Friktionssvejsning: Processen, typer og fordele

Friktionssvejsning bruger, som navnet antyder, friktion til at svejse samlinger. Der er ingen ekstern varme, der tilføres i forbindelse med sammenføjningsprocessen.

Dermed er friktionssvejsning ikke en fusionssvejseproces, men en faststofsvejseproces, hvor den resulterende samling ofte er lige så stærk som grundmetallet. Denne svejseteknik anvendes i flere industrier til at samle dele.

Lad os komme ind på detaljerne om, hvordan denne teknik fungerer og dens fordele.

RELATERET: LASERSVEJNING: TYPER, FORUDSÆTNINGER OG ANVENDELSER

Hvis du gnider dine håndflader mod hinanden, vil du bemærke, at dine håndflader bliver varme. Når du øger trykket og hastigheden yderligere, vil du begynde at føle dig varmere.

Det samme princip om varmeudvikling ved friktion anvendes ved friktionssvejsning, hvor metaldele gnides mod hinanden ved ekstremt høj hastighed og tryk.

Denne vekselvirkning mellem de to overflader resulterer i mekanisk friktion. Selv om de to materialer, der skal svejses sammen, kan se glatte ud for det blotte øje, er der uregelmæssigheder på mikroskopisk niveau. Disse uregelmæssigheder er tilstrækkelige til at skabe friktion mellem deres overflader.

Når to materialer udsættes for friktionssvejsning, genererer den relative bevægelse mellem hinanden og det tryk, der påføres dem, varme på kontaktpunkterne. Efterhånden som processen fortsætter yderligere, stiger varmeudviklingen også, og de to materialer begynder at blive tyktflydende ved kontaktpunkterne.

Også bevægelsen mellem de to fremmer blandingen af de to dele ved deres kontaktpunkter, hvilket skaber en binding eller en svejsning.

Differente typer af friktionssvejsning

Alle svejseprocesser, der anvender friktion som en måde at skabe bindingen på, kan betegnes som friktionssvejsning. Der findes dog grundlæggende set fire typer af friktionssvejseprocesser.

Lad os gennemgå hver af dem kort for at forstå de subtile forskelle mellem dem.

Rotary Friction Welding (roterende friktionssvejsning): Ud af de to materialer roteres det ene over overfladen af det andet, hvor svejsningen er nødvendig. Processen anvender komprimerende aksialkraft og de høje rotationshastigheder.

Denne kombination forårsager plastificering af de to materialer, hvilket i sidste ende fører til en binding mellem de to.

Linær friktionssvejsning: Ved denne type friktionssvejsning svinger det ene af materialerne i forhold til det andet ved høje hastigheder med høje kompressionskræfter i en frem- og tilbagegående bevægelse. Den resulterende varme, der genereres på overfladerne, får metallet til at plastificere, og oxider eller forureninger på overfladeniveau brændes af eller udviskes på siderne.

Friction Stir Welding (gnidningsomrøringssvejsning): Ved gnidningsomrøringssvejsning anvendes et specialværktøj med en cylindrisk skulder og en profileret stift til at skabe svejsninger. Stiften kører langs sømmen af de to arbejdsstykker, indtil skulderen hviler på sømmen.

Værktøjet roterer derefter, hvor friktionen mellem skulderen og sømmen blødgør metallet. Den profilerede stift bevæges lineært gennem sømmenes linje, hvorved det bløde metal omrøres og der skabes en binding i processen.

Friction Stir Spot-svejsning: Friction stir spot welding er en af typerne af friction stir welding med én væsentlig forskel.

I friction stir welding bevæges værktøjet langs sømmen på arbejdsemnerne. Ved friction stir spot welding roteres værktøjet derimod på et punkt og flyttes ikke.

Det drejer rundt og skaber en svejsning, og værktøjet løftes op og skaber et udgangshul, hvor den profilerede stift blev indsprøjtet.

Hastigheden, hvormed den relative bevægelse finder sted, og det tryk, der påføres arbejdsstykkerne, afhænger af størrelsen af den varme, der er nødvendig for at skabe svejsningen mellem de to metaldele. For stål genererer friktionssvejsning et sted mellem 900 og 1300 Celsius.

Træghedssvejsning: Er det det samme som friktionssvejsning?

Mange bruger træghedssvejsning og friktionssvejsning synonymt. Inertisvejsning er dog en type friktionssvejsning.

Nøjagtig sagt er inertiesvejsning en type roterende friktionssvejsning. Den har fået navnet inertiesvejsning på grund af den måde, hvorpå rotationen finder sted.

I denne sammenføjningsteknik holdes det ene arbejdsemne stationært, mens det andet er monteret på en spindel. Spindlen sættes til at rotere med høj hastighed for at skabe friktion mellem de to metaloverflader.

Her er spindlens maksimale omdrejningstal fastsat og er baseret på den type materiale, som den holder, og den temperatur, som den skal nå for at svejse de to stykker sammen.

Når spindlen når det højeste omdrejningstal, kobles drevet fra, og det stationære emne er betroet til det roterende emne. Arbejdsstykket fortsætter med at rotere af sig selv på grund af inertiakraften som følge af den kinetiske energi.

Hvad er fordelene ved friktionssvejsning?

Det er ikke alle svejseteknikker, der sikrer de samme samlingsresultater. Derfor vælges svejsetype på baggrund af de egenskaber, som svejseprocessen bibringer leddet.

Lad os diskutere nogle af fordelene ved at bruge friktionssvejsning:

Gør det muligt at sammenføje forskellige metaller: En af de store fordele ved friktionssvejsning er, at den kan bruges til at samle forskellige metaller.

Nogle af de almindelige bimetalliske friktionsforbindelser er:

• Aluminium til stål
• Kobber til aluminium
• Titan til kobber
• Nikkellegering til stål

Som hovedregel kan ethvert smedbart metal friktionssvejses. Dette giver større frihed til ingeniørerne, da de kan skabe bimetalliske strukturer takket være friktionssvejsning.

Samlinger mellem kobber og aluminium anses almindeligvis for at være uhåndterbare, men med friktionssvejsning er det muligt.

Der er ingen ekstern påføring af varme eller flusmiddel: Friktionssvejsning kræver ikke nogen ekstern varme eller flux, hvilket gør processen nem og mindre rodet.

Minimale eller ingen defekter: En af fordelene ved faststofsvejsning er, at den indeholder minimale eller ingen defekter sammenlignet med fusionssvejsning. De samme virkninger overføres til friktionssvejsning.

Meget hurtig proces: Friktionssvejsning betragtes som en af de hurtigste svejsemetoder og er op til dobbelt eller endda 100 gange hurtigere end normal fusionssvejsning.

Kræver ikke meget forberedelse af overfladen: Bearbejdede, savskårne eller skårne overflader kan sammenføjes ved hjælp af friktionssvejsning. Tilstedeværelsen af smøremidler eller olier er dog ikke tilladt for at opnå optimale svejseforhold.

Friktionssvejsning er et paraplybegreb, der omfatter flere typer svejseprocesser. Mange industrier er afhængige af friktionssvejsning for at skabe samlinger, der ellers ikke kan svejses.

Det er hurtigt, effektivt og en af de mest populære muligheder, når det kommer til faststofsvejsning.