Friktionssvetsning: Process, typer och fördelar

Friktionssvetsning, som namnet antyder, använder friktion för att svetsa sammanfogningar. Det finns ingen extern värme som tillförs i sammanfogningsprocessen.

Därmed är friktionssvetsning inte en fusionssvetsningsprocess utan en svetsningsprocess i fast tillstånd där den resulterande skarven ofta är lika stark som grundmetallen. Denna svetsteknik används inom flera industrier för att sammanfoga delar.

Låt oss gå in på detaljerna om hur denna teknik fungerar och dess fördelar.

RELATERAT: LASERSVEDNING: TYPER, FÖRDELAR OCH ANVÄNDNINGAR

Om du gnuggar dina handflator mot varandra kommer du att märka att dina handflator blir varma. När du ökar trycket och hastigheten ytterligare kommer du att börja känna dig varmare.

Samma princip för värmeutveckling genom friktion används vid friktionssvetsning, där metalldelarna fås att gnugga mot varandra med extremt hög hastighet och högt tryck.

Denna interaktion mellan de två ytorna resulterar i mekanisk friktion. Även om de två material som ska svetsas samman kan verka släta för blotta ögat finns det ojämnheter på mikroskopisk nivå. Dessa ojämnheter är tillräckliga för att skapa friktion mellan deras ytor.

När två material genomgår friktionssvetsning genererar den relativa rörelsen mellan varandra och det tryck som appliceras på dem värme vid kontaktpunkterna. När processen fortsätter ytterligare ökar också värmeutvecklingen och de två materialen börjar bli trögflytande vid kontaktpunkterna.

Också rörelsen mellan de två främjar blandningen av de två delarna vid deras kontaktpunkter, vilket skapar en bindning eller en svetsning.

Olika typer av friktionssvetsning

Alla svetsprocesser som använder friktion som ett sätt att skapa bindningen kan betecknas som friktionssvetsning. Det finns dock fyra typer av friktionssvetsningsprocesser i grunden.

Låt oss gå igenom var och en av dem kortfattat för att förstå de subtila skillnaderna mellan dem.

Rotary Friction Welding: Av de två materialen roteras det ena över ytan på det andra där svetsen behövs. Processen använder komprimerande axialkraft och de höga rotationshastigheterna.

Denna kombination orsakar plastifiering av de två materialen, vilket så småningom leder till en bindning mellan de två.

Linjär friktionssvetsning: Vid denna typ av friktionssvetsning oscillerar ett av materialen i förhållande till det andra vid höga hastigheter med höga tryckkrafter i en fram- och återgående rörelse. Den resulterande värmen som genereras vid ytorna får metallen att mjukna, och oxider eller föroreningar på ytnivå bränns bort eller stöts ut på sidorna.

Friction Stir Welding: Friction stir welding använder ett specialverktyg med en cylindrisk axel och en profilerad stift för att skapa svetsar. Stiften drivs längs sömmen på de två arbetsstyckena tills axeln vilar på sömmen.

Verktyget roterar sedan där friktionen mellan axeln och sömmen mjukar upp metallen. Den profilerade pinnen förflyttas linjärt genom linjen i sömmen och rör om i den mjuka metallen och skapar en bindning i processen.

Friction Stir Spot welding: Friction stir spot welding är en av typerna av friction stir welding med en stor skillnad.

I friction stir welding förflyttas verktyget längs arbetsstyckets söm. Vid friction stir spot welding roteras dock verktyget på en punkt och flyttas inte.

Det snurrar och skapar en svets, och verktyget lyfts upp och skapar ett utgångshål där den profilerade stiften injicerades.

Hastigheten med vilken den relativa rörelsen sker och trycket som appliceras på arbetsstyckena beror på storleken på den värme som behövs för att skapa svetsen mellan de två metalldelarna. För stål genererar friktionssvetsning någonstans mellan 900 och 1300 Celsius.

Tröghetssvetsning: är det samma sak som friktionssvetsning?

Många använder tröghetssvetsning och friktionssvetsning synonymt. Tröghetssvetsning är dock en typ av friktionssvetsning.

För att vara exakt är tröghetssvetsning en typ av roterande friktionssvetsning. Den får namnet tröghetssvetsning på grund av det sätt på vilket rotationen sker.

I denna sammanfogningsteknik hålls ett av arbetsstyckena stillastående medan det andra monteras på en spindel. Spindeln får rotera med hög hastighet för att skapa friktion mellan de två metallytorna.

Här är spindelns maximala varvtal fastställt och baseras på den typ av material som den håller och den temperatur som den bör nå för att svetsa ihop de två delarna.

När spindeln når det högsta varvtalet kopplas drivningen ur och det stationära arbetsstycket läggs in i det roterande arbetsstycket. Arbetsstycket fortsätter att rotera på egen hand på grund av den tröghetskraft som uppstår till följd av den kinetiska energin.

Vad är fördelarna med friktionssvetsning?

Inte alla svetstekniker garanterar samma fogresultat. Därför väljs typ av svetsning baserat på de egenskaper som svetsprocessen ger skarven.

Låt oss diskutera några av fördelarna med att använda friktionssvetsning:

Möjliggör sammanfogning av olikartade metaller: En av de stora fördelarna med friktionssvetsning är att den kan användas för att sammanfoga olika metaller.

Några vanliga bimetalliska friktionsförband är:

• Aluminium till stål
• Koppar till aluminium
• Titan till koppar
• Nickellegering till stål

Som allmän regel kan alla smidbara metaller friktionssvetsas. Detta ger ingenjörerna större frihet eftersom de kan skapa bimetalliska strukturer tack vare friktionssvetsning.

Förband mellan koppar och aluminium anses vanligen vara omöjliga att svetsa, men med friktionssvetsning är det möjligt.

Det sker ingen extern tillförsel av värme eller flussmedel: Friktionssvetsning kräver ingen extern värme eller flussmedel, vilket gör processen enkel och mindre stökig.

Minimala eller inga defekter: En av fördelarna med fast svetsning är att den innehåller minimala eller inga defekter jämfört med fusionssvetsning. Samma effekter överförs till friktionssvetsning.

Mycket snabb process: Friktionssvetsning anses vara en av de snabbaste svetsmetoderna och klockar upp till dubbelt eller till och med 100 gånger snabbare än normala fusionssvetsar.

Inte behov av mycket ytförberedelse: Bearbetade, sågade eller klippta ytor kan sammanfogas med hjälp av friktionssvetsning. Närvaron av smörjmedel eller oljor är dock inte tillåten för optimala svetsförhållanden.

Friktionssvetsning är en paraplyterm som omfattar flera typer av svetsprocesser. Många industrier förlitar sig på friktionssvetsning för att skapa fogar som annars inte går att svetsa.

Det är snabbt, effektivt och ett av de mest populära alternativen när det gäller fast svetsning.