Che cos'e' la saldatura ad attrito inerziale?
La saldatura per attrito per inerzia è un processo di saldatura allo stato solido che unisce i materiali utilizzando la rotazione e l'attrito per generare calore,e forza laterale per spostare plasticamente il materiale e fondere i pezzi insieme.
Dal suo primo sviluppo, ROSCHEN è cresciuto fino a diventare un metodo di saldatura preferito in una serie di settori, che vanno dall'automotive e aerospaziale all'agricoltura e alla perforazione,per applicazioni di stampa e imballaggio.
Con l'aumento della tecnologia e dell'automazione negli ultimi decenni, la saldatura a attrito inerziale continua ad essere uno dei metodi di lavorazione dei metalli più convenienti disponibili.
Come funziona la saldatura ad attrito inerziale
Saldatura per attrito inerzialeè una variante della saldatura a attrito che utilizza energia cinetica con forza laterale applicata per unire le parti.L'energia cinetica è ottenuta utilizzando volanti un insieme di ruote pesanti che vengono utilizzate per immagazzinare l'energia di rotazione.
La quantità di energia cinetica richiesta è determinata da due fattori: il tipo di materiali da unire e la geometria della saldatura.
Una volta conosciuti il materiale e la geometria, è possibile pre-calcolare la quantità di energia cinetica necessaria per la saldatura.
I progressi tecnologici e gli sviluppi nel processo di saldatura hanno reso più facile scoprire e replicare la comprensione dei rapporti energia cinetica/rotazione.che si traduce in tempi di ciclo accelerati e una facilità di ripetibilità non riscontrata nelle tecniche di saldatura tradizionali.
Uno sguardo passo dopo passo alla saldatura ad attrito inerziale
1. Preparazione
Determinare i fattori chiave di saldatura √ massa del volante, velocità di rotazione, forza di spinta laterale.
2. rotazione prima del contatto
Una macchina di saldatura a attrito inerziale è simile a un tornio convenzionale, tranne che da un lato, un volano è collegato a un volano a mosca che ha una massa appositamente determinata.
Questo mandrino tiene un componente della saldatura, mentre un mandrino non rotazionale di fronte opposto (che si muove azionalmente sotto pressione idraulica) tiene l'altro.
Il volante inizia a ruotare rapidamente, raggiungendo una velocità predeterminata e accumulando energia cinetica.
3Contatto e attrito
Una volta che il volante raggiunge la velocità e il livello di energia cinetica richiesti, il motore del mandrino viene spento e disattivato (stato della ruota libera).Il ram idraulico non rotante forzerà il pezzo statico nel pezzo rotante, causando un'estrema quantità di attrito.
Questo attrito riscalda entrambi i materiali, ammorbidendo le superfici di saldatura delle parti (non fondendo) al punto che sono in grado di unirsi sotto una notevole quantità di pressione laterale.
4- Rallentamento e legame
Mentre i pezzi vengono compressi, l'energia cinetica della massa del volano continua a ruotare il componente, lavorando a caldo l'interfaccia metallica, rimuovendo impurità o vuoti,e affinare la superficie del grano,.
La scienza alla base della determinazione della massa del volante e della velocità di rotazione è fondamentale per creare un legame estremamente forte.e i componenti diventeranno troppo caldi e rischiano un legame irregolare o inefficace (e perdita di materiale)Se si spegne il motore troppo presto, i pezzi non diventano abbastanza caldi per legarsi.
5Completamento e sperimentazione
Quando il volante si ferma completamente, la saldatura è completa e il processo di saldatura è completo.i passaggi 02-04 richiedono da 15 a 45 secondi a seconda delle dimensioni e della composizione dei materiali. (Per riferimento, se si sta leggendo a una velocità media di 300 parole al minuto, un rullo potrebbe essere stato fabbricato in meno tempo di quello necessario per leggere le fasi 02-04.)
Vantaggi della saldatura ad attrito inerziale
Tempo di ciclo significativamente ridotto
È difficile esagerare quanto sia significativamente ridotto il tempo di ciclo mediante un processo di saldatura a attrito.
1. Processo a controllo macchina
I fattori che sono fondamentali per regolare la saldatura (velocità di rotazione, massa del volante e forza di spinta) sono controllati dalla macchina, con conseguente variazione minima (se presente) tra ciascun prodotto,a differenza dei processi di saldatura MIG o TIG.
2Consistenza e ripetibilità estreme
Una volta determinati questi fattori (un processo rapido per i saldatori esperti), un componente può essere rapidamente riprodotto con poche interruzioni nel processo,Creare estrema coerenza e ripetibilità per quasi tutti i progetti.
3Preparazione minima dei componenti
A minimally prepared saw-cut surface is suitable for the inertia friction welding process because the displacement of plastic metal eliminates original surface conditions and expels any contaminants from the weld zone.
4. La lavorazione post-saldatura minima richiesta
La tecnica di saldatura a attrito inerziale produce componenti di forma quasi netta che richiedono un minimo di post-lavoro.
5. nel complesso tempo di risposta più veloce
In poche parole, il processo di saldatura per attrito inerziale non richiede molto tempo rispetto alle tecniche tradizionali di saldatura o di lavorazione.
Unire metalli diversi
Normalmente, la grande discrepanza tra i punti di fusione di due metalli dissimili (ad esempio acciaio inossidabile e alluminio;La produzione di acciaio e di rame non è in grado di garantire la qualità dei prodotti., e richiederebbe una qualche connessione meccanica.
Il processo di saldatura per attrito per inerzia non richiede la fusione delle superfici, quindi quando i pezzi vengono plastificati,con una temperatura di calore superiore a 20 °C, i metalli formano un legame di alta integrità senza legatura del materiale.
La possibilità di scegliere metalli dissimili per un componente consente al fabbricante di eliminare l'uso di metalli costosi nelle parti del pezzo di lavoro che non richiedono tale metallo.
Questo non solo riduce il costo del materiale del processo di saldatura, ma può anche aiutare l'applicazione a funzionare in modo più efficiente poiché si riduce il carico del materiale più pesante.
Riduzioni dei costi rispetto alla saldatura tradizionale e all'usinatura CNC
Con il processo di saldatura ad attrito inerziale si ottengono seri risparmi sia in termini di ore di lavoro che di costi dei materiali.
1Metalli diversi creano risparmi
Come accennato, la possibilità di utilizzare metalli diversi può aiutare i produttori a risparmiare sui costi dei materiali eliminando la necessità di utilizzare metalli costosi in tutto il componente.
2- riduzione dei costi dei materiali, riduzione dei costi di lavorazione
Il processo richiede meno materie prime per raggiungere le stesse soglie di stanchezza e coppia di parti formate con altri metodi.Ciò significa una riduzione sia dei costi delle materie prime che del tempo di lavorazione post-saldatura per rimuovere il materiale in eccesso.
3. Materiale di scarto minimo
Rispetto ai componenti fabbricati con un tornio CNC, la saldatura ad attrito inerziale lascia poco o nulla di materiale,consentire al fabbricante di acquistare un numero di materiali significativamente inferiore per ottenere lo stesso volume di produzione.
4. Riduzione delle spese operative
I costi sono ridotti eliminando la necessità di gas, materiali di riempimento e flussi necessari nei metodi di saldatura a fusione.I costi di lavorazione si riducono anche riducendo i costi degli attrezzi e aumentando la produttività.
Alta integrità della saldatura
La saldatura per attrito per inerzia è un processo di saldatura allo stato solido che non consente la possibilità di porosità di gas o inclusioni di scorie.
La saldatura a attrito crea un legame del 100% dell'area di contatto, creando giunture di qualità uguale a quelle forgiate.Le proprietà della saldatura sono superiori alle saldature create con processi di fusione tradizionali, come la saldatura MIG o TIG.
Il processo crea infine una resistenza delle articolazioni paragonabile o addirittura superiore a quella dei materiali originali.
Non ci sono limiti di quantità
La saldatura ad attrito per inerzia è una soluzione conveniente per la produzione di prototipi, di piccole serie o di grandi serie ripetute per progetti in corso.
Sicurezza dei lavoratori
L'eliminazione della luce luminosa pericolosa e degli spruzzi di materiale fuso riduce significativamente il rischio di lesioni sul pavimento.
Come utilizzare al meglio la saldatura ad attrito inerziale
Sebbene la saldatura ad attrito inerziale sia un metodo estremamente utile ed economico per unire metalli e altri materiali, non è adatta a tutte le applicazioni e presenta una serie di limitazioni:
- I materiali devono essere malleabili ad alte temperature
- Le limitazioni derivano dalla presenza di una fase fragile nella struttura (ad esempio in materiali come la grafite, il solfuro di manganese, il piombo libero o il tellurio)
- Il ferro fuso è escluso dall'elenco dei materiali saldabili
- Il bronzo e il ottone sono esclusi dall'elenco se presentano un elevato contenuto di piombo (> 0,3%)
- L'orientamento angolare delle parti saldate non è attualmente possibile
- La giunzione di base deve essere una saldatura a poppa
- In generale, la superficie dell'articolazione di almeno una delle parti deve essere essenzialmente rotonda.
Applicazioni che traggono beneficio dalla saldatura ad attrito inerziale
1. Fabbricazione di rulli
Il processo di saldatura per attrito per inerzia riduce i costi e il tempo di ciclo per i produttori che si affidano ai rulli industriali.
- I rulli a punta sono rulli a motore utilizzati per premere due o più fogli insieme, formando un prodotto stratificato.e esprime bolle o vesciche.
- Rulli di alimentazione: su una macchina da stampa a foglio, un rulli di alimentazione è uno di un insieme di ruote di gomma che trasportano un foglio di carta dal tavolo a pile alle pinze.
- Rulli di trasferimento di calore: i rulli di trasferimento di calore forniscono il controllo della temperatura circolando il fluido riscaldato o raffreddato attraverso le bobine sotto il guscio esterno del rotolo.Il fluido raffredda o riscalda la superficie del rotolamento alla temperatura desiderata per l'applicazione.
- di cilindrata inferiore o uguale a 600 cm3
- Fusibili/rulli a pressione
2Perforazione e estrazione
Leggi un caso di studio sull'utilizzo della saldatura ad attrito inerziale per creare barre di perforazione per un'azienda del settore minerario del gas naturale
- Perforazione petrolifera
- Perforazione a gas naturale
- Perforazione di pozzi idrici
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3. Componenti aerospaziali che richiedono metalli ad alta resistenza
4. gruppi a pressione pneumatica
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