1.12d-ZGRZEWANIE TARCIOWE.pdf

ZGRZEWANIE TARCIOWE

Jest to proces w którym ciepło konieczne do nagrzania

powierzchni elementów zgrzewanych pochodzi z bezpośredniej

zamiany energii mechanicznej na cieplną w wyniku tarcia.

Ogólny przebieg zgrzewania tarciowego przedstawia rys.1.

Rys.1. Ogólny przebieg procesu

zgrzewania tarciowego: I - napędzanie

jednego ze zgrzewanych przedmiotów

do prędkości obrotowej n, II -

wywarcie docisku tarcia PI przez

dosunięcie drugiego zgrzewanego

przedmiotu, III - nagrzewanie złącza

przez zamianę energii kinetycznej na

ciepło tarcia, IV - zatrzymanie ruchu

obrotowego i wywarcie docisku

spęczania Ps

Proces nagrzewania elementów zgrzewanych (rys.2) przebiega w ten

sposób, że najpierw nagrzewane są powierzchnie zewnętrzne (co

ułatwia wyciśnięcie zanieczyszczeń), a następnie ciepło przepływa do

wewnątrz rozkładając się równomiernie w obszarze powierzchni

czołowych tak, że powstaje zgrzeina jak na rys.3.

Rys.2. Zmiana kształtu SWC złącza

zgrzewanego tarciowo w czasie procesu

nagrzewania: a) początek tarcia, b) po

upływie 60+80% czasu tarcia, c) koniec czasu

tarcia.

Rys.3. Makrostruktura złącza

doczołowego prętów o średnicy 45 mm ze

stali 18G2A zgrzanego tarciowo, pow. 1x

Przebieg procesu

W zależności od sposobu realizacji procesu zgrzewanie tarciowe

można podzielić na: zgrzewanie z napędem ciągłym i zgrzewanie

inercyjne.

Zgrzewanie z napędem ciągłym

Jest realizowane na zgrzewarkach, których ogólny schemat

przedstawia rys.4.

Rys.4. Schemat budowy

urządzenia do zgrzewania

tarciowego z napędem ciągłym;

l - silnik napędowy, 2 - sprzęgło,

3 - hamulec, 4 - uchwyt

obrotowy, 5 - zgrzewane

przedmioty, 6 - uchwyt stały,

7 - mechanizm dociskowy

Rys.5. Cykl zgrzewania

tarciowego z napędem ciągłym;

n - prędkość obrotowa, P t - siła

docisku tarcia, Ps - siła docisku

spęczania, M t - moment tarcia,

M tp - moment tarcia początkowy,

M tk - moment tarcia końcowy,

s - skrócenie zgrzewanych

przedmiotów, t t - czas tarcia,

th - czas hamowania prędkości

obrotowej, t s - czas spęczania

Przebieg procesu, rys.5 . – Jeden element zamocowany na stałe, drugi

napędzany silnikiem do wymaganych obrotów „n” po których

osiągnięciu następuje zbliżenie powierzchni, docisk i nagrzewanie do

stanu plastycznego poprzez tarcie. W tym momencie następuje

wysprzęglenie silnika i hamowanie, a po zahamowaniu (n=0),

spęczanie (zwiększenie docisku z P t do P s ) podczas którego następuje

wyciśnięcie plastycznego metalu wraz z tlenkami i utworzenie

charakterystycznego „rąbka” zgrzeiny. Należy zwrócić uwagę na

przebieg momentu tarcia (rys.5), który podczas procesu dwukrotnie

wyraźnie wzrasta – przy rozpoczęciu docisku i hamowania.

Przedstawiona kinetyka ruchu zgrzewanych przedmiotów (ruch

obrotowy jednego z nich) nie jest jedyną kinetyką stosowaną w

zgrzewaniu tarciowym. Stosuje się wiele rozwiązań (rys.6)

zwiększających zakres zastosowania zgrzewania tarciowego.

Rys.6. Kinetyka ruchów przedmiotów w czasie zgrzewania tarciowego z

napędem ciągłym; a) napęd obrotowy, b) ruch posuwisto-zwrotny, c) ruch

orbitalny; R - promień orbity, S - spirala ruchu początkowego, P - siła docisku

tarcia i spęczania, n - prędkość obrotowa

Zgrzewanie ruchem posuwisto-zwrotnym (rys.6.b) stosuje się

do łączenia prętów (na krzyż) w automatycznej produkcji siatek

zbrojeniowych. Zespół prętów dolnych jest nieruchomy. Górne

wykonują ruch posuwisto zwroty. Po nagrzaniu wszystkich styków

do stanu plastycznego ruch prętów jest zatrzymywany i następuje

docisk spęczania.

Zgrzewanie orbitalne (rys.6c) jest stosowane do łączenia prętów

o przekrojach wielokątnych ( , ∇ , prostokątnych itp.), owalnych,

eliptycznych i innych. Proces tarcia rozpoczyna się w tym przypadku

po torze spiralnym S, dochodzącym w końcu do orbity kołowej R. Po

nagrzaniu ruch jest zatrzymywany i następuje docisk spęczania.

Parametry zgrzewania tarciowego z napędem ciągłym

> prędkość obrotowa tarcia w obr./min,

> siła docisku tarcia w N,

> czas tarcia w s (lub skrócenie przedmiotów w mm),

> siła docisku spęczania w N,

> czas spęczania w s,

> czas hamowania w s.

Prędkość obrotowa (liczba obrotów w jednostce czasu) zależy od

materiału i wymiarów i waha się w granicach 400-10000 obr./min.

Zwykle iloczyn n (obr./min) i średnicy powierzchni zgrzewanej d

(mm) winien wynosić: 3.10 4 - stal węglowa, 4-4,5.10 4 – Cu i 8.10 4 –

Ti. Dla rur cienkościennych prędkość zwiększona o ok. 50%.

Siła docisku zależy od własności mechanicznych i wpływa na

prędkość nagrzewania styku , zwykle docisk jednostkowy wynosi 20-

200 MPa. Siła docisku może być programowana (rys.7), co

wykorzystuje się przy zgrzewaniu metali żarowytrzymałych i

wrażliwych na prędkość nagrzewania.

Rys.7. Zalecane przebiegi zmian siły docisku

tarcia i siły docisku spęczania stosowane przy

zgrzewaniu tarciowym z napędem ciągłym i

inercyjnym

Czas tarcia jest funkcją siły docisku i prędkości obrotowej i jest

zwykle regulowany automatycznie wg. ustalonego skrócenia

Siła docisku spęczania

jest 20-100% większa od docisku

jednostkowego tarcia, rys.7.

Czas spęczania wnosi zwykle kilka sekund.

Przykładowe wartości parametrów zestawiono w tablicy 1.

Tab.1 . Zalecane parametry zgrzewania tarciowego z napędem ciągłym prętów

z różnych metali i stopów

Zgrzewanie inercyjne

Jest realizowane na urządzeniach, których ogólny schemat

przedstawia rys.8

Rys.8.Schemat budowy urządzenia do zgrzewania tarciowego inercyjnego; l -

silnik napędowy, 2 - wał napędowy, 3 - zestaw wymiennych kół zamachowych,

4 - uchwyt obrotowy, 5 - zgrzewane przedmioty, 6 - uchwyt stały przesuwny,

7 - mechanizm dociskowy

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: