Կա եռակցման մեթոդների լայն տեսականի: Նրանց թվում է այնպիսի էկզոտիկ գործընթաց, ինչպիսին է շփման եռակցումը: Դրա տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն սպառվող նյութերի բացակայությունն է, ինչպիսիք են էլեկտրոդները, եռակցման մետաղալարերը, պաշտպանիչ գազերը: Նոր մշակված մեթոդը լայն տարածում է ստանում։
Արտաքին տեսք
Շփման եռակցման (FSW) պատմությունը սկսվել է 1991 թվականին: Դա բրիտանական եռակցման ինստիտուտի (TWI) նորարարական զարգացումն էր: Մի քանի տարի անց տեխնոլոգիան օգտագործվեց ինքնաթիռների և նավերի կառուցման մեջ։
Առաջին ընկերությունները, որոնք նոր տեխնոլոգիան թողարկեցին արտադրության մեջ, նորվեգական Marine Aluminium-ն ու ամերիկյան Boeing-ն էին: Նրանք իրենց ձեռնարկություններում օգտագործել են ESAB կոնցեռնի եռակցման սարքավորում, որը մասնագիտացած է ռոտացիոն շփման եռակցման (PCT) ոլորտում զարգացումների մեջ։
2003 թվականից սկսած ընկերությունը շարունակաբար ուսումնասիրում է շփման եռակցման հնարավորությունները: Օրինակ՝ կայինմշակվել են ալյումինի համաձուլվածքների և դրանց մոդիֆիկացիաների եռակցման մեթոդներ, որոնք օգտագործվում են օդանավերի, նավերի և երկաթուղային բեռնարկղերի կառուցման մեջ։
Օդանավային արդյունաբերության մեջ հնարավոր է եղել փոխարինել գամված հոդերը եռակցվածներով: Ավելին, FSW մեթոդով եռակցման արագությունը զգալիորեն գերազանցում է էլեկտրական աղեղի արագությունը: 6 մ երկարությամբ զոդում կարող է ձևավորվել մեկ րոպեում, մինչդեռ սովորական եռակցման արագությունը կազմում է ընդամենը 0,8-2 մ/րոպե 0,5 սմ հաստության մասի համար:
Գործընթացի էությունը
Մետաղների միացումը տեղի է ունենում եռակցման գոտում շփման մեթոդով տաքացման շնորհիվ: Շփման հուզիչ եռակցման հիմնական եռակցման գործիքը մետաղյա ձողն է, որը բաղկացած է երկու կեսից՝ օձիքից և ուսից։
Իր դուրս ցցված մասով պտտվող ձողը ընկղմվում է նյութի մեջ՝ առաջացնելով ուժեղ տաքացում։ Դրա մատակարարումը սահմանափակվում է ուսի կողմից՝ թույլ չտալով, որ եռակցված աշխատանքային մասը անցնի միջով: Ջեռուցման գոտում նյութը զգալիորեն մեծացնում է իր պլաստիկությունը և, ուսից սեղմելով, կազմում է մեկ զանգված։
Հաջորդ քայլը ձողի շարժումն է եռակցված գոտու երկայնքով: Շարժվելով առաջ՝ ուսը խառնում է տաքացած մետաղական զանգվածը, որը սառչելուց հետո ամուր կապ է գոյանում։
Ինչն է ազդում STP-ի որակի վրա
Շփման եռակցումը անընդհատ զարգացող գործընթաց է: Բայց արդեն հիմա կան մի քանի պարամետր, որոնք ազդում են կապի որակի վրա.
- Գործիքի ուժը:
- Սնուցման տոկոսադրույքեռակցման գլուխ.
- Ուսի արժեքը.
- Ձողի պտտման շրջագծային արագությունը։
- Թեքության անկյուն։
- Ձողի սնուցող ուժ։
Եռակցման բնութագրերի մանիպուլյացիան թույլ է տալիս հասնել տարբեր մետաղների միացման: Օրինակ՝ ալյումին և լիթիում։ Լիթիումը, իր ցածր խտության և բարձր ամրության շնորհիվ, կարող է հանդես գալ որպես ալյումինե խառնուրդի մասերի համաձուլվածքային բաղադրիչ, ինչը թույլ է տալիս այս տեխնոլոգիան օգտագործել օդատիեզերական արդյունաբերության մեջ:
Շփման եռակցումը կարող է հեշտությամբ փոխարինել դարբնոցը, դրոշմումը, ձուլումը, երբ դրանք օգտագործվում են դժվար համապատասխանող մետաղներից մասեր արտադրելու համար: Օրինակ՝ պողպատներ ավստենիտի և պեռլիտի կառուցվածքով, ալյումինից կամ բրոնզից պատրաստված պողպատներ։
Ինչ ոլորտներում է օգտագործվում
Արդյունաբերությունները, ինչպիսին է ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը, անընդհատ աշխատում են, թե ինչպես բարձրացնել արտադրանքի ուժային հատկությունները՝ միաժամանակ նվազեցնելով դրա քաշը: Այս առումով շարունակաբար ներմուծվում են նոր նյութեր, որոնք նախկինում բնորոշ չէին մշակման բարդության պատճառով: Ավելի ու ավելի շատ կառուցվածքային տարրեր, ինչպիսիք են ենթաշրջանակները և երբեմն ամբողջ մարմինները, պատրաստվում են ալյումինից կամ ալյումինի համակցությունից:
Այսպիսով, 2012 թվականին Honda-ն կիրառեց հավելումների արտադրություն և շփման եռակցում իր մեքենաների համար ենթաշրջանակներ արտադրելու համար: Նրանք ներկայացրեցին պողպատի և ալյումինի համադրություն։
Մետաղական թիթեղների այրումը կարող է առաջանալ ալյումինից մարմնի եռակցման նյութերի արտադրության ժամանակ: Այս թերությունը զրկված է STP-ից։ Բացի այդԷլեկտրաէներգիայի սպառումը կրճատվում է 1,5-2 անգամ, նվազեցվում է ծախսվող նյութերի արժեքը, ինչպիսիք են եռակցման մետաղալարերը, պաշտպանիչ գազերը։
Բացի մեքենաների արտադրությունից, STP-ն օգտագործվում է հետևյալ ոլորտներում՝
- Շինարարություն. ալյումինե հենարաններ, կամուրջների բացվածքներ:
- Երկաթուղային տրանսպորտ՝ շրջանակներ, անիվավոր բեռնատարներ, վագոններ։
- Նավաշինություն. միջնորմներ, կառուցվածքային տարրեր.
- Օդանավ. վառելիքի տանկեր, ֆյուզելաժի մասեր։
- Սննդի արդյունաբերություն. տարբեր տարաներ հեղուկ արտադրանքի համար (կաթ, գարեջուր).
- Էլեկտրական արտադրություն. շարժիչի պատյաններ, պարաբոլիկ ալեհավաքներ.
Բացի ալյումինի համաձուլվածքներից, շփման եռակցումը օգտագործվում է պղնձի միացություններ ստանալու համար, օրինակ՝ օգտագործված ռադիոակտիվ վառելիքի հեռացման համար պղնձե տարաների արտադրության մեջ։
STP առավելություններ
FSW-ի ուսումնասիրությունը հնարավորություն տվեց ընտրել եռակցման ռեժիմներ համաձուլվածքների տարբեր խմբերի միացման ժամանակ: Չնայած այն հանգամանքին, որ ի սկզբանե FSW-ը մշակվել էր ցածր հալման ջերմաստիճան ունեցող մետաղների հետ աշխատելու համար, ինչպիսին է ալյումինը (660 ° C), հետագայում այն սկսեց օգտագործվել նիկելի (1455 ° C), տիտանի (1670 ° C), երկաթի միացման համար: (1538 ° C).
Հետազոտությունը ցույց է տալիս, որ այս կերպ ստացված եռակցումն իր կառուցվածքով լիովին համապատասխանում է եռակցման ենթակա մասերի մետաղին և ունի ավելի բարձր ամրության ցուցանիշներ, ավելի ցածր աշխատանքային ծախսեր և ցածր մնացորդային դեֆորմացիա։
ՃիշտԵռակցման ընտրված ռեժիմը երաշխավորում է եռակցման նյութի և եռակցվող մետաղի համապատասխանությունը հետևյալ ցուցանիշների համաձայն՝
- հոգնածության ուժ՝
- ճկման և առաձգական ուժ;
- ամշտություն.
Առավելությունները եռակցման այլ տեսակների նկատմամբ
STP-ն ունի բազմաթիվ առավելություններ: Դրանց թվում՝
- Ոչ թունավոր: Ի տարբերություն այլ սորտերի, չկա էլեկտրական աղեղի այրում, որի պատճառով հալած մետաղը գոլորշիանում է եռակցման գոտում։
- Ավելացել է կարերի ձևավորման արագությունը, ինչը հանգեցնում է ցիկլի ավելի արագ ժամանակի:
- Էներգիայի ծախսերի կրկնակի կրճատում.
- Եռակցման հետագա մշակման կարիք չկա: The Friction Stir Tool-ը կատարյալ եռակցում է ստեղծում՝ առանց մերկացման անհրաժեշտության:
- Լրացուցիչ սպառվող նյութերի կարիք չկա (եռակցման մետաղալար, արդյունաբերական գազեր, հոսքեր):
- Մետաղական միացումներ ձեռք բերելու ունակություն, որոնք հասանելի չեն այլ տեսակի եռակցման համար:
- Եռակցման եզրերի հատուկ պատրաստում անհրաժեշտ չէ, բացառությամբ մաքրման և յուղազերծման:
- Ստանալով միատարր եռակցման կառուցվածք՝ առանց ծակոտիների, ինչը հանգեցնում է որակի ավելի հեշտ վերահսկման, որը կարգավորվում է շփման եռակցման համար ԳՕՍՏ Ռ ԻՍՕ 857-1-2009:
Ինչպես է ստուգվում եռակցման որակը
Եռակցման որակը ստուգվում է երկու տեսակի հսկողության միջոցով. Առաջինը ներառում է արդյունքում առաջացած նախատիպի ոչնչացումըերկու մասի միացում. Երկրորդը թույլ է տալիս ստուգել առանց ոչնչացման: Օգտագործվում են այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են օպտիկական հսկողությունը, աուդիոմետրիկ հետազոտությունը։ Այն օգնում է որոշել ծակոտիների և անհամասեռ ներդիրների առկայությունը, որոնք քայքայում են կարի բնութագրերը: Ձայնային կառավարման արդյունքները գծապատկեր են, որը հստակ ցույց է տալիս այն վայրերը, որտեղ ակուստիկ արձագանքը շեղվում է նորմայից:
Մեթոդի թերությունները
Բազմաթիվ առավելություններով՝ շփման եռակցման մեթոդն ունի ուղեկցող թերություններ.
- Շարժունակության բացակայություն. STP-ն ներառում է ֆիքսված մասերի միացում, կոշտ ամրացված տարածության մեջ: Սա որոշակի հատկություններ է պարտադրում շփման եռակցման սարքավորումների վրա, ինչպիսին է անշարժությունը:
- Ցածր բազմակողմանիություն: Զանգվածային սարքավորումները կազմաձևված են նույն տեսակի գործողություններ կատարելու համար: Այս առումով եռակցման սարքերը նախատեսված են հատուկ խնդիրների համար: Օրինակ՝ փոխակրիչի վրա մեքենայի կողային պատերը եռակցելու համար և ուրիշ ոչ մի բանի համար։
- Եռակցման կարն ունի շառավղային կառուցվածք։ Այս առումով, որոշակի տեսակի դեֆորմացիաների դեպքում կամ երբ մասը շահագործվում է ագրեսիվ միջավայրում, եռակցման հոգնածությունը կարող է կուտակվել:
STP-ի տարատեսակներ ըստ գործողության սկզբունքի
Եռակցման գործընթացները, որոնք հիմնված են շփման վրա, կարելի է բաժանել մի քանի տեսակների.
- Գծային շփում. Մեթոդի էությունը մշտական կապ ստանալն է ոչ թե պտտվող ծայրի գործողության արդյունքում, այլ միմյանց նկատմամբ մասերի շարժման շնորհիվ։ Գործելով մակերեսի վրա շփման կետում, նրանք ստեղծում ենշփում և, հետևաբար, բարձր ջերմաստիճան: Ճնշման տակ հարակից մասերը հալեցնում են, և առաջանում է եռակցված միացում։
- Ճառագայթային եռակցում. Այս մեթոդը օգտագործվում է մեծ տրամագծով բեռնարկղերի, երկաթուղային տանկերի արտադրության համար։ Այն եռում է նրանով, որ մասերի հոդերը տաքացվում են դրսից հագած պտտվող օղակով։ Շփման միջոցով այն առաջացնում է հալման կետին մոտ ջերմաստիճան: Այս տեխնոլոգիան օգտագործող ձեռնարկության օրինակ է Sespel-ը, որը Cheboksary տանկերի մեքենաներ արտադրողն է: Շփման խառնաշփոթի եռակցումը զբաղեցնում է եռակցման աշխատանքների հիմնական մասը:
- Գամասեղի զոդում. Այս բազմազանությունը փոխարինում է գամային կապը: Այս տեսակը օգտագործվում է համընկնման միացումների համար: Շփման կետում պտտվող քորոցը տաքացնում է եռակցման ենթակա մասերը: Բարձր ջերմաստիճանից առաջանում է հալում, և քորոցը ներթափանցում է ներս։ Սառչելով՝ այն ստեղծում է ամուր մշտական կապ:
STP-ի տարատեսակներ ըստ դժվարության մակարդակի
Եռակցման աշխատանքները, որոնք կատարվում են շփման միջոցով, կարելի է բաժանել հարթ և ծավալային: Այս սորտերի հիմնական տարբերությունն այն է, որ առաջին դեպքում եռակցումը ձևավորվում է երկչափ տարածության մեջ, իսկ երկրորդում՝ եռաչափ տարածության մեջ։
Այսպիսով, հարթ հոդերի համար եռակցման սարքավորումներ արտադրող ESAB ընկերությունը մշակել է 2D LEGIO մեքենա: Սա տարբեր գունավոր մետաղների համար հարմարեցված շփման եռակցման համակարգ է: Տարբեր չափերի խմբերսարքավորումները թույլ են տալիս զոդել փոքր և մեծ չափերի մասեր: Ըստ մակնշման՝ LEGIO սարքավորումն ունի մի քանի դասավորություն, որոնք տարբերվում են եռակցման գլխիկների քանակով, մի քանի առանցքային ուղղություններով եռակցելու ունակությամբ։
Տիեզերքում բարդ դիրքերով եռակցման աշխատանքների եռաչափ ռոբոտներ կան: Նման սարքերը տեղադրվում են ավտոմոբիլային փոխակրիչների վրա, որտեղ անհրաժեշտ են բարդ կոնֆիգուրացիայի եռակցումներ։ Նման ռոբոտների օրինակներից է ESAB-ի Rosio-ն:
Եզրակացություն
STP-ն բարենպաստ համեմատվում է եռակցման ավանդական տեսակների հետ: Դրա լայն կիրառումը խոստանում է ոչ միայն տնտեսական օգուտներ, այլ նաև արտադրությունում զբաղված մարդկանց առողջության պահպանում։
