Краткий теоретический курс

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой неразъемное соединение образуется в твердой фазе путем совместного пластического деформирования с одновременным разогревом поверхностей свариваемых деталей. Отличительной особенностью этого способа сварки является то, что нагрев осуществляется за счет тепловыделения в процессе трения соединяемых поверхностей свариваемых деталей или перемещения специального инструмента.

Одной из разновидностей такой сварки является линейная сварка трением. Сварка деталей с помощью ЛСТ начинается с установки деталей в сварочную машину с помощью специальной оснастки и последующего прижатия их друг к другу свариваемыми поверхностями. В процессе сварки на свариваемые детали действуют усилия колебаний (осцилляции) в плоскости стыка и усилие осадки в направлении, перпендикулярном плоскости стыка. Величина усилия осцилляции меняется по периодическому закону, что обеспечивает возвратно-поступательные движения одной детали относительно другой. При этом происходит генерация тепла, и металл переходит в вязко-текучее состояние. Усилие осадки необходимо для плотного прижатия свариваемых поверхностей, выдавливания пластичного металла в грат и формирования прочного соединения. Схема процесса ЛСТ приведена на Рис. 1.

Рис. 1. Схема процесса линейной сварки трением

Оснастка должна обеспечивать зажатие деталей с усилиями, превышающими усилия, развиваемые сварочной машиной. При зажатии в оснастке детали испытывают упругое укорочение.

После фиксации деталей в оснастке происходит процесс сварки.

После сварки готовое изделие извлекают из оснастки. На изделие не действуют внешние силы сжатия и возникают внутренние силы системы - кристаллическая решетка стремится вернуться в первоначальное состояние покоя. Образованный в результате сварки стык не позволяет сваренным деталям перемещаться друг относительно друга. Вследствие этого в области сваренного стыка возникают остаточные напряжения (Рис. 2).

Рис. 2. Возникающие после сварки внутренние силы

В настоящей лабораторной работе для исследования остаточных напряжений, возникающих от зажатия деталей в оснастке, использован метод конечных элементов в системе DEFORM 3D.