Berzes metināšana

Berzes metināšana ir spiediena metināšanas metode, kas izmanto savstarpējās berzes radīto siltumu metinājuma kontaktu gala virsmu relatīvās kustības laikā, lai panāktu drošu materiālu savienojumu. Metināšanas process ietver spiediena pielietošanu, izraisot berzi starp metināmajiem materiāliem, izraisot temperatūras paaugstināšanos saskarnē un tuvējās vietās, galu galā sasniedzot termoplastisku stāvokli. Sajaukšanas spēka ietekmē saskarnes oksīda plēve tiek saplīsusi, un materiāls tiek plastiski deformēts un plūst, veidojot savienojumus saskarnes elementu difūzijas un pārkristalizācijas metalurģisko reakciju rezultātā. Svarīgi, ka šim metināšanas procesam nav nepieciešams pildmetāls, plūsma vai aizsarggāze, un visu procedūru var pabeigt tikai dažu sekunžu laikā.

Augstspiediena izraisītā relatīvā berze starp divu metināto komponentu virsmām lielā ātrumā rada divus efektus:

• Tas novērš oksīda plēvi vai citus piesārņojuma slāņus uz savienojuma virsmas, atklājot tīru metālu.
• Tas rada siltumu un ātri veido termoplastisku slāni uz savienojuma virsmas. Zem sekojošā berzes griezes momenta un aksiālā spiediena šie sadalītie oksīdi un daļa no plastmasas slāņa tiek izspiesti no savienojuma virsmas, veidojot uzliesmojumu, un atlikušais plastiski deformētais metāls veido metināto metālu. Galīgā izjaukšana ļauj tālāk kalt metināto metālu, kā rezultātā tiek iegūts labas kvalitātes metinātais savienojums.

No metināšanas procesa var redzēt, ka berzes metināšanas savienojums veidojas zem metināmā metāla kušanas temperatūras, tāpēc berzes metināšana ir cietvielu metināšanas metode.

Berzes metināšanu var iedalīt dažādos veidos, pamatojoties uz metināto komponentu atšķirīgajiem kustības režīmiem.

• Metināšana griežas ap asi, un to var iedalīt tiešās piedziņas berzes metināšanā un inerciālajā berzes metināšanā
• Metināšana nekustas, un to var iedalīt radiālajā berzes metināšanā un berzes maisīšanas metināšanā
• Citas kustības, un tās var iedalīt berzes virsmās, lineārajā berzes metināšanā un orbitālajā berzes metināšanā

Berzes metināšana ar tiešo piedziņu

Šis ir izplatīts berzes metināšanas veids. Metināšanas procesā apstrādājamo priekšmetu nepārtraukti darbina vārpstas motors un tas griežas ar nemainīgu ātrumu. Kamēr tiek sasniegts noteiktais berzes laiks vai berzes deformācija, apstrādājamā detaļa nekavējoties pārtrauc griešanos un tiek apgriezta metināšanai.

Inerces berzes metināšana

Apstrādājamā priekšmeta rotējošais gals ir iespīlēts spararatā. Metināšanas procesa sākumā spararatu un sagataves rotējošo galu vispirms paātrina līdz noteiktam ātrumam, un pēc tam spararats tiek atvienots no galvenā motora. Tajā pašā laikā sagataves kustīgais gals virzās uz priekšu, un pēc sagataves saskares sākas berzes sildīšana. Berzes metināšanas karsēšanas procesā spararatu bremzē berzes griezes moments, un tā rotācijas ātrums pakāpeniski samazinās. Kad rotācijas ātrums sasniedz nulli, metināšanas process beidzas.

Radiālā berzes metināšana

Divu cauruļu gala virsmām ar pretējām slīpām malām ir piestiprināts slīps gredzens. Berzes metināšanas procesā gredzens griežas, un abiem caurules galiem tiek iedarbināta radiālā berze. Beidzoties berzes fāzei, gredzena griešanās tiek apturēta un tiek piemērots izjaukšanas spiediens.

Berzes maisīšanas metināšana

Berzes maisīšanas metināšanas darbības princips ir šāds: noteiktas formas rotējošs FSW instruments, kas izgatavots no augstas temperatūras izturīga cieta materiāla, tiek pagriezts dziļi malā, kur ir savienoti divi metināmie materiāli, un tiek noregulēta maisīšanas galviņa un pagriezts.Liels berzes siltuma daudzums rodas abu metinājumu savienojuma malās, kā rezultātā savienojuma vietā veidojas metāla plastmasas mīkstināšanas zona. Šī plastmasas mīkstināšanas zona tiek maisīta un saspiesta, iedarbojoties ar maisīšanas galviņu.Kad tapas rīks griežas, tas plūst atpakaļ gar metinājuma šuvi, veidojot plastmasas metāla plūsmu, un tiek izspiests dzesēšanas procesa laikā pēc maisīšanas galviņas aiziešanas, veidojot cietas fāzes metināto savienojumu.

Berzes segums

Berzes pārklājums ir cietvielu metināšanas metode, kurā pārklājums vai materiāla slānis tiek uzklāts uz pamatnes, izmantojot siltumu un spiedienu, kas rodas berzes rezultātā. Šis process tiek izmantots, lai uzlabotu materiāla virsmas īpašības vai izveidotu aizsargslāni ar vēlamām īpašībām. Parasti tas ietver rotējoša patērējama stieņa vai stieples izmantošanu, kas saskaras ar substrāta materiālu, radot ievērojamu berzes siltumu.

Lineārā berzes metināšana

Viena no divām sagatavēm, kas paredzēta metināšanai, paliek nekustīga, bet otra kustas abpusēji noteiktā ātrumā, vai arī abas sagataves virzās atpakaļ viena pret otru. Pielietojot spiedienu, berze saskarnē starp abām sagatavēm rada siltumu, tādējādi atvieglojot metināšanas procesu.

Lineārā berzes metināšana

Viena no divām sagatavēm, kas paredzēta metināšanai, paliek nekustīga, bet otra kustas abpusēji noteiktā ātrumā, vai arī abas sagataves virzās atpakaļ viena pret otru. Pielietojot spiedienu, berze saskarnē starp abām sagatavēm rada siltumu, tādējādi atvieglojot metināšanas procesu.

Orbitālā berzes metināšana

Orbitālā berzes metināšana ir jaunizstrādāta metināšanas metode, ko galvenokārt izmanto neapaļa šķērsgriezuma sagatavju metināšanai

Lineārās orbītas berzes metināšanā apstrādājamā detaļa seko noteiktai lineārai orbītai ar noteiktu amplitūdu un frekvenci. Tas nodrošina, ka vibrācijas ātrums sasniedz nepieciešamo vērtību, ļaujot metināšanas virsmai pakļauties atkārtotai un relatīvai vibrācijai un berzei.

Katra sagataves daļiņa apļveida orbītas berzes metināšanā pārvietojas attiecībā pret metināšanas virsmu pa apļveida orbītu ar nemainīgu rādiusu un rotācijas ātrumu. Kad savienojums sasniedz metināšanas temperatūru, sagataves berzes kustība beidzas un sākas metināšanas process.

Rezumējot, visā berzes metināšanas procesā metināšanai paredzētā metāla virsma tiek pakļauta berzes karsēšanas progresēšanai no zemas uz augstu temperatūru. Tas piedzīvo nepārtrauktas transformācijas, kas ietver plastisko deformāciju, mehānisko izrakšanu, adhēziju un molekulāro savienojumu. Tā rezultātā veidojas ātrgaitas berzes plastiskas deformācijas slānis, kurā koncentrējas siltuma rašanās, deformācijas un difūzijas parādības berzes metināšanas laikā. Stāvēšanas un sajukuma metināšanas procesā deformētais slānis uz berzes virsmas un metāls augstas temperatūras zonā tiek daļēji saspiests un izspiests. Pēc tam metinātais metāls tiek kalts, kā rezultātā tiek izveidots augstas kvalitātes metinātais savienojums.

• Īss metināšanas būvniecības laiks un augsta ražošanas efektivitāte
• Metināšanas termiskā cikla izraisītā metināšanas deformācija ir maza, pēcmetināšanas izmēru precizitāte ir augsta, un nav nepieciešama pēcmetināšanas deformācijas korekcija un spriedzes samazināšana.
• Augsta mehanizācijas un automatizācijas pakāpe, stabila metināšanas kvalitāte. Ja ir doti metināšanas apstākļi, darbība ir vienkārša un neprasa īpašu metināšanas tehniķu palīdzību.
• Piemērots dažādu atšķirīgu materiālu metināšanai. Tas var metināt alumīnija-tēraudu, alumīnija-varu, titānu-varu, intermetālisku tēraudu utt., ko nevar metināt ar parasto kausēšanu.
• Var panākt tāda paša diametra vai dažāda diametra stieņu un cauruļu metināšanu
• Metināšanas laikā nerodas dūmi, loka gaisma, kaitīgas gāzes utt., netiek piesārņota vide. Tajā pašā laikā, salīdzinot ar zibspuldzes metināšanu, elektriskā enerģija tiek ietaupīta 5-10 reizes.

Tomēr berzes metināšanai ir arī šādi trūkumi un ierobežojumi:

• Ir grūti metināt neapaļus šķērsgriezumus, un tam ir nepieciešams sarežģīts aprīkojums; ir arī grūti metināt diskveida plānās detaļas un plānsienu cauruļu veidgabalus, jo tos ir grūti saspiest.
• Ir grūti panākt berzes metināšanu komponentiem, kuru forma un montāžas pozīcija ir noteikta.
• Savienojumi ir pakļauti mirgošanai, un tie ir jāapstrādā pēc metināšanas.
• Skavas daļa ir pakļauta skrāpējumiem vai iespīlēšanas pēdām

Berzes metināšana, ko raksturo tā augstā kvalitāte, efektivitāte, enerģijas taupīšana un videi draudzīgums, pakāpeniski tiek plaši izmantota gan jaunajās, gan tradicionālajās rūpniecības nozarēs. Tie ietver aviāciju, kosmisko aviāciju, kodolenerģiju, ieročus, automobiļu rūpniecību, elektroenerģijas ražošanu, okeānu attīstību un mašīnu ražošanu.

Aviācija: gaisa kuģu dzinēji, iekšdedzes dzinēju kloķvārpstas daļas

Automobiļu ražošana: riteņi, stieņi, izplūdes vārsti, rotori