Сварка трением (Friction Welding, FRW) – это передовая технология соединения разнородных материалов, которые не соединяются при традиционной сварке плавлением. В основе метода лежит использование тепла, которое генерируется трением между соединяемыми поверхностями.
«Необходимая для сварки высокая температура образуется при трении поверхностей под действием вращения одной из деталей и одновременного усилия сжатия. Благодаря этому FRW позволяет получать соединения с улучшенными механическими свойствами и сводит к минимуму дефекты, которые обычно возникают при литье. Сейчас эта технология становится всё более востребованной в авиационном двигателестроении», – рассказали сайту «Авиация России» в пресс-службе Объединённой двигателестроительной корпорации.
Принцип работы FRW прост и элегантен. Механическая энергия трения преобразуется в тепловую, достаточную для того, чтобы материал в зоне соединения перешёл в пластическое состояние. Когда достигается необходимая температура, вращение прекращается и прикладывается осевое давление. Этот процесс обеспечивает вытеснение загрязнений и создаёт условия для диффузионного соединения атомов свариваемых деталей. Фактически, происходит «сращивание» материалов на молекулярном уровне.
Видеоплеер>> смотреть:
Ключевым преимуществом FRW является возможность соединения разнородных материалов, которые практически невозможно соединить традиционными способами. Например, сталь и алюминий, титан и медь. Узкая зона термического влияния сводит к минимуму изменения в микроструктуре материала. Это особенно важно для высокопрочных сплавов, где любые изменения структуры могут привести к ухудшению характеристик. Таким образом, FRW позволяет сохранить исходные свойства материалов в зоне сварки.
Существует несколько разновидностей сварки трением. Ротационная сварка трением (Rotary FRW) – наиболее распространённый метод, который применяется для соединения цилиндрических деталей. Сварка трением с перемешиванием (Friction Stir Welding, FSW) использует вращающийся инструмент для перемешивания материала и широко применяется для алюминиевых сплавов. Линейная сварка трением (Linear FRW) позволяет соединять детали сложной формы с помощью линейных колебательных движений. Ротационная и линейная сварка трением – это критически важные технологии в современном авиадвигателестроении.
Несмотря на все преимущества, у FRW есть и ограничения. Во-первых, необходимо специализированное оборудование. Во-вторых, существуют определённые ограничения по форме свариваемых деталей. В-третьих, после сварки образуется грат, который требует дополнительной обработки. Однако, преимущества FRW часто перевешивают эти недостатки, особенно в тех случаях, когда требуется высокая прочность и надёжность соединения.
Внедрение FRW позволяет снизить вес и увеличить ресурс авиационных двигателей, не снижая при этом прочность сварных соединений. Например, в современных двигателях ПД-14 активно используются технологии сварки трением для изготовления дисков турбин и других ответственных деталей. Это позволило значительно повысить надёжность двигателя, в последующем позволит довести ресурс деталей до уровня иностранных аналогов.
Российские предприятия активно внедряют сварку трением, и перспективы применения технологии выглядят обнадёживающе. Сейчас идёт активное обсуждение возможностей расширения области применения FRW, формулируются конкретные задачи для партнёров. В частности, речь идёт о разработке новых сплавов и режимов сварки, которые будут оптимизированы под конкретные задачи в авиационной промышленности. Это позволит максимально эффективно использовать преимущества FRW при создании авиационных двигателей.
Источник: