Kitkahitsaus

Kitkahitsauksella (EN ISO 4063: Prosessi 42) on hitsausprosessin ryhmästä paine hitsauksen . Kaksi osaa liikutetaan suhteessa toisiinsa paineen alaisena, osat koskettavat toisiaan kosketuspinnoilla. Tuloksena oleva kitka saa materiaalin kuumenemaan ja plastisoitumaan. Hankausprosessin lopussa on ratkaisevan tärkeää sijoittaa osat oikein suhteessa toisiinsa ja käyttää suurta painetta. Tämän prosessin etuna on, että niin kutsuttu lämpövaikutusalue on merkittävästi pienempi kuin muissa hitsausprosesseissa ja että liitosvyöhykkeellä ei ole sulan muodostumista. Tuloksena on erittäin hienorakeinen rakenne, jolla on erittäin hyvät liitoskohdan lujuusominaisuudet. Erilaiset materiaalit, kuten alumiini ja teräs, voidaan hitsata yhteen. Metalliseosten, jotka eivät muodosta metalliseoksia, liittäminen toisiinsa on myös mahdollista monissa tapauksissa.

Kiertohitsaus

Vauhtipyörän kitkahitsaus

Pyörivä kitka on paine hitsausprosessin. Ainakin yhdellä liitosvyöhykkeellä liitettävällä osalla on oltava pyörimissymmetrinen muoto. Energiansyöttö syntyy yksinomaan liitettävien osien suhteellisen liikkeen avulla paineen alaisena. Yksi liitettävä osa pysyy paikallaan ja toinen osa asetetaan pyörimään. Sitä käytetään laajalti hitsaamaan eri materiaalilaatuisia liittimiä putkiin (poratangot). Muodostuneet osat liitetään usein putki- tai tankomateriaalilla. Esimerkkejä tästä ovat vetoakselit ja iskunvaimentimien tai hydraulisylinterien männänvarret.

Prosessia on käytetty Saksassa 1970-luvulta lähtien. Monipuolisimmat materiaaliyhdistelmät ovat tämän prosessin suuri etu. Miljoonat polttomoottoreiden pakoventtiilit hitsataan (korkean lämpötilan teräksestä kovettuvaksi teräkseksi), jonka jaksot ovat alle kymmenen sekuntia.

Käytetyt koneet ovat samanlaisia ​​kuin sorvit . Ne sisältävät pyörivän karan ja pyörimättömän vastineen, jotka kiinnitetään aksiaalisesti säädettävälle liukukappaleelle ja painetaan pyörivään osaan. Mitoista riippuen aksiaaliset voimat voivat vaihdella muutamasta 100 N: sta yli 10000 kN: iin (vastaa suunnilleen 1000 tonnin painovoimaa). Vastaavat koneet ovat sitten pöydän tai veturin kokoisia. Sijoitettu kitkahitsaus on (valinnainen) erityissovellus ja vaatii erityisen ohjauksen ja erityisen käyttömoottorin. Sovelluksia tähän ovat kardaaniakselit, perävaunun akselit, nokka-akselit ja akselin vakaajat.

Kitkahitsaus kuvattiin ensimmäisen kerran Chicagon James Bevingtonin patenttihakemuksessa vuonna 1891.

Liukuva kitkahitsaus Yleensä osat hitsataan toisiinsa edestä. Liukuva kitkahitsaus edustaa uudempaa vaihtoehtoa, jossa osat hierotaan toisiinsa radiaalisella limityksellä, ikään kuin. Tämän variantin etuna on samankeskinen vaikutus ja suotuisampi kuidun suuntaus. Haittana on, että esiintyvät prosessivääntömomentit ovat merkittävästi suurempia, mikä puolestaan ​​vaikuttaa kiinnityslaitteiden ja koneiden valintaan.

Pyörivän kitkahitsauksen tutkimus ja soveltaminen

Venäjä

Teollinen hitsaushitsaus alkoi Al Khudikowin patenttihakemuksen yhteydessä. Vladim I. Villin Venäjällä vuonna 1970 tekemä tieteellinen tutkimus selitti taustalla olevat toimintamekanismit, ja se on edelleen vakiintunut työ tästä aiheesta, josta mainitaan usein ympäri maailmaa. Vuonna 1961 yli 30 kitkahitsauskonetta oli jo teollisessa käytössä Venäjällä.

Saksa

Vuonna DDR kehitys kitka hitsaus alkoi vuonna 1967 on tekninen yliopisto Karl-Marx-Stadt mitä nyt Chemnitzissä , joka aloitti tutkimuksen alalla kitkahitsauksesta puolesta ZIS Halle vuonna 1967 . Tutkimusaiheita olivat:

  • Rakentavat ja tekniset työasiakirjat kitkahitsausta varten
  • Laadunvarmistus kitkahitsauksessa
  • Prosessien hallinta kitkahitsauksessa
  • Kitkahitsausliitäntöjen laskeminen
  • Virheiden vaikutus kitkahitsausliitosten kantokykykäyttäytymiseen

Vuodesta 1968 teollisuuskäyttö DDR: ssä tapahtui ensin porausaiheiden (pikateräs / C60-materiaaliseos) työkaluteollisuudessa. Vuodesta 1970 lähtien muilla teollisuuden aloilla, kuten turbiinirakentaminen, laivanrakennus, kytkin- ja moottorirakentaminen, rautatiekulkuneuvojen rakentaminen, kardaaniakselien tuotanto, maatalouskoneiden rakentaminen, moottoripyörien valmistus ja paljon muuta. Vuodesta 1970 lähtien oli myös kitkahitsaustyöryhmä teknologiakamarin puitteissa. Tämän työryhmän jäsenet olivat kitkahitsausta käyttävien yritysten edustajia. Kaksi kertaa vuodessa vaihdettiin vilkasta kokemusta vastaavissa kokouksissa.

DDR: ssä ei ollut konevalmistajaa, joten koneita kehitettiin ja rakennettiin eri teollisuuden aloilla, esim. B. työkaluteollisuudessa kitkahitsauskoneet RSA 20 ja RSA 39 ja maatalouskoneissa pystysuoralla karalla toimiva RSM 50. SR 100 on kehitetty yhteistyössä 10 yrityksen kanssa ja kokoonpanossa työstökoneiden valmistaja. Vuonna neuvoston Keskinäisen taloudellisen avun, oli yhteistyötä erityisesti teknisestä kehityksestä kitkahitsauksesta välillä VNIIESO Leningrad (Neuvostoliiton), IS Gliwice (Puola), VUZ Bratislava (Tsekkoslovakia), MTI Budapest (Unkari), ISIM Timişoara ( ro ) (Romania) ja TU Karl-Marx-Stadt. Vuonna 1985 DDR: ssä oli teollisessa käytössä noin 45 kitkahitsauslaitetta, mainittujen itse valmistamien koneiden lisäksi myös joitain koneita Puolasta ja Ranskasta.

Saksan kitkahitsausprosessia tutkitaan nyt tieteellisesti ja kehitetään edelleen seuraavissa laitoksissa: Forschungszentrum Jülich , Münchenin teknillisen yliopiston työstökoneiden ja teollisuuden johtamisen instituutti (iwb) ja Magdeburg-Stendalin ammattikorkeakoulu . Saksassa Saksan hitsaustekniikan yhdistys ja SLV München ovat huolehtineet alan standardoinnista ja kokemustenvaihdosta vuodesta 1983 lähtien .

Tärkeimmät saksalaiset kitkahitsauskoneiden valmistajat ovat: H&B ​​Omega, Harms & Wende, GS-Steuerungstechnik ja Kuka . Kiertohitsausta käyttävät pääasiassa autonvalmistajat ja niiden toimittajat, mukaan lukien Daimler ja IFA . Prosessia käytetään muun muassa Liebherrin hydraulikaivukoneisiin ja MTU Aero -moottoreihin . Öljy- ja kaasuteollisuudessa UGS Mittenwalde käyttää prosessia putkistojen hitsaamiseen. Saksassa on useita kitkahitsaukseen erikoistuneita yrityksiä, jotka palvelevat eri teollisuudenaloja: AluStir, ITM Zschaler, LimFox GmbH, Raiser ja Schnabel.

Iso-Britannia

Isossa-Britanniassa The Welding Institute kehitti parametrit kiertohitsauksen teolliseen käyttöön sekä lukuisia prosessivaihtoehtoja. Tärkeimmät brittiläiset kitkahitsauskoneiden valmistajat ovat: Blacks Equipment, British Federal, MTI ja Thompson.

Yhdysvallat

Edisonin hitsausinstituutti ajaa merkittävästi prosessin kehitystä. Yhtiö Caterpillar , Rockwell International ja American Manufacturing and Foundry kehittivät ensimmäiset kitkahitsauslaitteet. Nykyään MTI: tä pidetään johtavana konevalmistajana.

Orbitaalinen kitkahitsaus

Orbitaalinen kitkahitsaus ISO 15620: n mukaan on kitkahitsausprosessi. Toisin kuin vastaava kiertohitsaushitsaus, osien ei tarvitse olla pyörimissymmetrisiä. Energiansyöttö tuodaan paineeseen liitettävien osien pyöreän värähtelevän liikkeen avulla - samanlainen kuin kiertohiomakone. Akselien suuntaus pysyy samana. Usean kiertoradan hitsauksessa molemmat komponentit värisevät toisin kuin kiertohitsaushitsauksessa, jota täten kutsutaan "yhden kiertoradan hitsaukseksi".

Kitkasekoitus

Kitkasekoittamisen periaate:
1 Upota pyörivä työkalu 2 Asu lämmön tuottamiseksi 3 Prosessi 4 Pysäytä liike 5 Vedä työkalu ulos 6 Tarkasta valmis hitsisauma

Kitkahitsaustyökalun (Englanti: Kitkahitsaus , FSW, 4063 EN ISO: Prosessi 43) monissa tapauksissa myös, kitkahitsaustyökalun nimeltään, perustettiin vuonna 1991 Wayne Thomas keksi TWI ( The Welding Institute ) on Isossa-Britanniassa patenttisuojan . Kitkasekoitushitsauksessa kitkaenergiaa ei synny liitettävien kahden osan suhteellisesta liikkumisesta, vaan kulumista kestävä pyörivä työkalu.

Prosessivirta on jaettu olennaisesti kuuteen vaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa pyörivä työkalu painetaan suurella voimalla liitosrakoon, kunnes työkalun olkapää lepää komponentin pinnalla. Toisen vaiheen aikana pyörivä työkalu pysyy upotuskohdassa muutaman sekunnin ajan. Työkalun olkapään ja liitoskumppanin välisen kitkan vuoksi olan alla oleva materiaali lämpenee juuri sulamispisteen alapuolelle. Tämä lämpötilan nousu johtaa lujuuden laskuun, joka pehmentää materiaalin ja antaa liitosvyöhykkeen sekoittua. Kun syöttöliike alkaa, alkaa kolmas vaihe, jossa pyörivää työkalua liikutetaan liitoslinjaa pitkin suurella paineella. Paineen gradientti, joka syntyy työkalun etu- ja takaosan välisestä syöttöliikkeestä ja sen pyörimisliikkeestä, aiheuttaa pehmitetyn materiaalin kulkeutumisen työkalun ympärille, joka sekoittuu sinne ja muodostaa sauman. Neljännessä vaiheessa liike pysäytetään sauman päässä. Viidennessä vaiheessa pyörivä työkalu vedetään uudelleen ulos liitosvyöhykkeestä. Kuudennessa vaiheessa valmiit hitsit tarkastetaan visuaalisesti tai tutkitaan rikkomattomilla testausmenetelmillä .

Kitkasekoitushitsauksen tunnusomaisen prosessisekvenssin vuoksi prosessi soveltuu erityisen hyvin alumiiniseoksille. Alumiiniseosten sulahitsauksen aikana tapahtuvan vaihesiirron aiheuttamia ongelmia, kuten kuumahalkaisu ja huokosten muodostuminen, ei esiinny kitkasekoitushitsauksessa neste- tai höyryfaasin puuttumisen vuoksi.

Pyörivä, kulutusta kestävä, hieman kallistettu kitkasekoitustyökalu painetaan liitosrakoon ja siirretään oikealta vasemmalle
Kitkasekoitustyökalu, joka kiinnittää säiliön avaruussukkulaan

Prosessitekniikan kannalta on yhteys taontaan ja suulakepuristamiseen, toisaalta materiaali puristetaan pystysuoraan työkappaleen pintaan kohdistuvalla voimalla lämmön syöttämisen avulla ja toisaalta osittain muovimateriaali puristetaan alaspäin pyörivän työkalun geometrian aiheuttama turbulenssi. Ekstruusio kanava on luotu, joka ulottuu juuri sauma (jota kutsutaan myös hitsin nugetti ). Liitettävät työkappaleet pysyvät paikallaan. Sauman erityinen muotoilu ennen hitsausta ei ole tarpeen.

Työkalu koostuu olakkeesta, joka on järjestetty kohtisuoraan hitsaustappiin nähden ja jonka halkaisija on suurempi kuin itse hitsaintappi. Olkapää voidaan kuvitella puolikuoreksi, joka on tarkoitettu eristämään ympäröivä ilma hitsisaumasta. Hitsaustappi on vastuussa materiaalin pyörteestä. Työkalun kaltevuus työkappaleen pintaan on noin 2 ° - 3 ° lävistysjärjestelyssä. Itse työkalussa on vähän kulumista, ja sitä voidaan käyttötarkoituksesta riippuen käyttää useita kilometrejä hitsisaumaa.

Kitkasekoitushitsauksen edut

  • Lisämateriaalit eivät ole tarpeen
  • korkeat saavutettavat saumanlujuudet
  • ei tarvita suojakaasua
  • suhteellisen yksinkertainen prosessivirta
  • laaja valikoima sekaliitoksia mahdollista
  • suhteellisen alhaiset lämpötilat (alumiinissa noin 550 ° C hitsisauman pinnalla) ja siten vähän vääristymiä

Prosessia käytetään myös paikallisten ominaisuuksien parantamiseen ja huokosten sulkemiseen valurakenteissa. Termiä FSP ( kitkasekoituskäsittely ) käytetään usein FSW: n ( kitkasekoitushitsaus ) sijaan.

Haaste käytettäessä kitkasekoitusta

  • Suhteellisen suuret prosessivoimat seoksen ja komponentin paksuudesta riippuen 1 kN - reilusti yli 20 kN
  • rajoitettu 3D-ominaisuus johtuen tarvittavasta kosketuksesta olkapäästä komponenttiin
  • Hitsaussauman päässä oleva reikä työkalun ulostulon kautta. Ratkaisu tähän löydettiin automaattisesti sisäänvedettävällä hitsaustapilla (englanniksi: retractable pin tool , RPT).

Kitkasekoituksella voidaan yhdistää eri materiaaleista valmistettuja levyjä, joiden paksuus on yli 30 mm. Saavutettavat hitsaussyvyydet ja hitsausnopeudet riippuvat suuresti liitettävästä materiaalista ja vähenevät yleensä lujuuden ja kovuuden kasvaessa. Prosessivoimat kasvavat voimakkaasti materiaalin lujuuden ja kovuuden kasvaessa. Siksi prosessia käytetään pääasiassa alumiiniin. Sekoitettuja liitoksia ruostumattomaan teräkseen, kupariin tai magnesiumiin valmistetaan myös sarjana. On myös mahdollista liittää metallivaahdot ja alumiini-terässeokset.

FSW: tä käytetään esimerkiksi suurten komponenttien hitsaamiseen. Sovellusesimerkkejä ovat lentokoneteollisuus, avaruusmatkat, laivanrakennus, rautatiekulkuneuvojen rakentaminen ja autojen rakentaminen. Pienempien komponenttien sarjatuotanto tapahtuu muun muassa elintarviketekniikassa, maatalouskoneissa tai plug-in-hybridien jäähdyttimissä (PHEV). Lääketieteellisen tekniikan osalta alumiini-teräsliitännät hitsataan myös sarjaan. Geesthachtissa sijaitseva RIFTEC GmbH on tärkeä saksalainen kitkasekoittajan toimittaja sopimusvalmistuksena. Omaan tuotantoon tarkoitettujen FSW-koneiden valmistajiin kuuluvat mm. Grenzebach, Fooke ja Stirtec.

Toinen esimerkki on Mazda RX-8: n takaovet . Tällöin ei hitsata jatkuvaa saumaa, vain pisteet. Tätä kutsutaan myös kitkahitsaus pistehitsaus (Englanti: kitkahitsaus paikalla hitsaamalla, FSSW ). Työkalu suorittaa yleensä vain pystysuuntaisen liikkeen täällä.

Perinteisesti FSW: lle käytetään erikoiskoneita, jotka on erityisesti suunniteltu tai muunnettu vastaamaan tämän prosessin vaatimuksia. Tricept-robottijärjestelmiä käytetään toisinaan. FSW: ssä käytetään nyt myös tavanomaisia ​​tuotantotyökaluja kustannusten vähentämiseksi ja joustavuuden lisäämiseksi. Esimerkiksi FSW-prosessi on tällä välin toteutettu työstökoneilla tai tavallisilla teollisuusroboteilla.

Hybridi variantti kitkahitsaus pyörivällä työkalulla on LAFSW hitsaus ( laseravusteisilla kitkahitsaus pyörivällä työkalulla ). Tässä variantissa lisätään lämpöenergiaa lasersäteellä, joka kulkee välittömästi pyörivän työkalun edessä. Tämän on tarkoitus muun muassa vähentää pystysuoraa voimaa työntäessä FSW-työkalu työkappaleeseen ja lisätä hitsausnopeutta. Laserin ansiosta tämä prosessivariantti lisää koneen investointikustannuksia.

kirjallisuus

  • Hitsausinsinöörikoulutuksen asiantuntijaryhmä: liittyminen hitsaustekniikkaan. 6., tarkistettu. Painos. DVS Verlag, Düsseldorf 2004, ISBN 3-87155-786-2 .
  • U. Dilthey, A. Brandenburg: Hitsausvalmistusprosessit. Osa 3: Hitsausten suunnittelu ja lujuus. 2. painos. Springer Verlag, 2001, ISBN 3-540-62661-1 .
  • K.-J. Matthes, E. Richter: Hitsaustekniikka. Fachbuchverlag Leipzig julkaisussa Carl Hanser Verlag, 2002, ISBN 3-446-40568-2 .

nettilinkit

Commons : Kitkahitsaus  - Kokoelma kuvia, videoita ja äänitiedostoja
Wikisanakirja: Kitkahitsaus  - selitykset merkityksille, sanan alkuperälle, synonyymeille, käännöksille

Yksittäiset todisteet

  1. ↑ Gerd Witt et ai .: Valmistusteknologian taskukirja. Carl Hanser Verlag, München 2006, ISBN 3-446-22540-4 ( rajoitettu esikatselu Google- teoshaulla ).
  2. ↑ James H.Bevington: Putkikehrämenetelmä langan, tankojen jne. Päiden hitsaamiseksi ja putkien valmistustapa. Yhdysvaltain patentti nro 463134, 1891.
  3. ↑ AI Chudikov: Kitkahitsaus . Venäjän patentti nro 106270, päivätty 16. helmikuuta 1956.
  4. ↑ VI Vill: Svarka metallov treniem. UPP Lensovnarkkhoz, Leningrad, 25. kesäkuuta 1959. Ja metallien kitkahitsaus (käännetty venäjältä), American Welding Society ja Reinhold Publishing, helmikuu 1962.
  5. ^ KJ Matthes ja W.Schneider: Hitsaustekniikka - metallimateriaalien hitsaus. 6. päivitetty painos, Fachbuchverlag Leipzig, Carl Hanser Verlag München, 2016. ISBN 978-3-446-44561-1 , e-kirja ISBN 978-3-446-44554-3 .
  6. ↑ b c Dietmar Schober kanssa yhteistyössä Alexis Neumann: Kitka hitsausta: rakentaminen, tekniikka, laadunvarmistus. DVS-viitekirjasarjan hitsaustekniikka, osa 107, 1991, ISBN 3-87155-124-4
  7. ↑ Marc Lotz: Vauhtipyörän kitkahitsauksen valmistustarkkuuden lisääminen mallipohjaisilla ohjausmenetelmillä Herbert Utz Verlag, 2012.
  8. B a b c DVS - Saksan hitsaus- ja liittoprosessien yhdistys e. V. - Teknologiakomitea: Sekakomitea DVS / DIN AG V 11.1 / NA 092-00-24 AA “Kitkahitsaus”.
  9. ^ Ludwig Appel (GSI mbH, SLV Münchenin sivuliike): Ajankohtaista tietoa kitkahitsauksesta. Julkaisussa: 23. Kitkahitsauksen kokemusten vaihto. SLV München, 12. maaliskuuta 2019.
  10. ↑ Salama- ja kitkahitsaus. Luennot samannimisessä erityiskokouksessa Braunschweigissä 8. - 9. Maaliskuu 1983. DVS raportoi osa 77, ISBN 3-87155-382-4 .
  11. ↑ Hitsaus- ja kitkahitsaus niihin liittyvillä prosesseilla. Luennot kolmannessa kansainvälisessä DVS-konferenssissa Stuttgartissa 5. – 6. Huhtikuuta. Joulukuu 1991. DVS raportoi nide 139, ISBN 3-87155-444-8 .
  12. ↑ Till Maier (KUKA Deutschland GmbH, Augsburg): KUKA SmartConnect.frictionwelding - Industry 4.0 -ratkaisut kitkahitsauskoneille. Julkaisussa: 23. Kitkahitsauksen kokemusten vaihto. SLV München, 12. maaliskuuta 2019.
  13. ↑ David Schmicker (IFA Rotorion Powertrain GmbH, Haldensleben): kardaaniakselin komponenttien tuotekehitys. Julkaisussa: 23. Kitkahitsauksen kokemusten vaihto. SLV München, 12. maaliskuuta 2019.
  14. ↑ Thomas Faber (UGS Geotechnologie-Systeme GmbH, Mittenwalde): Putkien kitkahitsaus syvään poraukseen. Julkaisussa: 23. Kitkahitsauksen kokemusten vaihto. SLV München, 12. maaliskuuta 2019.
  15. ↑ AluStir: kiertohitsaus .
  16. ↑ Baijerin tutkimusrahasto : Orbitaalihitsaushitsaus - uusi avainteknologia metallimateriaalien liittämiseen
  17. ↑ patentti WO9310935 : Parannukset kitkahitsaukseen. Rekisteröity 27. marraskuuta 1992 , keksijät: WM Thomas, ED Nicholas, JC Needham, MG Murch, CJ Dawes, P. Temple-Smith. ‌
  18. ↑ Göttmann ym.: DC04-miedosta teräksestä ja alumiinista AA6016 valmistettujen kitkasekoitettujen hitsattujen aihioiden ominaisuudet .
  19. Car James Careless: Hitsaussekoitus. Kitkahitsattujen hitsien ymmärtäminen ja korjaaminen. Julkaisussa: AviationPros.com. 6. heinäkuuta 2007, käytetty 31. tammikuuta 2021 .
  20. ^ Friction Stir Welding, National Center for Advanced Manufacturing, Louisiana ( 20. tammikuuta 2012 muisto Internet-arkistossa ).
  21. ↑ J. Przydatek: Laivan luokitusnäkymä kitkasekoitushitsauksesta . Julkaisussa: Proceedings of 1st International Friction Stir Welding Symposium. Thousand Oaks (USA) 14.-16. Kesäkuu 1999.
  22. ↑ Fred Delany, Stephan W Kallee, Mike J Russell: Alumiinilaivojen kitkasekoitus . TWI Ltd, käyty 1.5.2014 .
  23. ^ Stephan W.Kallee, John Davenport, E.Dave Nicholas: Rautateiden valmistajat toteuttavat kitkasekoitushitsauksen . American Welding Society, arkistoitu alkuperäisestä ; luettu 29. tammikuuta 2008 .
  24. ↑ Robottiohjattu kitkasekoitus. (Projektikuvaus) (Ei enää saatavilla verkossa.) Münchenin teknillisen yliopiston työstökoneiden ja teollisuuden hallinnan instituutti, arkistoitu alkuperäisestä 30. kesäkuuta 2008 ; Haettu 29. tammikuuta 2008 .
  25. ↑ George Völlner: kitkasekoitus hitsaamalla raskailla teollisuusroboteilla. Herbert Utz Verlag, München 2010, ISBN 978-3-8316-0955-0 . (PDF-muodossa (8,2 Mt) verkossa IWB: ssä , TU Münchenissä)