Сварка трением — разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением или смещением деталей. Вращают одну (рис. 154, а) или обе детали, встав­ку между ними (рис. 154, б), остающуюся или удаляемую перед осадкой. При орбитальной сварке детали друг относительно друга движутся по орбите и по мере прогрева их оси совме­щаются G осью вращения. Колебательные перемещения одной или обеих деталей позволяют сваривать детали g существенно отличным от круга сечением. Поверхность трения может быть плоской, кони­ческой, цилиндрической или более сложной формы. Стержень к дета­ли о отверстием (рис. 154, д), меньшим его диаметра, приваривается

одновременно по плоской и цилиндрической поверхностям. Также возможно принудительное формирование соединения, при котором труба / (рис. 154, г) закреплена в невращающемся зажиме, а привари­ваемый к ней конец 2 со специально подготовленным торцом закреплен во вращающемся зажиме. Со стороны трубы располагается наружное формирующее устройство, состоящее из двух полуматриц 3, внутрен­няя полость которых имеет очертание необходимой вьюадки. В трубу вводится оправка 4, вращающаяся синхронно g соединительным кон-

Рнс. 154. Схема сварки трением со свободным (а, б) и
принудительным (в, г) формированием соединения, а
также при Т-образной сварке (д)

цом и предотвращающая пластическое течение металла в полость тру­бы. Интенсивно нагреваемая труба под действием уонлия Рс течет на­ружу по конусу соединительного конца и при росте Рс заполняет по­лость формирующего устройства. Наилучшее формирование высад­ки при последующей проковке достигается при а = 90—120°.

Детали сжимаются g постоянным (рие. 155, линия А) возрастаю­щим (Б и В) или снижающимся (Г) давлениями. Малое р0 (1—2 кгс/мм2) облегчает начало вращения крупных деталей, а большое рс в конце обеспечивает качественное формирование соединений при большой осадке. При начальном большом рс ускоряется нагрев, а при малом уменьшается деформация и потери материала.

Трением сваривают g постепенным преобразованием механической энергии в тепло (обычная сварка) или g накоплением ее в маховике машины н последующей отдачей полностью или частично (инерцион­ная) деталям.

При обычной сварке двигатель 1 (рис. 156, а) через еи - стему передач 2 вращает деталь 6 с зажимом 5 с постоянной и реже ре­гулируемой скоростью. Вторая деталь 7 с зажимом 8 прижата к дета­ли 6 механизмом осадки 9. Вращение прекращается торможением или отключением двигателя. Также возможно отключение системы от при­вода электромагнитной муфтой, остановкой двигателя, изменением направления тока в дву* его фазах и др.

Инерционная сварка начинается с разгона одного или нескольких маховиков 4 (рис. 156, б), соединенных с приводом череа электромагнитную муфту 3. При накоплении ■ маховиках определенной энергии муфта отклю­чается, детали сжимаются механизмом 9, и на­чинается интенсивное тепловыделение. Накоплен­ную энергию можно изменять за счет массы маховика и более точно — ограничением числа оборотов при медленном разгоне.

Инерционная сварка отличается от обычной большей скоростью введения энергии. При ней энергия маховика с деталью, пропорциональная моменту инерции и квадрату угловой скорости, рассеивается в стыке кратковременно при поджатии G одинаковым давлением (рис. 157). При обычной

сварке пик крутящего момента отмечается вначале, а при инерцион­ной с ограничением числа оборотов — в конце, когда он более поле­зен, в особенности, при проковке. Если число оборотов не ограни­чивать, то начинается глубинный износ, момент уменьшается и ка­чество соединений ухудшается.

Интенсивность тепловыделения при обоих способах зависит от «корости и расстояния нагреваемой части поверхности от оси враще­ния, а также от коэффициента трения.

Коэффициент трения обратно пропорционален квадрату скорости при обычной сварке и квадрату произведения числа оборотов на рас­стояние от оси вращения при инерционной сварке.

При повышении температуры коэффициент трения вначале растет, шается также прп понижении давления и утолщении окисных Пленок.

Начало нагрева характеризует­ся высоким коэффициентом трения (/ = 0,25) и пиком крутящего мо­мента (рис. 157). В этой стадии при нагреве до 100—120° С преоблада­ет сухое трение (/ = 0,1 - f - 0,12) и

о) е)

момент снижается. В дальнейшем образуются и разрушаются очаги схватывания, момент достигает максимума. При достижении требуемой Т = 900—1100° С момент и требуемая мощность снижаются. G по­вышением скорости вращения длительность первых двух стадий умень­шается, а третьей растет. При малых скоростях преобладает вырыва­ние, а при скоростях выше 3 м/с — полирование. Полирование облег­чает сварку. С увеличением скорости вращения от 1 до 7 м/с благода­ря полированию величина осадки уменьшается от 14 до 1 мм.

Основное тепловыделение идет за счет среза микровыступов, раз­рыва атомных связей и вырыва частиц поверхности. На деформацию выступов и выдавливание пластичного металла расходуется около 2—5% всей энергии.

При глубоком травлении заметно течение металла вблизи соеди­няемых поверхностей, резко усиливающееся к периферии (рис. 158, а).

При обычной сварке низкоуглеродистой стали усредненная уста­новившаяся температура близка к Т -*■ 1200°. С увеличением давле­ния она понижается (иногда до 900° С), а с уменьшением растет (иног­да до 1350°.Q. У алюминия температура сварки близка к 550е С, у ста­ли с титаном к 1200° С, т. е. температура зависит от прочности материа­ла и практически не зависит от скорости вращения.

Длительность нагрева определяется рв и п. С повышением v дли­тельность и требуемая мощность снижаются.

Правильно выбранный режим обеспечивает при инерционной свар­ке равномерный разогрев по длине де плен небольшой грат и отсутст­вие подреза в стыке (рис. 158, о). 2не штельное изменение скоростей, усилия сжатия и запасенной энергии не слишком резко влияют на ка­чество. При очень малом давлении и большой скорости (рис. 158, б), высоком давлении или малой скорости (рис. 158, г) неравномерность нагрева значительна, а грат отличается от нормы.

При обычной сварке низкое давление при нагреве снижает мощность привода, а высокое при осадке повышает качество. Обычно ра > 1— 8 кге/мм2 (в зависимости от материала). Оно уменьшается с 10 до 3 кге/мм2 при увеличении v от 400 до 1200 мм/с. Понижение ра у прут­ков диаметра d — 20 мм при п = 1000 об/мин с 4 до 1 кге/мм2 увели­чивает ta с 1,5 до 8 с.

Постоянное давление при обычной сварке применяют редко.

Минимальная величина укорочения при нагреве, зависящая от р, для прутков диаметром 20—40 и 60 мм равна 2—1 и 0,4 мм, а макси­мальная 3—2 и 1 мм соответственно.

В инструментальном производстве сваривают быстрорежущие ста­ли с углеродистыми. Последние для меньшей деформации и грата по­мещают с зазором 0,5—1 мм по диаметру в твердую матрицу. Конец матрицы имеет скос под углом 15—20° на глубине 4—5 мм для запол- нейия деформируемым металлом. Инструмент сваривают на мягких ре­жимах при низком давлении в стадии нагрева и на жестких при повы­шенном давлении (табл. 27). В обоих случаях применяется давление проковки, в 1,5—2 раза превышающее начальное.

Легированные закаливающиеся стали сваривают при узкой зоне нагрева и максимальной осадке с последующим отпуском или отжигом для снижения твердости соединений; грат удаляют после отжига.

При инерционной сварке резко уменьшается расход энергии, хотя удельная мощность значительно выше (23—174 Вт/мм2), чем при обыч­ной (12—47 Вт/мм2). Число оборотов изменяется от 1600 до 5200, дав­ление до 2—10 кгс/мм2, а при торможении за 0,2—0,5 с оно повышает­ся до давления 25 кгс/мм2.

При сварке стержня диаметром 25 мм из низкоуглеродистой стали число оборотов составляет 2000—3000, маховик имеет массу 36 кгс, усилие сжатия 5,6—8,4 кгс/мм2, длительность 0,6—0,8 с. Скосы тор­цов и предварительный нагрев током ускоряют процесс сварки и повы­шают равномерность нагрева.

Трением сваривают проволоку и стержни, стержни G листами, флан­цы с трубами и т. д. Ориентировочные режимы обычной сварки тре­нием приведены в табл. 28. Качество соединений контролируют по длительности нагрева, величине и усилию осадки и реже по темпера­туре.

Машина для сварки трением обычно имеет перемещающиеся линей­но зажим с механизмом сжатия, вращающийся зажим со шпинделем, размещенным в передней бабке, и механизм привода, который в зави­симости от способа передачи энергии может иметь двигатель, двига­тель с передающим звеном и муфтой или двигатель с маховиками и муфтами (см. рис. 156).

Схема с раздельным механизмом привода и сжатия обычно приме­няется для сварки коротких деталей (например, инструмента на полу­автомате МФ-327^

Машины типа МСТ (рис. 159) конструктивно и геометрически по­добны, различаясь только параметрами. Они предназначены для свар­ки сплошных круглых деталей диаметром 10—25; 16—36; 22—50; 32—70 мм, труб диаметром до 32, 39, 52 и 75 мм и дисковых деталей диа­метром до ПО, 150, 180 и 320 мм соответственно машинами МСТ-23,

МСТ-35-5, МСТ-41-ЗМ и МСТ-51. Усилие при нагреве в 2 раза меньше максимального, которое рассчитывается исходя из р =* = 10 кгс/мм2.