Сварка шпилек трением - Friction stud welding

Сварка шпилек трением твердая фаза сварка техника, связанная с вращением шпильки или приспособления на высокой скорости с прижатием к субстрат, генерируя тепло трение. Металлические поверхности достигают температуры, при которой они текут. пластически под давлением поверхностные примеси удаляются и кованый сварной шов сформирован.

Сварка фрикционной шпильки.

Этот метод намного дороже, чем дуговая сварка шпилек и поэтому используется в особых случаях, когда дуговая сварка может вызвать проблемы, например:

сварка под водой
сварка на живом подводный трубопроводы для присоединения аноды
сварка во взрывоопасных средах и зонированных зонах
сварочные материалы, которые трудно соединить при сварке плавлением
Сварка трением

Переносное оборудование для приварки шпилек трением доступно для использования на строительных площадках, офшорный, под водой и в мастерских. Эти портативные устройства намного легче и меньше больших статических сварка трением машины, которые используются, например, на заводах для сварки компонентов двигателей, таких как приводные валы.

Принцип действия

Переносной инструмент для сварки шпилек трением состоит из двигателя для вращения шпильки с высокой скоростью и поршня для приложения к шпильке необходимой силы. Оборудование может иметь пневматический или гидравлический привод. Система зажима также необходима для удержания инструмента на обрабатываемой детали и обеспечения реакции на силу, действующую на шпильку. Используемые зажимы обычно представляют собой магнитные или вакуумные зажимы для плоских поверхностей, цепные или клешневые зажимы для труб и различные механические зажимы для приваривания к Я лучится или другие формы.

Сварной шов выполняется вращением шпильки с высокой скоростью и прижатием ее к подложке, вызывая трение, которое нагревает наконечник шпильки и поверхность подложки. Металл на границе раздела между стойкой и подложкой пластически течет под давлением, удаляя загрязнения с металлических поверхностей, и твердая фаза сварной шов сформирован. Затем вращение шпильки прекращается, но усилие на шпильке сохраняется в течение нескольких секунд. Максимальные температуры, достигаемые при сварке, намного ниже, чем температура плавления металлов.

Преимущества и недостатки

Некоторые заметные преимущества этого процесса:

Относительно низкая температура, при которой образуется сварной шов, означает, что процесс можно адаптировать для таких применений, как сварка трубопроводов под напряжением и во взрывоопасных средах.
Отсутствие электрическая дуга а жидкая фаза в металле позволяет избежать некоторых потенциальных проблем, связанных с дуговая сварка например, загрязнение сварного шва водород, азот и кислород.
Короткое время цикла сварки (обычно от 5 до 10 секунд) и метод формирования сварного шва приводят к мелкозернистой структуре.

В состоянии «после сварки» остаточные напряжения находятся сжимающий которые, как правило, приводят к хорошим усталость жизнь. Шпильки также можно приваривать эпоксидная краска или резиновые покрытия.

Основные недостатки этого процесса:

Этот процесс можно использовать только для приваривания относительно небольших компонентов (таких как шпильки или заглушки), которые могут вращаться с высокой скоростью, на заготовку. Используемые системы ограничиваются шпильками диаметром обычно до 25 мм и заглушками для заполнения отверстий диаметром обычно до 25 мм (электрозаклепка).
Система требует жесткого зажима, чтобы удерживать сварочный инструмент на заготовке и выдерживать силу, приложенную к шпильке во время сварки. Хотя эти зажимы можно довольно быстро перемещать от одного места сварки к другому, они, как правило, больше и громоздки, чем в случае систем дуговой сварки шпилек.

Приложения

Для перечисленных здесь типов приложений особенно важно, чтобы сварочные и рабочие процедуры полностью протестированы и сертифицированы как на целостность сварных швов, так и на эксплуатационную безопасность перед использованием в производстве. Операторы должны быть тщательно обучены, и должны быть установлены системы, обеспечивающие правильное применение процедур и надлежащую оценку рисков.

Сварка под водой

Когда этот процесс используется под водой, вокруг шпильки устанавливается кожух, который предотвращает слишком быстрое охлаждение сварного шва окружающей водой. Системы с пневматическим приводом могут работать под водой на глубине примерно 20 м и относительно просты в использовании дайверами. Системы с гидравлическим приводом также могут использоваться дайверами и приварены к глубине более 300 м от Дистанционно управляемый автомобиль (ROV). Современные системы для приварки шпилек трением предназначены для работы на глубине около 1000 м.

Сварка подводных трубопроводов под напряжением для крепления анодов

Сварка шпилек трением использовалась для модернизация жертвенные аноды к подводным трубопроводам, пока трубопровод находится в «живом» состоянии (то есть продолжает транспортировку углеводороды под давлением). В некоторых случаях аноды размещаются на морском дне рядом с трубопроводом, и наконечник кабеля от анода присоединяется к шпильке, приваренной к трубопроводу. Другой вариант - это трехсторонний шов где наконечник на анодном кабеле выполнен из стали с коническим отверстием. Конический конец шпильки приваривается через отверстие к трубопроводу, приваривая оба наконечника и трубу и обеспечивая полностью сварное соединение между анодным кабелем и трубопроводом. Преимущество этого метода в том, что нет значительного увеличения электрическое сопротивление подключения из-за коррозия в течение всего срока службы трубопровода. Многие подводные трубопроводы имеют утяжеляющее бетонное покрытие, и небольшая его часть может быть удалена с помощью струя воды разрешить сварку.

Сварка во взрывоопасных средах и зонированных зонах

Сварка шпилек трением использовалась для крепления решетка в оффшор нефтяные платформы в зонах, где дуговая сварка не разрешена из-за риска возникновения пожара или взрыва. Кожух, подобный тому, который используется для подводной сварки, действует как барьер между сварным швом и окружающей атмосферой. Водяной экран также можно использовать как дополнительную преграду.

Приварка шпильки M16 выполняется с кожухом внутри вакуумного зажима. В этом примере во время сварки центральная часть зажима залита водой.

Сварочные материалы, которые трудно соединить при сварке плавлением

Сварка шпилек трением - это процесс твердофазной сварки, при котором металлы не разжижаются. Это позволяет сочетать металл, например, при сварке. алюминий шпильки к стали, что было бы проблематично при дуговой сварке из-за образования хрупкий интерметаллические соединения.

Сварка трением

В Сварка трением заглушка конической формы приваривается трением к коническому отверстию в подложке. Этот метод сварки можно использовать для устранения дефектов в отливки. Он также использовался для заполнения дыр, возникающих при завершении сварка трением с перемешиванием пройти, когда датчик перемешивания вынут из сварного шва.

Конкретные недавние применения сварки шпилек трением включают:

Модернизация анодов в FPSO резервуар для хранения нефти в зоне 1.
Дооснащение оборудования в Зона 1 участки на морских платформах.
Крепление анодов внутри трубопроводов отвода морской воды в газоперерабатывающий завод.