Reibschweißen: Betrieb, Maschinen und Anwendungen
Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie mehr über: - 1. Einführung in das Reibschweißen 2. Theoretische Überlegungen zum Reibschweißen 3. Prozessmerkmale 4. Maschinen und Anlagen 5. Variablen 6. Schweißeigenschaften 7. Konstruktion von Fugen 8. Anwendungen.
Einführung in das Reibschweißen:
Beim Reibschweißen wird ein Stück gedreht, und das andere wird unter einer axialen Belastung gegen es reiben, was zu einer erhöhten Reibung, Wärmeerzeugung und Verbindung führt, wenn die Teile unter anhaltender oder erhöhter axialer Belastung zur Ruhe gebracht werden, wie in Fig. 13.1 dargestellt. Dieses Verfahren wird seit 1945 für das Verbinden von thermoplastischen Kunststoffen verwendet. Die erste erfolgreiche Anwendung zum Schweißen von Metallen wurde 1956 aus Russland gemeldet.
Abb. 13.1 Reihenfolge des Reibschweißvorgangs
Beim Reibschweißen ist kein Füllmetall, Flussmittel oder Schutzgas erforderlich, und die Verbindung sieht im Aussehen denjenigen ähnlich aus, die durch das elektrische Widerstandsstoßschweißen des Flash- und Stauchschweißens erzeugt werden.
Normalerweise werden zylindrische Teile wie Stangen und Rohre durch dieses Verfahren geschweißt, aber ihre Anwendung kann auf Situationen ausgedehnt werden, in denen eine der Komponenten symmetrisch ist und bequem gedreht werden kann. Verschiedene Modi des Prozesses, wie er derzeit verwendet wird, sind in Abb. 13.2 dargestellt.
Methode A ist die einfachste und gilt für die meisten Stähle im Temperaturbereich von 900 - 1300 ° C. Das Verfahren B wird verwendet, wenn zum Schweißen von Werkstücken mit kleinem Durchmesser hohe Relativgeschwindigkeiten erforderlich sind. Das Verfahren C wird für Doppelschweißungen zwischen zwei langen, schwer drehbaren Werkstücken verwendet. Das Verfahren F zeigt das sogenannte radiale Schweißen, bei dem die aufgebrachte Kraft senkrecht zur Drehachse liegt.
Der Außenring oder die Hülse wird beim Erwärmen zusammengedrückt und die Rohrwand wird von einem sich nach innen ausdehnenden Dorn gehalten, der das Eindringen von aufgestauchtem Metall in die Bohrung des Rohrs verhindert. Dieses Verfahren kann auch zum Schweißen von Manschetten an Vollwellen verwendet werden.
Das Verfahren H kann zum Verschweißen von zylindrischen Bauteilen mit Platten verwendet werden, beispielsweise einer Stange mit einer Grundplatte. Methode G zeigt das Reibschweißen von nicht kreisförmigen Bauteilen; In einem solchen Fall werden die Teile nach Beendigung der Bewegung schnell ausgerichtet, so dass das Fügen erfolgt, wenn sich die beiden Kanten noch im plastischen Zustand befinden.
Theoretische Überlegungen zum Reibschweißen:
Chudikov und Vill aus Russland sind der erfolgreichen Anwendung des Reibschweißens auf Metallen zu verdanken. Die grundsätzliche Betrachtung des Verfahrens basiert natürlich auf dem bekannten Gesetz, dass die Reibungskraft F proportional zu der angelegten Normallast L ist.
Somit,
F = µL ……… (13.1)
Dabei ist µ der Reibungskoeffizient, der mit zunehmender Belastung zunimmt und auch von der Geschwindigkeit abhängt. Nach Vill kann die Reibungskraft durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
F - αA + βL… (13.2)
wobei A die Kontaktfläche ist und α und β Konstanten sind. Für hohe Druckwerte ist der erste Term sehr klein und somit ist F = βL, wobei β nahezu gleich µ ist, so dass das Reibungsgrundgesetz gilt.
Vom Beginn des Vorgangs bis zum Abschluss der Schweißung nach dem Anlegen der Bremsen variiert die Reibungskraft. Um die Auswirkungen auf die verschiedenen Prozessphasen zu untersuchen, ist es zweckmäßig, die in Abb. 13.3 dargestellte Zeit-Drehmoment-Beziehung zu analysieren. Die anfängliche Spitze in der Drehmomentkurve ist auf trockene Reibung zurückzuführen, folgt jedoch bald darauf die zweite Phase des Prozesses, in der das Festfressen und Reißen an den hohen Punkten des Kontakts stattfindet.
Die Durchschnittstemperatur während der zweiten Phase beträgt nur 100 - 200 ° C. Der schnelle Anstieg und die Schwankungen der Kurve sind auf die Änderung der Rand- oder Grenzschichtreibung mit µ zurückzuführen. = 0, 1 bis 0, 2 bis reine Reibung mit µ> 0, 3.
Das Anziehdrehmoment an den US-Punkten kann an diesen Berührungspunkten auftreten und schließlich kann geschmolzenes Metall als Schmiermittel wirken, und die Durchschnittstemperatur der Grenzfläche kann auf 900 - 1100 ° C steigen.
In den ersten beiden Stufen (T 1 + T 2 ) wird nur 13% der gesamten Wärme erzeugt, während der Rest in der dritten Stufe (T 3 ) erzeugt wird. Eine erhöhte Geschwindigkeit anstelle einer Verkürzung der Dauer des Prozesses erhöht diese, wie aus Abb. 13.4 ersichtlich ist. Dies liegt daran, dass eine erhöhte Geschwindigkeit zu einer verringerten Heizintensität führt.
Die pro Flächeneinheit der Passflächen erzeugte Wärmeenergie ergibt sich aus dem folgenden Ausdruck:
H ≈2 PK / nR 10 2 Watt / mm 2 ……………… (13.3)
woher,
H = erzeugte Wärme, Watt / mm 2
P = angelegter Druck, N / mm 2
R = Arbeitsradius, mm
n = rpm
K = eine Konstante = 8 × 10 7 mm 2 / min 2 für kohlenstoffarmen Stahl.
Die zweite Stufe kann fast 30 - 70% der Gesamtzeit abdecken; Diese Phase ist jedoch nicht produktiv, daher soll die Zeitspanne verkürzt werden, um die Produktivität zu steigern. Dies geschieht in der Regel durch Erhöhen des Spanndrucks auf ein maximal mögliches Maximum.
Es wird berichtet, dass die benötigte Leistung proportional zum axialen Druck ist, und die Dauer der dritten Stufe ist umgekehrt proportional zum axialen Druck. Für optimale Ergebnisse sollte die axiale Last daher in der Anfangsphase niedrig gehalten werden und allmählich erhöht werden oder kann in zwei Stufen aufgebracht werden.
Die erreichte Maximaltemperatur wird durch die aufgebrachte axiale Belastung gesteuert, da das Metall unter einer bestimmten Festigkeit unter einer bestimmten Belastung herausgedrückt wird. Wenn die Viskosität oder Festigkeit des Kunststoffmetalls niedrig ist, wird das Metall durch die Zentrifugalkraft unter einer geringen axialen Belastung weggeschleudert, beispielsweise beim Schweißen von Kupfer.
Beim Reibschweißen unterschiedlicher Metallkombinationen wie Edelstahl mit Kohlenstoffstahl kann sich die Ebene der maximalen Temperatur von der Grenzfläche wegbewegen; mit hoher Geschwindigkeit bewegt es sich in den Edelstahl, so dass die Hälfte des Blitzes bimetallisch ist. In diesem Fall liefert das Verringern der Drehzahl das gewünschte Ergebnis, und bei einer bestimmten Geschwindigkeit wird die Grenzfläche wieder die Ebene der maximalen Temperatur und somit die Ebene der maximalen Scherverformungsrate.
Der angewendete Druck ist vielleicht der wichtigste Einzelfaktor, da er die Temperatur steuert und das erforderliche Drehmoment bestimmt. Die Wärmezufuhrrate ist proportional zum Produkt aus Drehmoment und Drehzahl. Die Drehzahl muss so sein, dass eine bestimmte Mindest- oder Schwellenleistung überschritten wird. Wenn die Leistung über der Schwelle liegt, ist der Prozess selbstregelnd.
Wenn zu viel Energie angelegt wird, nimmt die Breite der Metallzone mit Scherung zu. Wenn die angelegte Leistung knapp über dem Schwellenwert liegt, dauert es lange, bis die erforderliche Temperatur erreicht ist und die Wärmeeinflusszone groß ist. Die wichtigste Variable ist der während der Rotation angewendete Einheitsdruck. Die empfohlenen Werte für einige der Metalle sind in Tabelle 13.1 angegeben.
Die Gleitgeschwindigkeit variiert von Null in der Mitte des Werkstücks bis zu einem Maximum an der Umfangsfläche, und der Radius bei ⅔rd dem Durchmesser des Werkstücks wird für die Berechnungen verwendet. Längere Erwärmungszeiten führen zu mehr Material für das Schmieden. Für optimale Ergebnisse sollte ausreichend erhitztes Material zum Schmieden verfügbar sein, wenn die Rotation angehalten wird. Ein zu hoher Anfangsdruck führt zu einem übermäßigen Zusammendrücken des erwärmten Metalls, wobei nur relativ kaltes Metall geschmiedet wird, wenn der Schmiededruck angewendet wird.
Prozessmerkmale des Reibschweißens:
Eines der beiden Werkstücke wird während des gesamten Betriebs mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, außer wenn die Bremsen in der Endphase betätigt werden. Das Verfahren wird daher oft als kontinuierliches Reibschweißen bezeichnet.
Die Werkstücke reiben für eine vorbestimmte Aufheizzeit oder bis eine voreingestellte axiale Verkürzung unter Druck zusammenwirkt. Der Antrieb wird dann außer Eingriff gebracht und die Arbeitsdrehung wird durch Bremsen angehalten. Der axiale Druck wird aufrechterhalten oder erhöht, um das Metall zu schmieden, bis die Schweißnaht abkühlt. Abb. 13.5 zeigt, wie sich die Prozessparameter während des Schweißens ändern, wenn die Kraft am Ende zum Schmieden der Verbindung erhöht wird. Schweißnähte aus unlegiertem Stahl können hergestellt werden, indem lediglich der Druck konstant gehalten wird.
Mit der Abnahme der Geschwindigkeit nimmt die Dicke des sehr heißen plastifizierten Bandes zu und das Drehmoment fällt auf null, wenn die Rotation stoppt.
Der Verbindungsmechanismus beim Reibschweißen von unterschiedlichen Metallen ist komplexer. Aufgrund des mechanischen Mischens und der Diffusion tritt möglicherweise einiges Legieren in einem sehr engen Band an der Grenzfläche auf. Die Eigenschaften dieses schmalen Bandes können die Gesamtleistung des Gelenks erheblich beeinflussen. Mechanisches Mischen und Verriegeln kann auch beim Verkleben helfen. Aufgrund dieser Komplexität ist die Vorhersage der Schweißbarkeit unähnlicher Metalle sehr schwierig und muss für eine bestimmte Anwendung durch eine Reihe von Tests festgelegt werden, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden.
Für Reibschweißen erforderliche Maschinen und Geräte:
Die Hauptkomponenten einer Reibschweißmaschine, wie in Abb. 13.6 gezeigt.
Umfassen:
1. angetriebener Kopf
2. Spannvorrichtungen
3. Rotations- und Stauchmechanismen
4. Kontrollen
5. Bremsmechanismus.
Eines der zu schweißenden Werkstücke wird fest in einem selbstzentrierenden Kopf gehalten und das andere wird in einem Zentrierfutter gehalten, das auf einer drehbaren Spindel montiert ist, die von einem Motor üblicherweise über einen Antrieb mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wird.
Drehfutter müssen gut ausbalanciert sein, eine hohe Festigkeit haben und eine gute Greifkraft bieten. Spannzangen erfüllen diese Anforderungen gut und werden daher am häufigsten eingesetzt.
Der Greifmechanismus der Spannfutter muss steif sein und dem angewendeten Druck standhalten. Für maximale Spannsicherheit werden geriffelte Greifbacken empfohlen.
Versuche, eine Drehmaschine für das Reibschweißen zu verwenden, waren nicht sehr erfolgreich, da sie der Starrheit der Struktur und dem effizienten Greifen fehlten. Eine Drehmaschine ist nicht für die Dauerhaftigkeit des Reibschweißens ausgelegt und auch nicht für ein schnelles Lösen des Prozesses vorgesehen. Um das Bremsproblem zu lösen, ist in den rotierenden Teilen ein niedriges Trägheitsmoment erforderlich.
Reibungsschweißmaschinen sind erforderlich, um drei Variablen, nämlich Axialschub, Rotationsgeschwindigkeit und Stauchungsgrad, genau zu steuern. Stähle aus unlegiertem Kohlenstoff und niedriglegierten Stählen erfordern einen Schmiededruck von 15 - 30 N / mm 2, während Wolframstähle einen Druck erfordern Bereich von 225 - 400 N / mm 2 . Diese letzteren Werte sind vergleichbar mit dem beim Stumpfstoßschweißen verwendeten Druck. Wenn festgestellt wird, dass die Druckbeaufschlagung durch ein Hydrauliksystem niedrig ist, wird es durch ein pneumatisches System ersetzt.
Die Schweißdauer an einem Stab mit 25 mm Durchmesser sollte zwischen 5 und 7 Sekunden liegen. Dies kann durch eine Oberflächengeschwindigkeit von 75 - 600 m / min erreicht werden, was etwa 1000 U / min entspricht. Höhere Geschwindigkeiten können eine bessere Schlagfestigkeit ergeben und sind daher für Hohlprofile und Legierungen mit hoher Warmfestigkeit wünschenswert.
Die Steuerung des Schweißvorgangs kann nach Zeit oder Ausmaß der Störung erfolgen. Das letztere Verfahren wird durch Endschalter angewendet, die so angeordnet sind, dass sie den Druck erhöhen, um eine Störung zu verursachen, nachdem ein gewisses Maß an Verkürzung aufgetreten ist. Lange Zeiten neigen dazu, dass sich die Wärme in Bereiche hinter der Grenzfläche ausbreitet, was zu schweren Störungen führt, deren Beseitigung nach dem Ende des Vorgangs kostspielig ist. Die Genauigkeit der Störung wird innerhalb von 0, 1 mm erwartet.
Kontrollen nach Zeitablauf sind für Fälle zufriedenstellend, in denen ein konstanter Oberflächenzustand nicht gewährleistet werden kann und Schweißnähte von untergeordneter Bedeutung sind. Wenn eine Zeitsteuerung verwendet wird, sind hohe Drehzahlen bevorzugt.
Die Geschwindigkeit für Weichstahl wird auf der Basis des Rohstoffdurchmessers ausgewählt und durch den Ausdruck angegeben:
Nd = (1, 2 bis 6, 0) 10 4 ……. (13.4)
Dabei ist n die Drehzahl und d ist der Schaftdurchmesser in mm.
Die kleineren Werte der Konstante beziehen sich auf das Schweißen mit hohen Inputraten, und in solchen Fällen sollte die Obergrenze für kohlenstoffarme Stähle 2, 5 x 10 4 betragen .
Ein typischer Schnitt einer Reibungsschweißung zwischen Vollstäben mit Stauchung ist in Abb. 13.7 dargestellt. Das maximale Ausmaß der Störung wird als scheinbare Störung bezeichnet, während der größte Schweißdurchmesser das Ausmaß der realen Störung bestimmt.
In Bezug auf die obige Abbildung können diese Werte durch die folgenden Beziehungen ausgedrückt werden:
Ein schnelles Abbremsen ist vorgesehen, um die Rotation nach Ablauf der festgelegten Erwärmungszeit oder nach einer festgelegten axialen Verkürzung des Schweißgutes schnell zu stoppen. Dies ermöglicht die gewünschte Steuerung der gesamten Schweißnahtlänge und erweitert den akzeptablen Bereich der Schweißvariablen für kritische Anwendungen. Bei kleinen Durchmessern, bei denen die Geschwindigkeit hoch ist, ist ein sehr schnelles Bremsen erforderlich, was durch elektrische Kupplungen, Motorbremsen oder Reibungsbremsen erreicht werden kann. Es kann auch eine Anordnung getroffen werden, um die ursprünglich stationäre Probe gegen Ende des Erwärmungszyklus freizugeben.
Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Maschinen:
(i) Maschinen mit geringer Leistung mit Nennleistungen in der Größenordnung von 12 W / mm 2 und
(ii) Hochleistungsmaschinen mit 35 bis 115 W / mm 2 des geschweißten Materials.
Wenn ein ausreichender Druck zur Verfügung steht, kann die Kapazität einer Maschine mit einer Fasenmethode erhöht werden, wie in Abb. 13.8 dargestellt.
Problem:
Die Nennleistung einer Maschine zum Reibschweißen eines hochfesten Stahls (0, 2% C, 1% Cr, 0, 4% Ni) mit einer Schmiedetemperatur von 900 ° C und einer Festigkeit bei dieser Temperatur von 125 N / mm 2 ermitteln . Bei einer Drehzahl von 3000 U / min ist ein Stauch von 2, 8 mm in Material mit 10 mm Durchmesser zulässig. Es sei angenommen, dass der Reibungskoeffizient µ = 1 ist und dass die Scherfestigkeit des Materials bei kontinuierlicher Scherung der Druckfestigkeit entspricht und dass das Drehmoment bei ⅔rd dem Radius des Werkstücks wirkt.
Lösung:
Variablen des Reibschweißens :
Drei Hauptvariablen beim kontinuierlichen Antriebsreibschweißen sind:
(i) Rotationsgeschwindigkeit
(ii) axialer Druck und
(iii) Heizzeit
(i) Rotationsgeschwindigkeit:
Die Drehgeschwindigkeit liefert die notwendige Relativgeschwindigkeit an den Stoßflächen. Seine Größe hängt von dem zu schweißenden Metall ab. Bei Stählen sollte die Tangentialgeschwindigkeit sowohl für feste als auch für blecherne Werkstücke im Bereich von 75 - 110 m / min liegen. Tangentiale s ds von weniger als 75 min führen zu übermäßigem Drehmoment mit Folgeklemmproblemen, ungleichmäßigem Stauchen und Reißen von Metall an der Verbindung. Reibschweißmaschinen für Produktionszwecke, die Werkstücke mit einem Durchmesser von 50 bis 100 mm bearbeiten, arbeiten üblicherweise mit Geschwindigkeiten zwischen 90 und 200 m / min.
Hohe Rotationsgeschwindigkeiten sind für das Schweißen nützlich, jedoch müssen der axiale Druck und die Erwärmungszeit sorgfältig kontrolliert werden, um ein Überhitzen der Schweißzone zu vermeiden, insbesondere beim Schweißen von Abschreckstählen, um die Abkühlgeschwindigkeit und mögliche Rissbildung zu steuern.
Bei unterschiedlichen Metallschweißnähten können niedrige Rotationsgeschwindigkeiten die Bildung spröder intermetallischer Verbindungen minimieren; Im Allgemeinen wird die Drehzahl zur Kontrolle der Schweißnahtqualität jedoch nicht als kritischer Parameter betrachtet.
(ii) axialer Druck:
Der angewendete axiale Druck steuert den Temperaturgradienten in der Schweißzone, die für die Maschine erforderliche Leistung und die axiale Verkürzung des Werkstücks. Der spezifische Druck hängt von dem zu schweißenden Metall und der Verbindungskonfiguration ab. Es kann verwendet werden, um den Wärmeverlust eines großen Körpers wie bei Rohr-zu-Rohrplatten-Schweißnähten auszugleichen.
Der angewendete Druck muss während der Aufheizphase hoch genug sein, um die Passflächen in engem Kontakt zu halten, um eine Oxidation zu vermeiden. Die Verbindungseigenschaften können oft verbessert werden, wenn der aufgebrachte Druck am Ende der Aufheizphase erhöht wird.
Zur Herstellung von Schweißnähten in Normalstahl beträgt der verwendete Heizdruck normalerweise 30 bis 60 N / mm 2, während der Schmiededruck im Bereich von 75 bis 150 N / mm 2 liegen kann und die üblicherweise verwendeten Werte 55 bis 135 N / mm sind 2 Es sind jedoch höhere Schmiededrücke für hochhitzefeste Legierungen wie rostfreie Stähle und Legierungen auf Nickelbasis erforderlich. Wenn ein Vorwärmeeffekt erforderlich ist, wird zunächst für kurze Zeit ein axialer Druck von 20 N / mm 2 aufgebracht, der dann auf den normalen Heizdruck angehoben wird.
(iii) Heizzeit:
Die Erwärmungszeit wird in Abhängigkeit davon gesteuert, ob eine festgelegte vorgegebene Zeit für die Ausheilung zulässig ist oder ob das Ausmaß der axialen Störung innerhalb der angegebenen Grenzen liegen soll.
Übermäßige Zeitbegrenzung begrenzt die Produktivität und führt zu Materialverschwendung; Eine unzureichende Zeit kann zu ungleichmäßiger Erwärmung sowie eingeschlossenen Oxid- und ungebundenen Bereichen an der Grenzfläche führen. Die Schweißdauer für einen Stab mit 25 mm Durchmesser sollte bei einer Drehzahl von 1000 U / min 5 bis 7 Sekunden betragen.
Schweißeigenschaften des Reibschweißens:
Ein attraktives Merkmal des Reibschweißens ist die metallurgische Qualität der Schweißnähte. Die Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung erzeugt eine nahezu vernachlässigbare Wärmeeinflusszone. Aufgrund der guten Temperaturkontrolle und weil das Kunststoffmetall während der Aufheizphase einer Warmumformung und während der Schmiedephase einer Kaltumformung unterzogen wird, führt dies zu einer Schweißnaht mit extrem feiner Kornstruktur.
Metallurgische Untersuchungen zeigen keine Anzeichen von Schmelzen, da die gemessenen Temperaturen für Stähle üblicherweise im Bereich von 1260 bis 1330 ° C liegen. Die Schnelligkeit des Reibschweißens führt jedoch zu hohen Abkühlraten, was zu einer höheren Härte der Schweißzone führt. Reibschweißnähte in harten Baustählen müssen daher meistens nach dem Schweißen geglüht werden.
Oftmals wird das Reibschweißen zum Verbinden unterschiedlicher Metalle eingesetzt, um die Verwendung teurer Legierungsstähle und Hochtemperaturlegierungen zu sparen. Es wurde gezeigt, dass Edelstahl 18/8 (Cr / Ni) aufgrund der Kohlenstoffdiffusion auf der Edelstahlseite von 200 bis 250 VHN ausgehärtet wird.
Bei einer Schweißnaht zwischen 18/8 Edelstahl und 20% Cr-Mo-Stahl wird die Härte von Cr-Mo-Stahl von 175 auf 405 VHN erhöht, kann jedoch durch Tempern auf 250 VHN reduziert werden. Die erhöhte Härte von Edelstahl bleibt jedoch vom Glühen unberührt.
Zufriedenstellende Schweißnähte zwischen Aluminium und Edelstahl können ohne Bildung einer spröden intermetallischen Verbindungsschicht hergestellt werden. Schweißnähte zwischen Aluminium und Weichstahl und Aluminium und Kupfer können jedoch zur Bildung von intermetallischen Verbindungen an der Grenzfläche führen, die im letzteren Fall durch Erhöhen des Schmiededrucks auf etwa 200 N / mm 2 verringert werden können.
Joint Design für Reibschweißen:
Das grundlegende Verbindungsdesign für das Reibschweißen ist das gleiche wie für das Schnellstoßschweißen, dh, es sollten möglichst Bereiche wie in Abb. 13.9 geschweißt werden. Die Schwierigkeit des Verschweißens zweier ungleicher Abschnitte ergibt sich aus unterschiedlichen Wärmesenken auf beiden Seiten der Verbindung, was zu ungleichmäßiger Erwärmung und Stauchung führt. Im Falle einer Verbindung zwischen einer Stange und einer Platte aus demselben Material sollte die Plattendicke ein Viertel des Stangendurchmessers betragen.
Abb. 13.9 Typische Verbindungsdesigns und einige industrielle Anwendungen Reibschweißen.
Es ist nicht möglich, zwei Vierkantstangen desselben Abschnitts miteinander stumpf zu verschweißen, da heißes Metall ausgesetzt wird und Oxidation auftritt. Eine große Sechskantstange kann jedoch auch mit einer kleineren Kreisstange verschweißt werden, da in diesem Fall kein heißes Metall freiliegt.
Für ein erfolgreiches Reibschweißen sollte der Außendurchmesser des Werkstücks den anderen nicht mehr als das 1, 33-fache überschreiten. Die Länge des Spannfutters sollte 20-25 mm betragen. Die eingespannte Länge des Bauteils sollte den Schweißdurchmesser nicht unterschreiten.
Wenn Banknoten oder Schläuche an Platten angeschweißt werden, stammt das meiste Material, das den Blitz bildet, von der Stange oder dem Schmiermittel. Dies liegt daran, dass in dem kleineren Abschnitt weniger Masse vorhanden ist und daher Wärme tief in das Innere eindringt.
Für konische Verbindungen sind die Flächen so abgeschrägt, dass sie einen Winkel von 45 ° bis 60 ° zur Drehachse haben. Größere Winkel sind für Metalle mit geringer Festigkeit bevorzugt, um den axialen Schub zu unterstützen, der zum Erzeugen eines ausreichenden Heizdrucks erforderlich ist.
Das Schweißen unterschiedlicher Metalle kann erleichtert werden, indem sichergestellt wird, dass beide Teile sich ähnlich verformen. Ein ähnlicher Grad der Verformung kann durch Vorwärmen der härteren Komponente durch Reibungserwärmung gegen eine Hilfsplatte erleichtert werden, die im geeigneten Moment entfernt wird. Gasbrenner oder Hochfrequenz-Induktionserwärmung können zu diesem Zweck ebenfalls eingesetzt werden. Noch eine andere Methode ist die Verwendung eines Kragens oder einer Halterung mit einer inneren Abschrägung, die um die weiche stationäre Komponente herum angeordnet ist, um sie aufzunehmen und in Richtung auf das härtere Material zu richten, wie in Fig. 13.10 gezeigt.
Das Reibschweißen von unterschiedlichen Metallen mit sehr unterschiedlichen mechanischen oder thermischen Eigenschaften kann dadurch erleichtert werden, dass eine größere Oberfläche für Metalle mit geringerer Festigkeit oder niedrigerer Wärmeleitfähigkeit vorhanden ist. Wenn der Blitz nicht bequem entfernt werden kann, kann ein Freiraum für eine oder beide Komponenten vorgesehen werden.
Anwendungen des Reibschweißens:
Reibschweißen wird häufig anstelle von Flash- oder Stauchschweißen für Anwendungen verwendet, bei denen eine der zu verbindenden Komponenten axialsymmetrisch ist. Gegenüber dem Schnellschweißen hat das Reibungsschweißen den Vorteil der Sauberkeit und der gleichmäßigen Belastung des Netzes. Es kann auch zusammen mit anderen Werkzeugmaschinen installiert werden und kann für eine hohe Produktionsrate leicht automatisiert werden.
Nahezu jedes Metall, das heißgeschmiedet werden kann und sich nicht für die Anwendung in trockenen Lagern eignet, kann reibverschweißt werden. Bei einigen Metallen kann jedoch eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich sein, um den Effekt der Abschreckhärtung an der Schweißnaht zu beseitigen. Leichtbearbeitungslegierungen lassen sich nur schwer reibschweißen, da sie aufgrund der Umverteilung der Einschlüsse häufig zu Schweißnähten mit Schwächungsebenen in der Schweißzone führen. Solche Schweißnähte zeigen oft niedrigere Werte für Festigkeit, Duktilität und Kerbzähigkeit.
Durch Reibschweißen können Vollmaterial mit einem Durchmesser von 5 mm bis 100 mm oder den entsprechenden Bereichen in Rohren und Rohren geschweißt werden. Aufgrund der Solid-State-Verbindung haben Reibungsnahtnähte eine hohe Qualität sowohl in ähnlichen als auch in unähnlichen Kombinationen.
Kohlenstoffstähle mit bis zu 1, 1% C können mit Ausnahme der Freischneidevariante leicht geschweißt werden. Ni-Cr-Stähle mit bis zu 18% Ni und 8% Cr und unähnliche Stähle können leicht geschweißt werden; Der Bereich kann das Schweißen von 18/8 Edelstahl mit 2 1 / 4 % Cr-Mo-Stahl umfassen.
Das Schweißen von Stahl ist aufgrund seiner geringeren Leitfähigkeit und seines größeren Kunststoffbereichs vergleichsweise viel einfacher als das Schweißen von NE-Metallen und deren Kombinationen.
Der größte Einzelanwender des Reibschweißens ist die Automobilindustrie für die Serienproduktion von Komponenten wie der Herstellung von Achsgehäusen für PKW und schwere Fahrzeuge; Das hergestellte Gelenk ist in Abb. 13.11 dargestellt. Eine weitere wichtige Anwendung ist die Herstellung von Spiralbohrern, bei denen Wolfram-Schnellarbeitsstahlenden mit Kohlenstoffstahlschäften verschweißt werden.
Eine der wichtigsten Anwendungen des Reibschweißens ist das Schweißen von Bolzen an Bleche beliebiger Dicke. Eine andere Anwendung des Verfahrens ist die Herstellung von Ventilen für Schiffsmotoren, die so hergestellten Ventile sind so gut oder besser als solche, die durch Schmieden hergestellt werden. Das Laufrad für den Turbolader eines Dieselmotors kann durch Reibschweißen einer Kohlenstoffstahlwelle an einen hitzebeständigen Feingussstahl hergestellt werden.
Die Endabdichtung von Rohren, wie in Abb. 13.12 gezeigt, kann auch durch Reibschweißen erreicht werden. Unähnliche geschweißte Kombinationen können das Verbinden von Edelstahl mit Zirkonium einschließen. Abb. 13.13 zeigt die Kantenvorbereitung zum Verbinden von Edelstahlrohr mit einem Zirkoniumstab. Für das erfolgreiche Verbinden unterschiedlicher Metallkombinationen ist es wichtig, hohe Drehzahlen (mehr als 3200 U / min) zu verwenden, um die Dicke der intermetallischen Zone auf ein Minimum zu reduzieren.
