Hitsausmenetelmiä on laaja valikoima. Niiden joukossa on sellainen eksoottinen prosessi kuin kitkasekoitushitsaus. Sen erottuva piirre on kulutustarvikkeiden, kuten elektrodien, hitsauslangan, suojakaasujen, puuttuminen. Äskettäin kehitetty menetelmä on saamassa laajaa hyväksyntää.
Ulkonäköhistoria
Kitkasekoitushitsauksen (FSW) historia alkoi vuonna 1991. Se oli British Welding Instituten (TWI) innovatiivinen kehitystyö. Muutamaa vuotta myöhemmin tekniikkaa käytettiin lentokoneiden ja laivojen rakentamisessa.
Ensimmäiset yritykset, jotka ottivat uuden teknologian tuotantoon, olivat norjalainen Marine Aluminium ja amerikkalainen Boeing. He käyttivät yrityksissään rotaatiokitkahitsauksen (PCT) kehittämiseen erikoistuneen ESAB-konsernin hitsauslaitteita.
Yritys on vuodesta 2003 lähtien jatkuvasti tutkinut kitkasekoitushitsauksen mahdollisuuksia. Niitä oli esimerkiksialumiiniseosten ja niiden muunnelmien hitsaukseen on kehitetty menetelmiä, joita käytetään lentokoneiden, laivojen ja rautatiekonttien rakentamisessa.
Lentokoneteollisuudessa on havaittu mahdolliseksi vaihtaa niitatut liitokset hitsattuihin. Lisäksi hitsausnopeus FSW-menetelmällä ylittää merkittävästi sähkökaaren nopeuden. 6 m pitkä hitsaus voidaan muodostaa minuutissa, kun taas tavanomainen hitsausnopeus on vain 0,8-2 m/min 0,5 cm:n osan paksuudella.
Prosessin ydin
Metallien liittäminen tapahtuu hitsausvyöhykkeen kuumenemisen seurauksena kitkamenetelmällä. Kitkasekoitushitsauksen päähitsaustyökalu on metallitanko, joka koostuu kahdesta puolikkaasta: kauluksesta ja olakkeesta.
Pyörivä sauva on ulkonevan osan ansiosta upotettu materiaaliin aiheuttaen voimakasta kuumenemista. Sen syöttöä rajoittaa olake, jolloin hitsattava kappale ei pääse kulkemaan sen läpi. Lämmitysvyöhykkeellä materiaali lisää merkittävästi plastisuuttaan ja muodostaa olkapäästä painettuna yhtenäisen massan.
Seuraava vaihe on tangon liike hitsattua vyöhykettä pitkin. Edistyessään olkapää sekoittaa kuumennetun metallimassan, joka jäähtyessään muodostaa vahvan liitoksen.
Mikä vaikuttaa STP:n laatuun
Kitkasekoitushitsaus on jatkuvasti kehittyvä prosessi. Mutta jo nyt on useita parametreja, jotka vaikuttavat yhteyden laatuun:
- Työkalun luoma pakko.
- Syöttönopeushitsauspää.
- Olkapään arvo.
- Sauvan kehän pyörimisnopeus.
- Kallistuskulma.
- Vavan syöttövoima.
Hitsauksen ominaisuuksien manipulointi mahdollistaa erilaisten metallien liittämisen. Esimerkiksi alumiini ja litium. Litium voi alhaisen tiheytensä ja suuren lujuutensa ansiosta toimia alumiiniseososien seostuskomponenttina, mikä mahdollistaa tämän tekniikan käytön ilmailuteollisuudessa.
Kitkasekoitushitsaus voi helposti korvata takomisen, leimaamisen ja valun, kun niitä käytetään osien valmistukseen vaikeasti yhteensopivista metalleista. Esimerkiksi teräkset, joissa on austeniitti- ja perliittirakenne, teräkset alumiinista tai pronssista.
Millä alueilla käytetään
Teollisuus, kuten autoteollisuus, työskentelee jatkuvasti sen eteen, kuinka tuotteen lujuusominaisuuksia voidaan parantaa ja samalla vähentää sen painoa. Tässä suhteessa tuodaan jatkuvasti käyttöön uusia materiaaleja, jotka olivat aiemmin epätyypillisiä käsittelyn monimutkaisuuden vuoksi. Yhä useammin rakenneosat, kuten apurungot ja joskus kokonaiset rungot, valmistetaan alumiinista tai alumiinin yhdistelmästä.
Siksi Honda käytti vuonna 2012 lisäainevalmistusta ja kitkasekoitushitsausta valmistaakseen apurunkoja ajoneuvoihinsa. He esittelivät teräksen ja alumiinin yhdistelmän.
Metallilevyjen läpipalamista voi tapahtua alumiinista valmistettujen runkohitsausten aikana. Tämä puute on vailla STP. Sen lisäksisähkönkulutus vähenee 1,5-2 kertaa, kulutushyödykkeiden, kuten hitsauslangan ja suojakaasujen kustannukset pienenevät.
Autotuotannon lisäksi STP:tä käytetään seuraavilla alueilla:
- Rakennusteollisuus: alumiiniset tukiristot, siltojen jännevälit.
- Rautatiekuljetus: rungot, pyörätelit, vaunut.
- Laivanrakennus: laipiot, rakenneosat.
- Lentokone: polttoainesäiliöt, rungon osat.
- Elintarviketeollisuus: erilaisia säiliöitä nestemäisille tuotteille (maito, olut).
- Sähkötuotanto: moottorikotelot, paraboliset antennit.
Alumiiniseosten lisäksi kitkasekoitushitsausta käytetään kupariyhdisteiden saamiseksi esimerkiksi kuparisäiliöiden valmistuksessa käytetyn radioaktiivisen polttoaineen loppusijoitukseen.
STP-edut
FSW:n tutkiminen mahdollisti hitsausmoodien valitsemisen eri metalliseosryhmiä liitettäessä. Huolimatta siitä, että alun perin FSW kehitettiin työskentelemään metallien kanssa, joilla on alhainen sulamispiste, kuten alumiini (660 °C), myöhemmin sitä alettiin käyttää nikkelin (1455 °C), titaanin (1670 °C) ja raudan yhdistämiseen. (1538 °C).
Tutkimus osoittaa, että tällä tavalla saatu hitsi vastaa rakenteeltaan täysin hitsattavien osien metallia ja sillä on korkeammat lujuusindikaattorit, pienemmät työkustannukset ja alhainen jäännösmuodonmuutos.
Oikeinvalittu hitsaustapa takaa hitsausmateriaalin ja hitsattavan metallin yhteensopivuuden seuraavien indikaattoreiden mukaan:
- väsymislujuus:
- taivutus- ja vetolujuus;
- sitkeys.
Etuja muihin hitsaustyyppeihin verrattuna
STP:llä on monia etuja. Heidän joukossaan:
- Myrkytön. Toisin kuin muissa lajikkeissa, siinä ei ole valokaaripolttoa, jonka vuoksi sula metalli haihtuu hitsausvyöhykkeellä.
- Parempi sauman muodostumisnopeus, mikä nopeuttaa kiertoaikoja.
- Sähkökustannusten puolittaminen.
- Ei tarvetta jatkokäsittelylle. Kitkasekoitustyökalu muodostaa täydellisen hitsin ilman irrottamista.
- Ei tarvetta lisätarvikkeille (hitsauslanka, teollisuuskaasut, sulatteet).
- Mahdollisuus saada metalliliitoksia, joita ei ole saatavana muihin hitsaustyyppeihin.
- Hitsausreunojen erityiskäsittelyä ei tarvita, lukuun ottamatta puhdistusta ja rasvanpoistoa.
- Homogeenisen hitsausrakenteen aikaansaaminen ilman huokosia, mikä helpottaa laadunvalvontaa, joka on säädetty kitkasekoitushitsaukselle GOST R ISO 857-1-2009.
Miten hitsin laatu tarkistetaan
Hitsauksen laatu tarkistetaan kahdella eri säädöllä. Ensimmäinen koskee prototyypin tuhoamistakahden osan yhdistäminen. Toinen mahdollistaa todennuksen ilman tuhoamista. Käytetään menetelmiä, kuten optinen ohjaus, audiometrinen tutkimus. Se auttaa määrittämään huokosten ja epähomogeenisten sulkeumien esiintymisen, jotka heikentävät sauman ominaisuuksia. Äänenohjauksen tulokset ovat kaavio, joka näyttää selkeästi paikat, joissa akustinen kaiku poikkeaa normista.
Menetelmän haitat
Kitkahitsausmenetelmällä on lukuisia etuja, ja siihen liittyy myös haittoja:
- Liikkuvuuden puute. STP sisältää kiinteiden osien liittämisen, jotka on kiinnitetty tiukasti tilaan. Tämä asettaa kitkasekoitushitsauslaitteille tiettyjä ominaisuuksia, kuten liikkumattomuutta.
- Vähäinen monipuolisuus. Suurikokoiset laitteet on määritetty suorittamaan samantyyppisiä toimintoja. Tässä suhteessa hitsauslaitteet on suunniteltu tiettyihin tehtäviin. Esimerkiksi auton sivuseinien hitsaukseen kuljettimella, ei mihinkään muuhun.
- Hitsaussaumassa on säteittäinen rakenne. Tässä suhteessa tietyntyyppisten muodonmuutosten yhteydessä tai kun osaa käytetään aggressiivisessa ympäristössä, hitsin väsyminen voi kertyä.
STP:n lajikkeet toimintaperiaatteen mukaan
Kitkaan perustuvat hitsausprosessit voidaan jakaa useisiin tyyppeihin:
- Lineaarinen kitka. Menetelmän ydin on saada pysyvä yhteys ei pyörivän kärjen toiminnan seurauksena, vaan osien liikkumisesta toistensa suhteen. Toimiessaan pinnalla kosketuspisteessä ne luovatkitkaa ja sen seurauksena korkeita lämpötiloja. Paineen alaisena vierekkäiset osat sulavat ja muodostuu hitsausliitos.
- Säteittäinen hitsaus. Tätä menetelmää käytetään suurihalkaisijaisten konttien, rautatiesäiliöiden valmistukseen. Se tiivistyy siihen tosiasiaan, että osien liitokset lämmitetään pyörivällä renkaalla, joka on puettu ulkopuolelta. Kitkalla se aiheuttaa lämpötilan, joka on lähellä sulamispistettä. Esimerkki tätä tekniikkaa käyttävästä yrityksestä on Sespel, Cheboksaryn säiliöautojen valmistaja. Kitkasekoitushitsaus vie suurimman osan hitsaustyöstä.
- Nappihitsaus. Tämä lajike korvaa niittiliitoksen. Tätä tyyppiä käytetään limittäisiin liitäntöihin. Kosketuskohdassa oleva pyörivä tappi lämmittää hitsattavat osat. Korkeasta lämpötilasta sulaminen tapahtuu ja tappi tunkeutuu sisään. Jäähtyessään se luo vahvan pysyvän yhteyden.
STP:n lajikkeet vaikeustason mukaan
Kitalla suoritettavat hitsaustoimenpiteet voidaan jakaa taso- ja tilavuushitsaukseen. Suurin ero näiden lajikkeiden välillä on, että ensimmäisessä tapauksessa hitsi muodostetaan kaksiulotteisessa tilassa ja toisessa - kolmiulotteisessa tilassa.
Hitsauslaitteiden valmistaja ESAB on siis kehittänyt 2D LEGIO -koneen tasoliitoksia varten. Se on muokattavissa oleva kitkasekoitushitsausjärjestelmä erilaisille ei-rautametalleille. Eri kokoisia ryhmiälaitteiden avulla voit hitsata pieniä ja suuria osia. Merkinnän mukaan LEGIO-laitteissa on useita asetteluja, jotka eroavat toisistaan hitsauspäiden lukumäärän ja hitsauskyvyn suhteen useisiin aksiaalisiin suuntiin.
On olemassa 3D-robotteja hitsaustöihin, joissa on monimutkaisia asentoja avaruudessa. Tällaiset laitteet asennetaan autojen kuljettimille, joissa tarvitaan monimutkaisen kokoonpanon hitsejä. Yksi esimerkki tällaisista roboteista on ESABin Rosio.
Johtopäätös
STP on suotuisa verrattuna perinteisiin hitsaustyyppeihin. Sen laaja käyttö lupaa paitsi taloudellista hyötyä, myös tuotannossa työskentelevien ihmisten terveyden säilymistä.
