Фрикционното заваряване може да изглежда сложно, когато съединението се повреди след дълга настройка. Частите може да се нагреят неравномерно, машината може да отстрани твърде много материал или завършената заварка може да покаже лошо подравняване. Открих, че много проблеми идват от три области: подготовка на повърхността, настройки на процеса и проверка. Една проста рутина може да направи работата по-лесна и по-повтаряема. Съвет 1: Подгответе частите, преди да стигнат до машината Заваряването чрез триене зависи от чистите контактни повърхности. Масло, силна ръжда, боя и разхлабен котлен камък могат да засегнат фугата. Те могат също да създадат дим или нежелани частици по време на цикъла. Започвам с проверка на тези точки: - Двата материала съответстват на одобрения работен план. - Контактните повърхности са чисти и без разхлабени остатъци. - Диаметрите или заваръчните зони са в допустимия толеранс. - Частите не са огънати или силно повредени. - Областта на затягане е достатъчно здрава, за да държи здраво всяка част. Малка промяна на повърхността може да е приемлива за някои приложения, но настройките на машината трябва да съответстват на действителното състояние на частта. Не винаги е необходима полирана повърхност. Чистата, стабилна и правилно оразмерена повърхност е по-полезна от допълнителната довършителна работа, която не поддържа процеса. Често срещан пример за магазин е стоманен вал, свързан към втори вал. Ако единият край има грапавина, двете части може да не стоят плоски. Машината все още може да работи, но крайната фуга може да има неравномерно светване и лошо подравняване. Отстраняването на ръба и проверката на лицето преди заваряване може да предотврати този резултат. Съвет 2: Контролирайте скоростта, налягането и изгарянето Основните променливи за заваряване чрез триене работят заедно. Скоростта на въртене създава топлина. Налягането чрез триене контролира контакта по време на етапа на нагряване. Ковачното налягане избутва нагретите материали заедно. Burn-off показва колко материал е изразходван. Избягвам да променям няколко настройки едновременно. Когато дадена заварка се нуждае от настройка, записвам текущите стойности, променям една настройка и преглеждам резултата. Това прави причината по-лесна за проследяване. Внимавайте за тези признаци: - Твърде малко топлина: Съединението може да показва слабо свързване, слабо изгаряне или неравна повърхност. - Твърде много топлина: Може да се появи прекомерна светкавица, дълбока загуба на материал или изкривяване. - Ниско налягане: Частите може да се плъзгат или да не успеят да образуват стабилна връзка. - Високо налягане: Машината може да отстрани повече материал от планираното. - Лошо подравняване: Готовият вал може да има биене, дори когато заваръчният шев изглежда приемливо. Правилните настройки зависят от вида на материала, размера на детайла, капацитета на машината и дизайна на съединението. Не копирам настройка от друга работа, без да проверя тези подробности. Част от неръждаема стомана и част от въглеродна стомана може да реагират по различен начин, дори когато външните им диаметри са сходни. Водете прост производствен запис. Отбележете материала, размерите, скоростта, налягането, времето на цикъла, изгарянето и резултата от проверката. Тези записи помагат да се отдели проблем с машина от проблем с материал или подготовка. Съвет 3: Проверявайте фугата, а не само фланцата Чисто изглеждащата светкавица не доказва, че заваръчният шев отговаря на необходимия стандарт. Визуалната проверка е полезна, но трябва да съответства на рисковете на частта. Обикновено проверявам: - Цялостно подравняване - Диаметър на фугата и форма на пламък - Дължина на изгаряне - Повърхностни пукнатини или разкъсвания - Оттичане след заваряване - Твърдост или якост, когато е необходимо - Вътрешно свързване чрез одобрен метод за изпитване За вал, използван във въртящ се възел, оттичането заслужава специално внимание. Заваръчният шев може да издържи при основен тест за издърпване и все пак да причини вибрации, ако частите не са били подравнени по време на затягане. Една проста проверка на циферблатния индикатор може да разкрие този проблем преди сглобяването. За части, свързани с безопасността или носещи части, следвайте спецификацията на клиента и приложимата процедура за качество. Може да са необходими разрушителен тест, ултразвуков тест, тест на опън или други методи. Правилният метод на проверка зависи от частта и нейната употреба. Също така проверявам настройката на машината, когато дефектите се повтарят. Износени инструменти, разхлабени приспособления, неправилни скоби или нестабилно хидравлично налягане могат да създадат един и същ дефект в много части. Промяната на цикъла на заваряване няма да реши механичен проблем. Практичният процес на заваряване чрез триене не разчита на една интелигентна настройка. Той идва от постоянна подготовка, контролирани параметри и проверки, които отговарят на предназначението на частта. Когато обучавам нов оператор, го моля да направи пауза в три точки: преди затягане, по време на цикъла и след заваряване. Тази кратка пауза помага да се уловят повреди на повърхността, необичайно поведение на машината и проблеми с подравняването, преди да се разпространят в партида.
Фрикционното заваряване може да произведе здрави съединения, без да се стопят пълните детайли, но процесът все още зависи от внимателен контрол. Малки промени в налягането, скоростта, подравняването или времето за спиране могат да доведат до избухване, слабо свързване или неравномерно качество на фугата. Когато преглеждам процес на заваряване чрез триене, се фокусирам върху три области: настройки на машината, подготовка на детайла и проверка. Тези области често предлагат практически начини за подобряване на производството без промяна на цялата система. 1. Контролирайте основните параметри на заваряване Фрикционното заваряване зависи от топлината, създадена от движение и натиск. При ротационен процес на заваряване с триене една част се върти, докато другата част се притиска към нея. Контактът създава топлина от триене. Когато съединението достигне необходимата температура, въртенето спира и налягането на коване завършва връзката. Започвам с проверка на тези настройки: - Скорост на въртене - Налягане на триене - Време на триене - Налягане на коване - Време на коване - Време на спиране или забавяне - Аксиално скъсяване, наричано още изгаряне По-високата скорост на въртене не винаги създава по-добра заварка. Това може да повиши входящата топлина твърде бързо и да предизвика прекомерна светкавица. Ниската скорост може да удължи цикъла и да остави фугата под необходимата температура. Натискът се нуждае от същото ниво на грижа. Ниското налягане на триене може да причини нестабилен контакт. Прекомерният натиск може да отстрани твърде много материал, преди да се образува фугата. Предпочитам да коригирам една настройка наведнъж и да записвам резултата, вместо да променя няколко стойности по време на един опит. Например, производител на стоманени валове може да установи, че заваръчният шев изглежда гладък, но не успява по време на тест за усукване. Проблемът може да идва от кратко време на триене или ниско налягане на коване. Контролирана серия от тестове може да покаже дали е необходима повече топлина, повече разстройство или различна настройка на спирачката. Дневникът на процеса помага тук. Записвам стойностите на параметрите, частната партида, външния вид на фугата, аксиалното скъсяване и резултатите от теста. Това дава на производствения екип ясна референция, когато същият материал и дизайн на съединението се върнат на линията. 2. Подобрете подготовката и подравняването на частта Заварката чрез триене започва от контактните повърхности. Ако тези повърхности са замърсени, неравни или лошо подравнени, машината може да не създаде стабилна фуга. Преди заваряване проверявам дали частите имат: - Чисти контактни повърхности - Подходяща плоскост на повърхността - Правилен диаметър и дължина - Постоянен клас на материала - Правилно затягане - Точна концентричност Масло, котлен камък, ръжда и свободни частици могат да засегнат контактната зона. Методите за почистване зависят от материала и производствената настройка. Етап на сухо механично почистване може да работи за една стоманена част, докато друго приложение може да изисква различен одобрен метод. Подравняването също влияе върху резултата. Малкото отместване може да доведе до неравномерно светкавично и неравномерно разпределение на топлината. Външният ръб може да изглежда приемлив, докато центърът на фугата остава по-слаб. Използвам проверки на арматурата, измервания на биене и примерни напречни сечения, за да идентифицирам този тип проблем. Износването на инструмента може да причини подобни проблеми. Скобите и приспособленията могат да загубят първоначалната си позиция след многократни цикли. Когато това се случи, частта може да се движи по време на въртене или коване. Планираната инспекция на приспособлението може да намали вариациите и да помогне за поддържане центрирането на ставата. Полезен пример идва от производството на автомобилни компоненти. Ако задвижващ вал показва повече светкавици от едната страна, отколкото от другата, причината може да не е налягането при заваряване. Частта може да е извън центъра на приспособлението. Коригирането на позицията на затягане може да подобри заваръчния шев без промяна на програмата на машината. 3. Използвайте инспекция, за да свържете настройките с резултатите Една силна фрикционна заварка се нуждае от повече от добър външен вид. Използвам няколко метода за проверка, за да разбера какво се случва вътре в ставата. Визуалната проверка може да идентифицира: - Неравномерно пламване - Пукнатини близо до заваръчния шев - Припокриване на повърхността - Следи от изгаряне - Прекомерно раздробяване - Непълен контакт с материала Проверките на размерите показват дали частта има правилната крайна дължина и аксиално скъсяване. Механичното изпитване може да включва изпитване на опън, огъване, усукване, твърдост или удар, в зависимост от продукта и материала. Макроецване или преглед на напречно сечение може да разкрие по-ясно зоната на заварката. Може да показва неравномерен интерфейс, уловено замърсяване или зона, засегната от топлина, която не отговаря на изискванията на процеса. Тестването без разрушаване също може да е подходящо, когато дизайнът на частта и планът за качество го поддържат. Избягвам да съдя за процеса на заваряване от една проба. По-добрият подход е да се съберат резултати от няколко части, направени при еднакви условия. Тенденциите са по-полезни от изолираните резултати. Ако здравината на заваръчния шев падне след няколко часа производство, причината може да е температура на инструмента, износване на приспособлението, вариация на материала или промяна в работата на машината. Най-практичното подобрение често идва от свързването на всеки резултат от проверката с точните данни за процеса. Номер на част, партида материал, запис на оператора, настройка на машината и резултат от теста създават по-ясна картина на процеса. Подобряването на фрикционното заваряване не винаги изисква нова машина. Внимателният контрол на параметрите може да намали нестабилното подаване на топлина. По-доброто почистване и подравняване може да подобри контакта между частите. Редовната проверка може да покаже дали промените работят. Препоръчвам да направите една контролирана настройка, да запишете резултата и да проверите съединението с подходящ тест. Този метод изисква повече търпение, отколкото промяната на няколко настройки наведнъж, но дава на производствения екип информация, която те могат да използват за бъдещи заваръчни работи.
Фрикционното заваряване може да създаде здрави, повтарящи се съединения, но малка промяна в скоростта, налягането, подравняването или състоянието на повърхността може да доведе до пламване, слабо свързване, пукнатини или неравномерно скъсяване. Когато заваръчният шев се повреди, аз не третирам само съединението като проблем. Проверявам пълния процес от подготовката на материала до проверката. Тези стъпки могат да помогнат за идентифициране на често срещани проблеми и да подобрят контрола на процеса. Проверете материалите преди заваряване Различните материали реагират на топлина и натиск по различни начини. Стоманата, алуминият, медните сплави и титанът се нуждаят от подходяща скорост на триене, аксиална сила и контрол на изместването. Проверявам: - Клас на материала и топлинна обработка - Диаметър на прът или тръба - Състояние на повърхността - Влага, масло, котлен камък и ръжда - Разлика в твърдостта между двете части Чистите метални повърхности помагат на процеса на триене да създаде стабилна връзка. Тънкият слой масло може да повлияе на генерирането на топлина и да причини неравномерно светене. Тежкият котлен камък може да попречи на правилния контакт между частите. Обработката на краищата плоски и квадратни дава на компонентите по-стабилна начална точка. Ако единият край е под ъгъл, контактът започва от едната страна. След това ставата може да се нагрее неравномерно. Потвърдете подравняването и затягането Неправилното центриране е често срещана причина за лоши фрикционни заварки. Дори когато частите изглеждат центрирани, малко изместване може да създаде напрежение на огъване след заваряване. Проверявам: - Подравняване на патронника и приспособлението - Биене на детайла - Концентричност между валовете или тръбите - Сила на затягане - Движение на детайла по време на въртене Една проста проверка на индикатора с циферблат може да разкрие биене преди машината да стартира. Също така маркирам частите и наблюдавам дали се изместват вътре в приспособлението по време на цикъла. За заваряване на вал двете оси трябва да останат толкова близо, колкото позволява машината. Прекомерното изместване може да доведе до съединение, което преминава визуална проверка, но се проваля по време на усукване, огъване или изпитване на умора. Преглед на цикъла на заваряване Заваряването с триене обикновено зависи от няколко свързани настройки: - Скорост на въртене - Налягане на триене - Време на триене - Налягане на коване или изместване - Време на коване - Аксиално скъсяване - Поведение при спиране или забавяне Промяната на една настройка може да повлияе на останалите. По-голямата скорост може да увеличи генерирането на топлина, докато по-голямата сила на триене може да съкрати периода на нагряване. По-дългата фаза на триене може да създаде повече светкавици и да намали крайната дължина на детайла. Предпочитам да коригирам една променлива наведнъж и да записвам резултата. Процесният лист може да включва начална дължина, крайна дължина, размер на пламъка, стойности на налягането, време на цикъл и резултат от проверката. Това прави моделите по-лесни за забелязване от корекциите, базирани на паметта. Използвайте скъсяването като сигнал за процеса Аксиалното скъсяване показва колко материал е изразходван по време на заваряване. Може да помогне да се установи дали ставата е получила достатъчно топлина и натиск. Ниското скъсяване може да сочи към: - Лош контакт с повърхността - Ниско налягане на триене - Кратко време на триене - Недостатъчна топлина - Плъзгане в приспособлението Голямото скъсяване може да сочи към: - Прекомерно време на триене - Прекомерен натиск - Неправилен размер на материала - Прекомерна грапавост на повърхността - Цикъл, който позволява твърде много разстройване Правилният диапазон зависи от материала, дизайна на съединението и машината. Една единствена целева стойност не трябва да се копира от друго приложение без тестване. Обърнете внимание на формата на светкавицата Светкавицата не е само отпадъчен материал. Формата му може да предостави улики за цикъла на заваряване. Неравномерното светване около съединението може да предполага неправилно подравняване, неравна подготовка на края или нестабилно затягане. Много слабо проблясване може да означава ниска топлина или налягане. Голямото, неправилно светкавица може да сочи към прекомерно нагряване или лош контрол на етапа на разстройство. Светкавицата трябва да се отстрани с подходящ метод, когато дизайнът на частта го изисква. Рязането, струговането или шлайфането не трябва да намалява площта на фугата под изискването за чертеж. Острите ръбове също могат да създадат точки на напрежение, особено върху въртящи се части. Контролирайте засегнатата от топлина зона Областта на заваряване може да съдържа зона, засегната от топлина, с различна твърдост или зърнеста структура от основния материал. Това има значение за части, изложени на повтарящи се натоварвания, удари, натиск или корозия. Проверявам чертежа на детайла и изискванията за материал, преди да избера обработка след заваряване. Възможните проверки включват: - Твърдост на фугата - Изследване с макроецване - Преглед на микроструктурата - Тестване на опън - Тестване на огъване или усукване - Тестване на умора за подходящи приложения Съединението може да изглежда чисто и все пак да се нуждае от по-дълбоко тестване. Хидравличен прът, например, може да премине визуална проверка, но да покаже дефект по време на изпитване под налягане, ако процесът не е стабилен. Внимавайте за често срещани модели на дефекти Слаба или непълна връзка може да се дължи на недостатъчна топлина, повърхностно замърсяване, ниско налягане или ранно отделяне. Пукнатините може да са свързани със състояние на материала, прекомерно раздробяване, бързо охлаждане или неподходящ технологичен прозорец. Порьозност или уловено замърсяване може да се появи, когато повърхностите са замърсени или когато процесът не отстранява нежелания материал от интерфейса. Изгаряне или прекомерна загуба на материал може да се получи от твърде дълго време на триене, прекомерна скорост или налягане, което не съответства на дизайна на съединението. Огъването след заваряване често е свързано с лошо подравняване, неравномерно нагряване, движение на приспособлението или неравна геометрия на частта. Сравнявам дефекта със записа на процеса, вместо да променя няколко настройки наведнъж. Този подход намалява шанса за коригиране на един симптом, докато създава друг. Проверявайте повече от заваръчната повърхност Визуалната проверка е полезна, но има граници. Един добър план за инспекция може да включва: - Проверки на размерите - Измерване на биене - Измерване на мигане и разместване - Тестване на твърдост - Ултразвуково изпитване - Тестване с магнитни частици за подходящи феромагнитни материали - Тестване за проникване на багрила за подходящи непорести повърхности - Разрушително изпитване по време на валидиране на процеса Правилният метод зависи от материала, геометрията, натоварването и изискванията на клиента. Оборудването за проверка трябва да бъде калибрирано и операторите трябва да използват ясен стандарт за приемане. Производственият екип може също така да предпази пробни заварки от промени в настройката. Сравняването на проби от началото, средата и края на серия може да покаже дали процесът остава стабилен. Не пренебрегвайте състоянието на машината Процесът може да се отклони дори когато програмираните настройки остават същите. Проверявам машината за: - Износени лагери - Промени в хидравличното налягане - Вибрация на шпиндела - Износване на приспособлението - Ефективност на спирачките - Грешки на сензора - Разхлабени електрически връзки - Замърсяване в работната зона Износеното приспособление може да създаде проблеми с подравняването, които изглеждат като материален проблем. Сензор за налягане, който отчита неправилно, може да доведе до многократни настройки без реално подобрение. Превантивната поддръжка трябва да следва инструкциите на производителя на машината и действителното работно натоварване. Записите за поддръжка също помагат да се свържат промените в оборудването с промените в качеството на заваръчния шев. Използвайте контролиран опит Когато фрикционната заварка не отговаря на изискванията, използвам малък, контролиран опит, вместо да правя големи промени. Една практическа последователност изглежда така: 1. Проверете изискванията за материала и чертежа. 2. Почистете и проверете двете съединителни повърхности. 3. Измерете подравняването и биенето. 4. Потвърдете състоянието на приспособлението. 5. Запишете текущите настройки на цикъла. 6. Променете една променлива на процеса. 7. Създайте малка група за извадка. 8. Измерване на размери и скъсяване. 9. Проверете фугата с подходящ метод. 10. Запишете резултата, преди да направите друга промяна. Този метод изисква повече дисциплина от въртенето на няколко циферблата наведнъж, но въпреки това създава информация, която целият екип може да използва. Един често срещан производствен пример включва свързване на две различни секции на вала за автомобилен компонент. Операторите може да видят неравномерно светване от едната страна и да отговорят с повишаване на налягането. Ако действителната причина е неправилното центриране, добавеното налягане може да увеличи огъването и загубата на материал. Проверката на изтичането и състоянието на приспособлението може да реши проблема с по-малко прекъсване на процеса. Също така препоръчвам да зададете ясен план за реакция за отхвърлени части. Спрете и прегледайте процеса, когато скъсяването излезе извън нормалния си диапазон, светкавицата промени формата или резултатите от проверката започнат да се отклоняват. Частите трябва да бъдат идентифицирани и разделени в съответствие с процедурата за качество на компанията. Проблемите при заваряване чрез триене често идват от комбинация от малки фактори, а не от една драматична грешка. Чистите повърхности, стабилното затягане, точното подравняване, контролираната топлина и подходящата проверка работят заедно. Когато третирам всяка заварка като записан процес вместо единичен машинен цикъл, отстраняването на неизправности става по-директно и окончателното съединение е по-лесно за проверка. Приветстваме вашите запитвания: bob@xinchang-machinery.com/WhatsApp +8615888002607.
Референции Crossland B 1988 Заваряване с триене на метали Maalekian M 2007 Заваряване с триене—критична оценка на литературата Vairis A и Frost M 1998 Високочестотно линейно заваряване с триене на титанова сплав American Welding Society 2020 AWS Наръчник по заваряване Том 1 Наука и технологии за заваряване Международна организация за стандартизация 2019 ISO 15620 Фрикционно заваряване—Спецификация и квалификация на процедурата за заваряване на метални материали Американско дружество за изпитване и материали 2021 ASTM E8 E8M Стандартни методи за изпитване за изпитване на опън на метални материали
