Kitkahitsaus

Kitkahitsaus on painehitsausmenetelmä, joka hyödyntää keskinäisestä kitkasta syntyvää lämpöä hitsausten kosketuspäätypintojen suhteellisessa liikkeessä materiaalien luotettavan liitoksen aikaansaamiseksi. Hitsausprosessiin kuuluu paineen kohdistaminen, mikä aiheuttaa kitkaa hitsattavien materiaalien välillä, mikä johtaa lämpötilan nousuun rajapinnalla ja lähellä olevilla alueilla, mikä lopulta saavuttaa termoplastisen tilan. Järkyttävän voiman vaikutuksesta rajapinnan oksidikalvo rikkoutuu, ja materiaali käy läpi plastisen muodonmuutoksen ja virtauksen muodostaen liitoksia rajapintaelementtien diffuusion ja uudelleenkiteytymisen metallurgisten reaktioiden kautta. Tärkeää on, että tämä hitsausprosessi ei vaadi täytemetallia, sulatetta tai suojakaasua, ja koko toimenpide voidaan suorittaa muutamassa sekunnissa.

Korkean paineen aiheuttama suhteellinen kitka kahden hitsatun komponentin pintojen välillä suurilla nopeuksilla aiheuttaa kaksi vaikutusta:

Se poistaa oksidikalvon tai muut epäpuhtaudet liitospinnalta ja paljastaa puhtaan metallin.
Se tuottaa lämpöä ja muodostaa nopeasti termoplastisen kerroksen liitospinnalle. Seuraavan kitkamomentin ja aksiaalipaineen alaisena nämä rikkoutuneet oksidit ja osa muovikerroksesta puristuvat ulos liitospinnasta välähdyksen muodostamiseksi, ja jäljelle jäänyt plastisesti muotoutunut metalli muodostaa hitsimetallin. Lopullinen murtuminen mahdollistaa hitsimetallin edelleen takomisen, jolloin saadaan hyvälaatuinen hitsausliitos.

Hitsausprosessista näkyy, että kitkahitsausliitos muodostuu hitsattavan metallin sulamispisteen alapuolelle, joten kitkahitsaus on puolijohdehitsausmenetelmä.

Kitkahitsaus voidaan luokitella eri tyyppeihin hitsattujen komponenttien erilaisten liiketapojen perusteella.

Hitsaus pyörii akselin ympäri ja se voidaan jakaa suorakäyttöiseen kitkahitsaukseen ja inertiakitkahitsaukseen
Hitsaus ei liiku ja se voidaan jakaa radiaalikitkahitsaukseen ja kitkasekoitushitsaukseen
Muut liikkeet ja ne voidaan jakaa kitkapinnoitukseen, lineaarikitkahitsaukseen ja kiertokitkahitsaukseen

Suorakäyttöinen kitkahitsaus

Tämä on yleinen kitkahitsaustyyppi. Hitsausprosessin aikana työkappaletta käyttää jatkuvasti karamoottori ja se pyörii vakionopeudella. Kunnes määritetty kitkaaika tai kitkamuodonmuutos saavutetaan, työkappale lakkaa välittömästi pyörimästä ja se käännetään ylös hitsausta varten.

info-784-209

Inertiakitkahitsaus

Työkappaleen pyörivä pää on kiinnitetty vauhtipyörään. Hitsausprosessin alussa vauhtipyörä ja työkappaleen pyörivä pää kiihdytetään ensin tiettyyn nopeuteen ja sitten vauhtipyörä irrotetaan päämoottorista. Samalla työkappaleen liikkuva pää liikkuu eteenpäin ja kitkakuumennus alkaa työkappaleen kosketuksen jälkeen. Kitkahitsauksen kuumennusprosessin aikana vauhtipyörää jarruttaa kitkamomentti ja sen pyörimisnopeus laskee vähitellen. Kun pyörimisnopeus saavuttaa nollan, hitsausprosessi päättyy.

Radiaalikitkahitsaus

Kahden putken päätypintoihin on kiinnitetty viisto rengas, joissa on vastakkaiset viisteet. Kitkahitsausprosessissa rengas pyörii ja putken molempiin päihin kohdistuu säteittäistä kitkaa. Kitkavaiheen päätyttyä renkaan pyöriminen pysähtyy ja siihen kohdistetaan häiriöpainetta.

Kitkasekoitushitsaus

Kitkasekoitushitsauksen toimintaperiaate on seuraava: korkean lämpötilan kestävästä kovasta materiaalista valmistettu tietyn muotoinen pyörivä FSW-työkalu käännetään syvälle reunaan, jossa kaksi hitsattavaa materiaalia on liitetty toisiinsa, ja sekoituspäätä säädetään ja kierretty.Kahden hitsauksen liitosreunassa muodostuu suuri määrä kitkalämpöä, jolloin liitoskohtaan muodostuu metalli-muovi pehmennysvyöhyke. Tätä muovista pehmennysvyöhykettä sekoitetaan ja puristetaan sekoituspään vaikutuksesta.Kun tappityökalu pyörii, se virtaa taaksepäin hitsiä pitkin muodostaen muovisen metallivirtauksen ja puristetaan jäähdytysprosessin aikana sekoituspään lähtemisen jälkeen muodostaen kiinteän faasin hitsausliitoksen.

Kitkapinnoitus

Kitkapinnoitus on solid-state-hitsausmenetelmä, jossa pinnoite tai materiaalikerros kerrostetaan alustalle käyttämällä kitkan synnyttämää lämpöä ja painetta. Tätä prosessia hyödynnetään materiaalin pintaominaisuuksien parantamiseen tai halutun ominaisuudet omaavan suojakerroksen luomiseen. Tyypillisesti se sisältää pyörivän kuluvan tangon tai langan käytön, joka tulee kosketukseen substraattimateriaalin kanssa, mikä johtaa merkittävän kitkalämmön muodostumiseen.

Lineaarinen kitkahitsaus

Toinen kahdesta hitsaukseen tarkoitetusta työkappaleesta pysyy paikallaan, kun taas toinen liikkuu edestakaisin tietyllä nopeudella tai molemmat työkappaleet liikkuvat edestakaisin suhteessa toisiinsa. Paineen kohdistamisen avulla kitka kahden työkappaleen rajapinnassa tuottaa lämpöä, mikä helpottaa hitsausprosessia.

Lineaarinen kitkahitsaus

Orbitaalikitkahitsaus

Kiertokitkahitsaus on hiljattain kehitetty hitsausmenetelmä, jota käytetään pääasiassa ei-pyöreiden poikkileikkaustyökappaleiden hitsaukseen

Lineaarisessa kiertoradalla kitkahitsauksessa työkappale seuraa tiettyä lineaarista kiertorataa määrätyllä amplitudilla ja taajuudella. Tämä varmistaa, että värähtelynopeus saavuttaa tarvittavan arvon, jolloin hitsauspintaan voi kohdistua toistuvaa ja suhteellista tärinää ja kitkaa.

Jokainen työkappaleen hiukkanen ympyräradalla kitkahitsauksessa liikkuu suhteessa hitsauspintaan ympyränmuotoista kiertoradalla tasaisella säteellä ja pyörimisnopeudella. Kun liitos saavuttaa hitsauslämpötilan, työkappaleen kitkaliike lakkaa ja hitsausprosessi alkaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että koko kitkahitsausprosessin ajan hitsaukseen tarkoitettu metallipinta käy läpi kitkakuumenemisen etenemisen matalasta korkeaan lämpötilaan. Se kokee jatkuvia muutoksia, joihin liittyy plastinen muodonmuutos, mekaaninen louhinta, tarttuminen ja molekyyliliitos. Tämä johtaa nopean kitkan plastisen muodonmuutoskerroksen muodostumiseen, johon keskittyvät kitkahitsauksen aikana tapahtuvat lämmön muodostumis-, muodonmuutos- ja diffuusioilmiöt. Pysäköinti- ja häiriöhitsausprosessin vaiheissa kitkapinnalla oleva epämuodostunut kerros ja korkean lämpötilan vyöhykkeellä oleva metalli murskautuvat osittain ja työntyvät ulos. Sitten hitsausmetalli takotaan, mikä johtaa korkealaatuisen hitsausliitoksen luomiseen.

Kitkahitsausprosessin ominaisuudet

Lyhyt hitsausrakennusaika ja korkea tuotantotehokkuus
Hitsauksen lämpösyklin aiheuttama hitsauksen muodonmuutos on pieni, hitsin jälkeinen mittatarkkuus on korkea, eikä hitsauksen jälkeistä muodonmuutoskorjausta ja jännityksenpoistoa tarvita.
Korkea koneistus- ja automaatioaste, vakaa hitsauslaatu. Kun hitsausolosuhteet on annettu, toiminta on yksinkertaista eikä vaadi erityisiä hitsausteknikkoja.
Soveltuu erilaisten materiaalien hitsaukseen. Se voi hitsata alumiini-terästä, alumiini-kuparia, titaani-kuparia, metalliyhdisteterästä jne., joita ei voida hitsata tavanomaisella sulatuksella.
Voi saavuttaa saman halkaisijan tai eri halkaisijaltaan olevien tankojen ja putkien hitsauksen
Hitsauksen aikana ei synny savua, valokaaren valoa, haitallisia kaasuja jne., eikä ympäristö saastuta. Samaan aikaan sähköenergiaa säästyy 5-10 kertaa flash-hitsaukseen verrattuna.

Kitkahitsauksella on kuitenkin myös seuraavat haitat ja rajoitukset:

Ei-pyöreiden poikkileikkausten hitsaus on vaikeaa ja vaatii monimutkaisia laitteita; myös levymäisten ohuiden osien ja ohutseinäisten putkiliitosten hitsaus on vaikeaa, koska niitä on vaikea kiinnittää.
Kitkahitsausta on vaikea saavuttaa komponenteille, joiden muoto ja asennuspaikka on määritetty.
Liitokset ovat taipuvaisia välähtämään ja ne on koneistettava hitsauksen jälkeen.
Kiinnitysosa on altis naarmuuntumiselle tai puristusjäljeille

Kitkahitsaus, jolle on tunnusomaista sen korkea laatu, tehokkuus, energiansäästö ja ympäristöystävällisyys, on vähitellen saamassa laajaa käyttöä sekä uusilla että perinteisillä teollisuuden aloilla. Näitä ovat ilmailu, ilmailu, ydinenergia, aseet, autoteollisuus, sähköntuotanto, valtamerien kehitys ja koneiden valmistus.

Ilmailu: lentokoneiden moottorit, polttomoottorien kampiakselin osat

Autonvalmistus: pyörät, raidetangot, pakoventtiilit, roottorit