4.2.2. Трущийся контакт и сварка трением

При сварке трением процесс организуют так, что механическая энергия вращающихся (или поступательно перемещающихся от­носительно друг друга) контактирующих тел переходит в тепло­вую. Выделение теплоты при этом происходит непосредственно на свариваемых поверхностях. После разогрева поверхностей до тре­буемых температур осуществляется остановка деталей и их сдав­ливание (осадка), в результате которого образуется сварное соеди­нение.

В начальный момент при сварке трением коэффициент трения имеет максимальное значение. Соответственно затраты мощности и тепловыделение в месте трущегося контакта возрастают. В про­цессе контакта (движения) коэффициент трения на этом участке падает и выделение теплоты уменьшается, затем при нагреве до 700...800 К испаряются и выгорают жировые пленки, а коэффици­ент трения растет. Одновременно начинает проявляться местное схватывание соединяемых поверхностей, что вызывает интенсив­ное тепловыделение. С повышением температуры число участков схватывания растет, а их прочность снижается. Понижается также и тепловыделение вследствие уменьшения коэффициента трения в результате появления на трущихся поверхностях жидкого металла, играющего роль смазки. На этом участке движения устанавливает­ся квазиравновесное состояние, затем следуют резкое торможение и осадка.

Сварка трением в отличие от контактной стыковой сварки тре­бует меньших затрат энергии (поскольку нет потерь на тепловыде­ление в объеме свариваемых деталей и в токоподводящих эле­ментах) и в ряде случаев обеспечивает более благоприятное рас­пределение температур в зоне сварки. Это особенно важно при сварке разнородных материалов (например, при изготовлении би­металлического инструмента из углеродистых и быстрорежущих сталей).

В последние годы находит все большее применение способ сварки трением с перемешиванием, позволяющий получать различ­ие соединения листовых заготовок. Сварочный процесс (рис. 4.3) при этом способе сварки происходит следующим образом. Специ­альный инструмент, вращающийся со скоростью 200...3000 об/мин, состоящий из утолщенной части (заплечика) и выступающей части (штыря), в месте стыка вводится в соприкосновение с поверхно­стью зафиксированных на массивной подкладке соединяемых заготовок так, чтобы штырь внедрился в заготовки, а заплечик кос­нулся их поверхности. В результате трения штыря и заплечика о заготовку выделяется теплота, которая доводит металл вокруг инст­румента до пластичного состояния. Затем инструменту сообщают поступательное движение со скоростью сварки 4,5...6 м/мин при его давлении на заготовку 0,2...0,5 МПа, и пластичный материал заготовок, перемещаясь из зоны нагрева в зону охлаждения, оги­бает штырь и образует соединение. По характеру процесса образо­вания сварного соединения этот способ имеет много общего с термопрессовой сваркой.