1.4 Типы соединений, возможные при сварке трением с перемешиванием
Хотя сварка трением с перемешиванием применяется в основном для стыковых и нахлесточных швов, возможно также получение угловых, тавровых, точечных швов.
Рисунок 8 – Типы соединений, выполняемые СТП: а – стыковое; б – нахлесточно – стыковое; в – нахлесточное; г – многослойное нахлесточное; д – двухпроходное тавровое; е – тавровое прорезное; ж, з – угловое [47]
Особенности СТП нахлесточных швов изучали авторы [64]. Выполняли сварку сплавов 2024 – Т3 и 7075 – Т6 толщиной 2,29 мм. Скорость сварки составляла 2,3 ч 5,6 мм/с. Установлено, что важное значение при формировании шва в нахлесточном соединении имеет вертикальное перемещение пластифицированного металла. «Холодный шов» (при снижении скорости вращения инструмента и увеличении скорости сварки) причиняет меньшее вертикальное перемешивание. Также для повышения сопротивляемости соединения срезающей деформации рекомендуется более широкая область перемешивания.
Сваркой угловых швов занимались в [65]. Использовали сплав 2519 толщиной 1 ч 2". В ходе работы исследовались два типа угловых швов: торцевой и замковой. Скорость сварки составляла 2,5 ч 4"/мин.
а б
Рисунок 9 – Форма подготовки кромок при СТП угловых швов: а – торцевое расположение пластин; б – замковое (стрелками указано место выполнения сварки)
Проведенные баллистические испытания показали, что угловой шов первого типа успешно прошел тестирование, а соединение второго типа не смогло показать удовлетворительные результаты, так как плоскость срезания в этом случае проходит по наиболее слабому участку соединения – зоне термического влияния.
а б
Рисунок 10 – Примеры соединений, полученных методом СТП: а – соединение литого и деформируемого алюминиевого сплава; б – варианты угловых соединений [16]
Точечная сварка трением с перемешиванием рассматривается как эффективная замена клепаных соединений [66]. Этот процесс можно реализовать двумя способами. Первый способ – это точечная сварка погружением (PFSW), который был запатентован фирмой Mazda (Япония) в 2003 году [7]. При этом вращающийся инструмент погружается в деталь, доводя до пластического состояния и перемешивая металл под заплечиком. После этого инструмент поднимается, оставляя характерное углубление в детали. Второй способ – точечная сварка трением с заполнением шва (RFSW), который запатентован GKSS – GmbH в 2002 году [7]. Для этого способа используют инструмент, у которого штырь и заплечик имеют раздельные системы привода. Вращающийся инструмент опускается в деталь, при этом штырь выдавливает и перемешивает находящийся под ним металл, а после штырь убирается, и металл под заплечиком заполняет углубление, и, таким образом, получается шов без отверстия (Рисунок 11).
Рисунок 11 – Установка для RFSW (слева), поперечное сечение (вверху справа) и внешний вид образцов, полученных точечной сваркой трением (внизу справа)
Особенности микросварки трением с перемешиванием изучались в [25]. Так как при микросварке диаметр заплечика составляет 1,2мм, что не может обеспечить надлежащую температуру в зоне сварки, необходимо увеличивать скорость вращения инструмента до значений 12000-16000 об/мин для сплава 1050 – Н.
