Er is een grote verscheidenheid aan lasmethoden. Onder hen is zo'n exotisch proces als wrijvingsroerlassen. Het onderscheidende kenmerk is de afwezigheid van verbruiksartikelen zoals elektroden, lasdraad, beschermgassen. Een nieuw ontwikkelde methode wordt wijdverbreid geaccepteerd.
Geschiedenis van het uiterlijk
De geschiedenis van wrijvingsroerlassen (FSW) begon in 1991. Het was een innovatieve ontwikkeling van het British Welding Institute (TWI). Een paar jaar later werd de technologie gebruikt bij de constructie van vliegtuigen en schepen.
De eerste bedrijven die de nieuwe technologie in productie namen, waren het Noorse Marine Aluminium en het Amerikaanse Boeing. Ze gebruikten lasapparatuur van het ESAB-concern, dat gespecialiseerd is in ontwikkelingen op het gebied van rotatiefrictielassen (PCT), in hun ondernemingen.
Sinds 2003 doet het bedrijf continu onderzoek naar de mogelijkheden van wrijvingsroerlassen. Er waren bijvoorbeeldEr zijn methoden ontwikkeld voor het lassen van aluminiumlegeringen en hun modificaties, die worden gebruikt bij de constructie van vliegtuigen, schepen en spoorcontainers.
In de vliegtuigindustrie bleek het mogelijk om geklonken verbindingen te vervangen door gelaste. Bovendien is de lassnelheid volgens de FSW-methode aanzienlijk hoger dan de snelheid van de elektrische boog. Een las van 6 m lang kan in één minuut worden gevormd, terwijl de conventionele lassnelheid slechts 0,8-2 m/min is voor een onderdeeldikte van 0,5 cm.
De essentie van het proces
Metaalverbinding vindt plaats door verhitting in de laszone door de wrijvingsmethode. Het belangrijkste lasgereedschap van wrijvingsroerlassen is een metalen staaf, bestaande uit twee helften: een kraag en een schouder.
Met zijn uitstekende deel wordt de roterende staaf ondergedompeld in het materiaal, waardoor een sterke verwarming ontstaat. De toevoer wordt beperkt door de schouder, waardoor het te lassen werkstuk er niet doorheen kan. In de verwarmingszone verhoogt het materiaal zijn plasticiteit aanzienlijk en vormt het, naar beneden gedrukt door de schouder, een enkele massa.
De volgende stap is de beweging van de staaf langs de gelaste zone. Voorwaarts bewegend, mengt de schouder de verwarmde metaalmassa, die na afkoeling een sterke verbinding vormt.
Wat beïnvloedt de kwaliteit van STP
Wrijvingsroerlassen is een proces dat voortdurend in ontwikkeling is. Maar er zijn nu al verschillende parameters die de kwaliteit van de verbinding beïnvloeden:
- Kracht gegenereerd door de tool.
- Voedingssnelheidlaskop.
- De waarde van de schouder.
- De omtreksnelheid van de rotatie van de staaf.
- Kantelhoek.
- Voedingskracht van de hengel.
Door de eigenschappen van lassen te manipuleren, kunt u verschillende metalen met elkaar verbinden. Bijvoorbeeld aluminium en lithium. Lithium kan, vanwege zijn lage dichtheid en hoge sterkte, fungeren als een legeringscomponent van onderdelen van aluminiumlegeringen, waardoor deze technologie kan worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Wrijvingsroerlassen kan smeden, stempelen en gieten gemakkelijk vervangen wanneer ze worden gebruikt om onderdelen te produceren van moeilijk te combineren metalen. Bijvoorbeeld staal met austeniet- en perlietstructuur, staal van aluminium of brons.
In welke gebieden wordt gebruikt
Industrieën zoals de auto-industrie werken voortdurend aan manieren om de sterkte-eigenschappen van het product te vergroten en tegelijkertijd het gewicht te verminderen. In dit opzicht is er een continue introductie van nieuwe materialen die voorheen niet karakteristiek waren vanwege de complexiteit van de verwerking. Steeds vaker worden structurele elementen zoals subframes en soms hele carrosserieën gemaakt van aluminium of een combinatie van aluminium.
Zo paste Honda in 2012 additive manufacturing en wrijvingsroerlassen toe om subframes voor zijn voertuigen te produceren. Ze introduceerden een combinatie van staal en aluminium.
Doorbranden van metalen platen kan optreden tijdens de productie van carrosserielassen van aluminium. Deze tekortkoming is verstoken van STP. Daarnaastelektriciteitsverbruik wordt 1,5-2 keer verminderd, de kosten van verbruiksartikelen zoals lasdraad, beschermgassen worden verlaagd.
Naast autoproductie wordt STP gebruikt in de volgende gebieden:
- Bouwindustrie: aluminium steunspanten, brugoverspanningen.
- Spoorvervoer: frames, draaistellen, wagons.
- Scheepsbouw: schotten, structurele elementen.
- Vliegtuig: brandstoftanks, romponderdelen.
- Voedingsindustrie: diverse containers voor vloeibare producten (melk, bier).
- Elektrische productie: motorbehuizingen, paraboolantennes.
Naast aluminiumlegeringen wordt wrijvingsroerlassen gebruikt om koperverbindingen te verkrijgen, bijvoorbeeld bij de productie van koperen containers voor de verwijdering van verbruikte radioactieve brandstof.
STP-voordelen
Het bestuderen van de FSW maakte het mogelijk om lasmodi te selecteren bij het verbinden van verschillende groepen legeringen. Ondanks het feit dat FSW aanvankelijk werd ontwikkeld om te werken met metalen met een laag smeltpunt, zoals aluminium (660 ° C), werd het later gebruikt om nikkel (1455 ° C), titanium (1670 ° C), ijzer te verbinden (1538 ° C).
Onderzoek toont aan dat de op deze manier verkregen las in zijn structuur volledig overeenkomt met het metaal van de te lassen onderdelen en hogere sterkte-indicatoren, lagere arbeidskosten en lage restvervorming heeft.
Correctde geselecteerde lasmodus garandeert de conformiteit van het lasmateriaal en het te lassen metaal volgens de volgende indicatoren:
- vermoeidheidskracht:
- buig- en treksterkte;
- taaiheid.
Voordelen ten opzichte van andere soorten lassen
STP heeft veel voordelen. Onder hen:
- Niet giftig. In tegenstelling tot andere varianten is er geen vlamboogverbranding, waardoor het gesmolten metaal in de laszone verdampt.
- Verhoogde snelheid van naadvorming, wat resulteert in snellere cyclustijden.
- De energiekosten halveren.
- Verdere bewerking van de las is niet nodig. De Friction Stir Tool vormt een perfecte las zonder strippen.
- Er zijn geen extra verbruiksartikelen nodig (lasdraad, industriële gassen, vloeimiddelen).
- De mogelijkheid om metalen verbindingen te verkrijgen die niet beschikbaar zijn voor andere soorten lassen.
- Er is geen speciale voorbereiding van de lasranden nodig, behalve voor het reinigen en ontvetten.
- Het verkrijgen van een homogene lasstructuur zonder poriën, wat resulteert in een eenvoudigere kwaliteitscontrole, die wordt gereguleerd voor wrijvingsroerlassen GOST R ISO 857-1-2009.
Hoe de kwaliteit van een las wordt gecontroleerd
De kwaliteit van het lassen wordt gecontroleerd door twee soorten controle. De eerste betreft de vernietiging van het prototype als gevolg van:verbinding van twee delen. De tweede maakt verificatie mogelijk zonder vernietiging. Methoden zoals optische controle, audiometrisch onderzoek worden gebruikt. Het helpt bij het bepalen van de aanwezigheid van poriën en inhomogene inclusies die de kenmerken van de naad aantasten. Het resultaat van de geluidscontrole is een diagram dat duidelijk de plaatsen laat zien waar de akoestische echo afwijkt van de norm.
Nadelen van de methode
Met tal van voordelen heeft de wrijvingslasmethode bijbehorende nadelen:
- Gebrek aan mobiliteit. STP omvat de verbinding van vaste delen, star gefixeerd in de ruimte. Dit legt bepaalde eigenschappen op aan lasapparatuur met wrijvingsroer, zoals immobiliteit.
- Lage veelzijdigheid. Omvangrijke apparatuur is geconfigureerd om hetzelfde type bewerkingen uit te voeren. In dit opzicht zijn apparaten voor lassen ontworpen voor specifieke taken. Bijvoorbeeld voor het lassen van zijwanden van auto's op een transportband, en voor niets anders.
- De lasnaad heeft een radiale structuur. In dit opzicht kan lasmoeheid zich ophopen bij bepaalde soorten vervorming of wanneer het onderdeel wordt gebruikt in een agressieve omgeving.
Rassen van STP volgens het werkingsprincipe
Lasprocessen op basis van wrijving kunnen worden onderverdeeld in verschillende typen:
- Lineaire wrijving. De essentie van de methode is om een permanente verbinding te verkrijgen, niet door de werking van een roterende punt, maar door de beweging van onderdelen ten opzichte van elkaar. Door aan de oppervlakte te handelen op het contactpunt, creëren zewrijving en bijgevolg hoge temperaturen. Onder druk worden de aangrenzende delen gesmolten en wordt een lasverbinding gevormd.
- Radiaal lassen. Deze methode wordt gebruikt voor de productie van containers met grote diameter, spoorwegtanks. Het komt erop neer dat de verbindingen van de onderdelen worden verwarmd door een roterende ring die aan de buitenkant is aangebracht. Door wrijving veroorzaakt het een temperatuur dichtbij het smeltpunt. Een voorbeeld van een onderneming die deze technologie gebruikt, is Sespel, een fabrikant van tankwagens uit Cheboksary. Wrijvingsroerlassen neemt het grootste deel van het laswerk in beslag.
- Studlassen. Deze variant vervangt de klinknagelverbinding. Dit type wordt gebruikt voor overlappende verbindingen. De roterende pen op het contactpunt verwarmt de te lassen delen. Door de hoge temperatuur treedt smelten op en dringt de pin naar binnen. Door af te koelen ontstaat er een sterke permanente verbinding.
Rassen van STP op moeilijkheidsgraad
Lasbewerkingen die met wrijving worden uitgevoerd, kunnen worden onderverdeeld in vlak en volumetrisch. Het belangrijkste verschil tussen deze varianten is dat in het eerste geval de las wordt gevormd in een tweedimensionale ruimte en in het tweede geval in een driedimensionale ruimte.
Dus voor vlakke verbindingen heeft de fabrikant van lasapparatuur ESAB de 2D LEGIO-machine ontwikkeld. Het is een aanpasbaar wrijvingsroerlassysteem voor verschillende non-ferrometalen. Verschillende maatgroepenapparatuur stelt u in staat om onderdelen van kleine en grote afmetingen te lassen. Volgens de markering heeft LEGIO-apparatuur verschillende lay-outs, die verschillen in het aantal laskoppen, de mogelijkheid om in verschillende axiale richtingen te lassen.
Er zijn 3D-robots voor lasklussen met complexe posities in de ruimte. Dergelijke apparaten worden geïnstalleerd op transportbanden voor auto's, waar lassen met een complexe configuratie vereist zijn. Een voorbeeld van dergelijke robots is Rosio van ESAB.
Conclusie
STP steekt gunstig af bij traditionele soorten lassen. Het wijdverbreide gebruik ervan belooft niet alleen economische voordelen, maar ook het behoud van de gezondheid van de mensen die in de productie werken.
