V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Самый распространенный дефект сварных соединений, выполненных СТП это возникновение отверстий в месте выхода рабочего инструмента из стыка в конце шва. Для решения этой проблемы, в частности в кольцевых швах отверстие может быть выведено за пределы шва использованием специальной клиновой вставки (рис. 1). В дальнейшем эта вставка удаляется механической обработкой. 

В работе [1] для решения этой проблемы авторы применили разработанный ими сварочный инструмент с подвижным рабочим стержнем. На рис. 2 приведена схема внедрения стержня РИ и вывода из шва. 

В начале процесса вращающийся РИ с убранным в корпус инструмента рабочим стержнем опускали до требуемого контакта опорного бурта с поверхностью соединяемых кромок; с этого момента ничинают внедрять рабочий стержень в стык, а движение по вертикали корпуса с опорным буртом прекращали. При этом одновременно производят перемещение вращающегося инструмента вдоль линии стыка. После полного оборота и перекрытия начального участка шва на 40-50 мм рабочий стержень инструмента постепенно выводили из стыка, затем отводили РИ от поверхности детали, прекращали его перемещение по линии стыка и отключают вращение. На продольном микрошлифе (рис.2, б) видно, что при этом конечный участок сварного шва формируется без дефектов.

Авторами работы [2] описан РИ рис. 3 позволяющий выполнять сварку, не меняя инструмент для каждой толщины шва, а устанавливая вылет рабочего стержня относительно опорного бурта, соответствующего толщине детали. Благодаря этому появилась возможность сваривать детали переменного сечения соединяемых кромок. Кроме того этот РИ позволяет вводить присадочный металл в шов, вблизи рабочего стержня.

По мнению большинства исследователей, основным специфическим дефектом соединений, выполненных СТП, является несплавление в корне шва. Основными причинами возникновения этого дефекта является либо локальное увеличение толщины свариваемого металла, либо нарушение переноса металла в корневую часть соединения. Устранению этого дефекта способствует применение подкладок с канавкой, в которую вдавливается металл, формируя небольшой валик. Затем он удаляется механической обработкой, обеспечивая высокое качество корневой части соединения.

Одним из небольших недостатков соединений, выполненных СТП, является образование незначительного уменьшения толщины металла в области соединения за счет контакта заплечника инструмента и поверхности заготовок. Обычно эта величина составляет 0,1-0,2 мм, однако, в некоторых случаях это может оказать влияние на прочность соединений. Для устранения этого недостатка рекомендуется создавать в месте стыка утолщение, равное по ширине диаметру заплечника. Особенно эффективен этот способ при наличии зазора в стыке.

При СТП формируется шов, в структуре которого можно выделить несколько основных зон: «ядро» сварки, состоящее из термопластически деформированного материала перенесенного выступом инструмента, зону термопластической деформации и зону термического влияния

При традиционной схеме СТП наблюдается асимметричная структура «ядра» связанная с однонаправленным перемещением материала. Для того, чтобы избежать такой асимметрии сварку выполняют с возвратно-вращательным движением инструмента (рис. 4). В этом случае реверс производится через один или несколько оборотов инструмента.

Для управления структурой шва могут использоваться специальные инструменты имеющие наружную и внутреннюю части (рис. 5). Вращение этих частей может выполняться с различными скоростями в одном или противоположных направлениях. Наружная часть может выполняться, например, из материала свариваемых деталей. В этом случае в процессе сварки она играет роль присадочного материала, переносимого на поверхность свариваемого изделия. 

 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.                  Половцев, В.А., Макаров, Н.В., Шило, Г.В., Сабанцев, А.В., Смирнова, Т.Н., Штрикман, М.М. Фрикционная сварка алюминиевых лайнеров металлокомпозитных баллонов высокого давления // Сварочное производство-2007 №12 с. 24-27.

2.                  Штрикман, М.М. Состояние и развитие процесса сварки трением линейных соединений Ч.2. Совершенствование инструмента и технологических схем сварки //Сварочное производство 2007. -№10. с.25-32.