Dörzshegesztés

A dörzshegesztés olyan nyomáshegesztési eljárás, amely a hegesztési varratok érintkező végfelületeinek egymáshoz viszonyított mozgása során a kölcsönös súrlódásból származó hőt hasznosítja az anyagok megbízható összekapcsolása érdekében. A hegesztési folyamat során nyomást alkalmaznak, ami súrlódást idéz elő a hegesztendő anyagok között, ami hőmérséklet-emelkedéshez vezet a határfelületen és a közeli területeken, ami végül hőre lágyuló állapotot ér el. A felborító erő hatására a határfelület oxidfilmje eltörik, és az anyag képlékeny deformáción és áramláson megy keresztül, a határfelületi elemek diffúziója és az átkristályosodás metallurgiai reakciói révén kötések jönnek létre. Fontos, hogy ehhez a hegesztési folyamathoz nincs szükség töltőfémre, folyasztószerre vagy védőgázra, és a teljes eljárás néhány másodperc alatt elvégezhető.

A két hegesztett alkatrész felülete közötti nagynyomású relatív súrlódás nagy sebességnél két hatást eredményez:

• Eltávolítja az oxidréteget vagy bármely más szennyező réteget a fuga felületén, így tiszta fémet tár fel.
• Hőt termel, és gyorsan hőre lágyuló réteget képez a hézag felületén. Az ezt követő súrlódási nyomaték és axiális nyomás hatására ezek a törött oxidok és a műanyag réteg egy része kipréselődik a kötési felületből, hogy felvillanást képezzenek, és a megmaradt képlékenyen deformált fém alkotja a hegesztési fémet. A végső felborítás lehetővé teszi a hegesztett fém további kovácsolását, ami jó minőségű hegesztett kötést eredményez.

A hegesztési eljárásból látható, hogy a súrlódó hegesztési kötés a hegesztendő fém olvadáspontja alatt jön létre, így a súrlódó hegesztés szilárdtesthegesztési módszer.

A dörzshegesztés többféle típusba sorolható a hegesztett alkatrészek eltérő mozgásmódja alapján.

• A hegesztés a tengely körül forog, és közvetlen hajtású dörzshegesztésre és inerciális dörzshegesztésre osztható
• A hegesztés nem mozog, és radiális dörzshegesztésre és keverősúrlódásos hegesztésre osztható
• Egyéb mozgások, amelyek súrlódó felületképzésre, lineáris súrlódó hegesztésre és orbitális súrlódásos hegesztésre oszthatók

Közvetlen meghajtású dörzshegesztés

Ez a súrlódó hegesztés általános típusa. A hegesztési folyamat során a munkadarabot az orsómotor folyamatosan hajtja, és állandó sebességgel forog. A megadott súrlódási idő vagy súrlódási deformáció eléréséig a munkadarab azonnal leáll, és felfelé forog hegesztéshez.

Tehetetlenségi dörzshegesztés

A munkadarab forgó vége a lendkerékbe van szorítva. A hegesztési folyamat elején a lendkereket és a munkadarab forgó végét először egy bizonyos sebességre felgyorsítják, majd a lendkereket leválasztják a főmotorról. Ugyanakkor a munkadarab mozgó vége előremozdul, és a munkadarab érintkezése után megkezdődik a súrlódásos fűtés. A súrlódó hegesztési hevítés során a lendkereket a súrlódási nyomaték lefékezi, és forgási sebessége fokozatosan csökken. Amikor a forgási sebesség eléri a nullát, a hegesztési folyamat véget ér.

Radiális dörzshegesztés

Két, egymással szemben lévő ferde cső végfelületére ferde gyűrű van rögzítve. A dörzshegesztés során a gyűrű elfordul, és radiális súrlódás lép fel a két csővégen. A súrlódási fázis befejeztével a gyűrű forgását leállítjuk, és felforgató nyomást alkalmazunk.

Súrlódó keverős hegesztés

A súrlódó keverőhegesztés működési elve a következő: egy bizonyos alakú, magas hőmérsékletnek ellenálló kemény anyagból készült forgó FSW szerszámot mélyen beforgatnak a két hegesztendő anyag összekapcsolásának szélébe, majd a keverőfejet beállítják, ill. elforgatva.A két hegesztés összekötő élén nagy mennyiségű súrlódási hő keletkezik, ami a csatlakozásnál fém-műanyag lágyulási zónát eredményez. Ezt a műanyag lágyítózónát a keverőfej hatására keverjük és összenyomjuk.Ahogy a csapszerszám forog, visszafelé áramlik a hegesztési varrat mentén, hogy műanyag fémáramlást hozzon létre, és a hűtési folyamat során extrudálódik, miután a keverőfej elhagyja a szilárd fázisú hegesztett kötést.

Súrlódásos felületkezelés

A súrlódó felületkezelés egy szilárdtest-hegesztési módszer, ahol a súrlódásból származó hő és nyomás felhasználásával bevonatot vagy anyagréteget visznek fel a hordozóra. Ezt az eljárást egy anyag felületi tulajdonságainak javítására vagy a kívánt tulajdonságokkal rendelkező védőréteg létrehozására használják. Jellemzően egy forgó fogyó rúd vagy huzal felhasználását foglalja magában, amely érintkezésbe kerül a hordozóanyaggal, ami jelentős súrlódási hő kialakulásához vezet.

Lineáris dörzshegesztés

A két hegesztésre szánt munkadarab közül az egyik mozdulatlan marad, míg a másik meghatározott sebességgel oda-vissza mozog, vagy mindkét munkadarab egymáshoz képest oda-vissza mozog. Nyomás alkalmazása révén a két munkadarab határfelületén fellépő súrlódás hőt termel, ezáltal megkönnyíti a hegesztési folyamatot.

Lineáris dörzshegesztés

A két hegesztésre szánt munkadarab közül az egyik mozdulatlan marad, míg a másik meghatározott sebességgel oda-vissza mozog, vagy mindkét munkadarab egymáshoz képest oda-vissza mozog. Nyomás alkalmazása révén a két munkadarab határfelületén fellépő súrlódás hőt termel, ezáltal megkönnyíti a hegesztési folyamatot.

Orbitális dörzshegesztés

Az orbitális súrlódó hegesztés egy újonnan kifejlesztett hegesztési módszer, amelyet főként nem kör keresztmetszetű munkadarabok hegesztésére használnak.

A lineáris pályás súrlódó hegesztésnél a munkadarab meghatározott amplitúdóval és frekvenciával meghatározott lineáris pályát követ. Ez biztosítja, hogy a rezgési sebesség elérje a szükséges értéket, lehetővé téve, hogy a hegesztési felület ismétlődő és relatív rezgéseket és súrlódásokat szenvedjen.

A körpályás súrlódásos hegesztés során a munkadarab minden részecskéje a hegesztési felülethez képest egy körpályán mozog, állandó sugárral és forgási sebességgel. Amint a kötés eléri a hegesztési hőmérsékletet, a munkadarab súrlódó mozgása megszűnik, és megkezdődik a hegesztési folyamat.

Összefoglalva, a teljes súrlódó hegesztési folyamat során a hegesztésre szánt fémfelület súrlódásos felmelegedésen megy keresztül alacsonyról magas hőmérsékletre. Folyamatos átalakulásokon megy keresztül, plasztikus deformációval, mechanikai feltárással, adhézióval és molekuláris kapcsolódással. Ez egy nagy sebességű súrlódásos képlékeny deformációs réteg kialakulását eredményezi, ahol a dörzshegesztés során a hőképződés, az alakváltozás és a diffúzió jelenségei koncentrálódnak. A parkolás és a felborító hegesztési folyamat során a súrlódó felületen lévő deformálódott réteg és a magas hőmérsékletű zónában lévő fém részben összetörik és kilökődik. A hegesztett fém ezután kovácsoláson megy keresztül, ami kiváló minőségű hegesztett kötést eredményez.

• Rövid hegesztési építési idő és magas gyártási hatékonyság
• A hegesztési hőciklus okozta hegesztési deformáció kicsi, a hegesztés utáni méretpontosság nagy, nincs szükség hegesztés utáni deformáció korrekcióra és feszültségmentesítésre.
• Magas fokú gépesítés és automatizáltság, stabil hegesztési minőség. Ha a hegesztési feltételek adottak, a művelet egyszerű, és nem igényel speciális hegesztőtechnikusokat.
• Különféle anyagok hegesztésére alkalmas. Alumínium-acél, alumínium-réz, titán-réz, intermetallikus összetett acél stb. hegesztésére alkalmas, amelyek hagyományos olvasztással nem hegeszthetők.
• Elérhető azonos átmérőjű vagy különböző átmérőjű rudak és csövek hegesztése
• A hegesztés során nem keletkezik füst, ívfény, káros gázok stb., és nem szennyeződik a környezet. Ugyanakkor a villanóhegesztéshez képest 5-10-szeres elektromos energia takarítható meg.

A súrlódó hegesztésnek azonban a következő hátrányai és korlátai is vannak:

• Nem kör alakú keresztmetszeteket nehéz hegeszteni, és bonyolult berendezéseket igényel; a korong alakú vékony alkatrészeket és a vékonyfalú csőszerelvényeket is nehéz hegeszteni, mert nehezen rögzíthetők.
• Nehéz súrlódó hegesztést megvalósítani olyan alkatrészeknél, amelyek alakja és összeszerelési helyzete meghatározott.
• A kötések hajlamosak a villogásra, és hegesztés után meg kell gépelni.
• A szorítórész hajlamos a karcolásokra vagy befogási nyomokra

A súrlódó hegesztés, amelyet kiváló minősége, hatékonysága, energiatakarékossága és környezetbarát jellege jellemez, fokozatosan széles körben elterjedt mind az új, mind a hagyományos ipari szektorokban. Ide tartozik a légi közlekedés, az űrhajózás, az atomenergia, a fegyverzet, az autóipar, az energiatermelés, az óceánfejlesztés és a gépgyártás.

Repülés: repülőgépmotorok, belső égésű motorok főtengely-alkatrészei

Gépjárműgyártás: kerekek, összekötő rudak, kipufogószelepek, rotorok