Преимущества и недостатки сварки трением с перемешиванием

preimushhestva-i-nedostatki-svarki-treniem-s-peremeshivaniem

Определением преимуществ и недостатков нового способа сварки по сравнению с известными способами занимались авторы работ [41 – 44].

В работе [41] исследовали тепловложение при СТП и способе MIG при сварке пластин из алюминиевого сплава 6N01 – Т5 толщиной 4 мм. Установлено, что при скорости сварки 500 мм/мин тепловложение при СТП и MIG равно соответственно 190 и 390 Дж/мм. Rockwell Scientific (США) сообщает, что уровни выделений Cr, Cu, Mn, Cr+6  при СТП сталей значительно ниже (<0,03, <0,03, <0,02 и <0,01 мг/мм3 соответственно), чем измеренные при GTAW (0,25, 0,11, 1,88 и 0,02 мг/мм3 соответственно) [7]. Авторы [42] проводили сравнение затрат на производство при использовании  СТП и MIG. Приводятся данные, что с увеличением объемов производства сварка трением с перемешиванием становится предпочтительнее, наиболее высокими при СТП являются начальные капиталовложения.

Сравнение точечной сварки трением со сваркой сопротивлением показало, что первая обеспечивает более высокий уровень механических свойств [27, 45].

Таким образом, основными преимуществами сварки трением с перемешиванием являются следующие [44, 46 – 51]:

– в зоне сварки лучше сохраняются свойства основного металла по сравнению со способами сварки плавлением (при использовании послесварочной термообработки алюминиевого сплава серии 6000 прочность достигает 90 – 100% прочности основного металла);

– соединения имеют меньший уровень остаточных напряжений и деформаций;

– отсутствие присадочного материала и защитного газа;

– меньшие затраты денежных средств при больших объемах производства;

– возможность автоматизации процесса;

– отсутствие вредных испарений и ультрафиолетового излучения в процессе сварки;

– возможность получения соединений во всех пространственных положениях;

– не требуется придание специального профиля кромкам;

– возможность получения бездефектных швов на сплавах, при сварке плавлением которых сложно получить качественное соединение;

– не требуется удаление поверхностных оксидов перед сваркой, а также шлака и брызг после сварки;

– возможность увеличения скорости сварки без ухудшения свойств;

– благодаря относительной простоте оборудования достигается высокая эффективность использования энергии (для однопроходной сварки алюминиевого сплава  толщиной 12,5 мм требуется около 3 кВт энергии).

С помощью СТП можно получить крупные панели, состоящие из многочисленных небольших профилей, которые практически невозможно или экономически нецелесообразно прессовать или отливать; легковесные прессованные панели могут быть соединены между собой без деформации для получения более крупных конструкций судов, железнодорожных платформ или тяжелых грузовиков; сборка стыков не требует очень точной подгонки кромок, так для листов толщиной 1,6 мм зазор может быть до 0,2мм, для плит толщиной 12,7 мм – до 1,25 мм.

Таблица 1 – Сравнение затрат на производство при использовании СТП и GMAW [44]

Категория СТП MIG
Время сварки, мин

Время на установление и закрепление в  сборочном приспособлении, мин

Удаление оксидной пленки, мин

Защита сварщиков, мин

Общее время подготовки к сварке, мин

Скорость сварки, мм/мин

Капиталовложения, $

Длина шва, мм

Постоянные почасовые затраты, $

арендная плата

амортизация (4 года)

Переменные почасовые затраты, $

стоимость рабочей силы

затраты на энергию

Затраты на сварку, $

присадочный материал

защитные газы

Суммарные затраты/время,  $/ч

Длина шва/время, м/ч

Затраты/Длина шва, $/м

2:25

8:05

 

0:00

0:00

12:55

2000

400,00

2000

 

13

52

 

30

1

 

 

 

96

11,40

8,38

7:22

3:11

 

6:14

2:00

24:00

750

200,00

2000

 

13

26

 

30

3

 

2

2

76

5,47

13,81

К недостаткам способа сварки трением с перемешиванием можно отнести следующие [7, 49]:

– необходимость мощных подкладок, на которых должны надежно закреплять свариваемые заготовки;

– образование в конце шва отверстия, равного размеру штыря, которое необходимо заполнять с помощью других методов, таких как вварка трением специальных пробок;

– применение вводных и выводных планок для получения протяжных швов на всю длину заготовок;

– ограничения в применении способа в портативном варианте из-за необходимости закрепления заготовок на подкладке;

– более низкий уровень скорости по сравнению с механизированной дуговой сваркой для некоторых марок сталей;

– отсутствие стандартов на данный способ сварки и проинформированной рабочей силы.