Сварка шпилек трением - это метод твердофазной сварки, при котором шпилька или приспособление вращаются с высокой скоростью, прижимаясь к подложке , выделяя тепло за счет трения . Металлические поверхности достигают температуры, при которой они пластически текут под давлением, поверхностные загрязнения удаляются и образуется кованый сварной шов.
Этот метод намного дороже, чем дуговая приварка шпилек, и поэтому используется в особых случаях, когда дуговая сварка может вызвать проблемы, такие как:
- сварка под водой
- сварка подводных трубопроводов под напряжением для крепления анодов
- сварка во взрывоопасных средах и зонированных зонах
- сварочные материалы, которые трудно соединить при сварке плавлением
- Сварка трением
Переносное оборудование для приварки шпилек трением доступно для использования на строительных площадках, на море , под водой и в мастерских. Эти портативные агрегаты намного легче и меньше больших аппаратов для статической сварки трением, которые используются, например, на заводах для сварки таких компонентов двигателей, как приводные валы .
Принцип работы [ править ]
Переносной инструмент для сварки шпилек трением состоит из двигателя для вращения шпильки с высокой скоростью и поршня для приложения к шпильке необходимой силы. Оборудование может иметь пневматический или гидравлический привод. Система зажима также необходима для удержания инструмента на обрабатываемой детали и обеспечения реакции на силу, действующую на шпильку. Используемые зажимы обычно представляют собой магнитные или вакуумные зажимы для плоских поверхностей, цепные или клешневые зажимы для труб и различные механические зажимы для приваривания к двутавровым балкам или другим формам.
Сварной шов выполняется путем вращения шпильки с высокой скоростью и прижатия ее к подложке, вызывая трение, которое нагревает наконечник шпильки и поверхность подложки. Металл на границе раздела между стойкой и подложкой пластически течет под давлением, удаляя загрязнения с металлических поверхностей, и образуется твердофазный сварной шов. Затем вращение шпильки прекращается, но усилие на шпильке сохраняется в течение нескольких секунд. Максимальные температуры, достигаемые при сварке, намного ниже точки плавления металлов.
Преимущества и недостатки [ править ]
Некоторые заметные преимущества этого процесса:
- Относительно низкая температура, при которой образуется сварной шов, означает, что процесс может быть адаптирован для таких применений, как сварка трубопроводов под напряжением и во взрывоопасных средах.
- Отсутствие электрической дуги и жидкой фазы в металле позволяет избежать некоторых потенциальных проблем, возникающих при дуговой сварке, таких как загрязнение сварного шва водородом , азотом и кислородом .
- Короткое время цикла сварки (обычно от 5 до 10 секунд) и метод формирования сварного шва приводят к мелкозернистой структуре.
В состоянии «после сварки» остаточные напряжения являются сжимающими, что приводит к хорошей усталостной долговечности . Шпильки также можно приваривать через эпоксидную краску или резиновое покрытие.
Основные недостатки этого процесса:
- Этот процесс можно использовать только для приваривания относительно небольших компонентов (таких как шпильки или заглушки), которые можно вращать с высокой скоростью, на заготовку. Используемые системы ограничиваются шпильками диаметром обычно до 25 мм и заглушками для заполнения отверстий диаметром обычно до 25 мм (электрозаклепка).
- Система требует жесткого зажима, чтобы удерживать сварочный инструмент на заготовке и выдерживать силу, приложенную к шпильке во время сварки. Хотя эти зажимы можно довольно быстро перемещать от одного места сварки к другому, они, как правило, больше и громоздки, чем в случае систем дуговой приварки шпилек.
Приложения [ править ]
Для перечисленных здесь типов применения особенно важно, чтобы процедуры сварки и эксплуатации были полностью протестированы и сертифицированы как на целостность сварных швов, так и на эксплуатационную безопасность перед использованием в производстве. Операторы должны быть тщательно обучены, и должны быть установлены системы, обеспечивающие правильное применение процедур и надлежащую оценку рисков.
Сварка под водой [ править ]
Когда этот процесс используется под водой, вокруг шпильки устанавливается кожух, который предотвращает слишком быстрое охлаждение сварного шва окружающей водой. Системы с пневматическим приводом могут работать под водой на глубине примерно 20 м и относительно просты в использовании дайверами. Системы с гидравлическим приводом также могут использоваться дайверами и приварены к глубине более 300 м с дистанционно управляемого транспортного средства (ROV). Современные системы для приварки шпилек трением предназначены для работы на глубине около 1000 м.
Сварка подводных трубопроводов под напряжением для крепления анодов [ править ]
Сварка фрикционной шпильки использовалась для модификации расходуемых анодов на подводных трубопроводах, когда трубопровод находится « под напряжением » (то есть продолжает транспортировать углеводороды под давлением). В некоторых случаях аноды размещаются на морском дне рядом с трубопроводом, и наконечник кабеля от анода присоединяется к шпильке, приваренной к трубопроводу. Другой вариант - трехсторонний сварной шов, при котором наконечник анодного кабеля выполнен из стали с коническим отверстием. Конический конец шпильки приваривается через отверстие к трубопроводу, приваривается как к наконечнику, так и к трубе, обеспечивая полностью сварное соединение между анодным кабелем и трубопроводом. Преимущество этого метода в том, что нет значительного увеличенияэлектрическое сопротивление соединения из-за коррозии в течение срока службы трубопровода. На многих подводных трубопроводах имеется утяжеляющее бетонное покрытие, небольшая часть которого может быть удалена струей воды для сварки.
Сварка во взрывоопасных средах и зонированных зонах [ править ]
Сварка шпилек трением использовалась для прикрепления решеток к морским нефтяным платформам в областях, где дуговая сварка не разрешена из-за риска возникновения пожара или взрыва. Кожух, подобный тому, который используется для подводной сварки, действует как барьер между сварным швом и окружающей атмосферой. Водяной экран также можно использовать как дополнительную преграду.
Сварочные материалы, которые трудно соединить с помощью процессов сварки плавлением [ править ]
Сварка шпилек трением - это процесс сварки в твердой фазе, при котором металлы не разжижаются. Это позволяет использовать комбинации металлов, такие как приваривание алюминиевых шпилек к стали, что было бы проблематично при дуговой сварке из-за образования хрупких интерметаллических соединений .
Сварка вставкой трением [ править ]
При сварке фрикционной заглушкой заглушка конической формы приваривается трением к коническому отверстию в подложке. Этот метод сварки можно использовать для ремонта дефектов отливок . Он также использовался для заполнения отверстий, которые возникают после завершения прохода сварки трением с перемешиванием, когда датчик перемешивания извлекается из сварного шва.
Конкретные недавние применения сварки шпилек трением включают:
- Модернизация анодов резервуара для хранения нефти FPSO в зоне 1.
- Модернизация оборудования в зоне 1 на морских платформах.
- Крепление анодов внутри трубопроводов отвода морской воды на газоперерабатывающем заводе .
Ссылки [ править ]
- Николай, ED (1983). «Сварка трением под водой», Подводная сварка : Труды конференции Международного института сварки, 27–28 июня 1983 г., Тронхейм, Норвегия. Pergamon Press, Оксфорд, Великобритания. ISBN 0-08-030537-7
- Блейкмор, GR (1994). «Подводное применение современного портативного оборудования для сварки шпилек трением», Международный семинар по подводной сварке морских конструкций , 7–9 декабря 1994 г., Новый Орлеан, Луизиана, США. Американское бюро судоходства, Нью-Йорк, США. ISBN 0-918062-77-2
Внешние ссылки [ править ]
- Сварка шпилек трением Proserv
- GKSS Forschungszentrum
