마찰 용접: 원리, 분류, 공정, 영향 요인

1. 마찰 용접의 원리

I. 마찰 용접의 원리와 분류

(1) 마찰 용접의 원리

마찰 용접: 용접 부품의 접촉면이 상대 운동하면서 상호 마찰에 의해 발생하는 열을 이용하여 안정적인 재료 연결을 달성하는 압력 용접 방식입니다.

용접 공정은 용접 대상 재료가 상대적인 움직임으로 인해 마찰을 발생시켜 계면과 주변 온도가 상승하고 열가소성 상태에 도달하는 압력 하에서 이루어집니다.

역력이 작용하면 계면 산화막이 부서지고 재료가 소성 변형 및 흐름을 겪으며 계면 원소 확산 및 재결정 야금 반응을 통해 접합부가 형성됩니다.

그리고 용접 프로세스 는 필러 금속을 추가하지 않고, 플럭스가 필요하지 않으며, 보호 가스를 사용하지 않습니다. 전체 용접 프로세스는 몇 초밖에 걸리지 않습니다.

두 용접부의 접합 표면 사이의 압력에 의한 고속 상대 마찰은 두 가지 효과를 낳습니다:

1) 조인트 표면의 산화막이나 기타 오염층을 파괴하여 깨끗한 금속을 노출시킵니다;

2) 열을 발생시켜 조인트 표면에 열가소성 층을 빠르게 형성합니다. 이후 마찰 토크와 축 방향 압력 하에서 이러한 파쇄 된 산화물과 플라스틱 층의 일부가 접합 표면 밖으로 압출되어 플래시를 형성하고 나머지 플라스틱 변형 금속이 용접 금속을 구성합니다. 최종 업셋은 용접 금속이 추가 단조 과정을 거쳐 좋은 품질의 용접 조인트.

용접 공정에서 마찰 용접 조인트가 용접 금속의 융점 아래에 형성되는 것을 볼 수 있으므로 마찰 용접은 고체 용접 방식에 속합니다.

(2) 마찰 용접의 분류:

마찰 용접은 공작물 회전, 고정된 공작물, 기타 움직임의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 이 세 가지를 다시 다음과 같이 나눌 수 있습니다:

1. 공작물 회전:

• 연속 마찰 용접
• 관성 마찰 용접

2. 고정된 공작물:

• 방사형 마찰 용접
• 교반 마찰 용접

3. 3. 기타 움직임:

• 마찰 표면 처리
• 선형 마찰 용접
• 궤도 마찰 용접

2. 마찰 용접의 분류

(1) 연속 마찰 용접

이것은 일반적인 마찰 용접 유형입니다. 용접 공정 중에 공작물은 스핀들 모터에 의해 지속적으로 구동되어 지정된 마찰 시간 또는 마찰 변형량에 도달할 때까지 일정한 속도로 회전합니다. 그런 다음 공작물은 즉시 회전을 멈추고 단조 용접을 시작합니다.

• 1. 회전
• 2. 제동
• 3a. 회전 고정 장치
• 3b. 비회전 고정 장치
• 4a. 회전하는 공작물
• 4b. 비회전 공작물
• 5. 공작물 실린더

(2) 관성 마찰 용접

공작물의 회전 끝이 플라이휠에 고정됩니다. 용접 공정이 시작되면 플라이휠과 공작물의 회전 끝이 특정 속도로 가속되고 플라이휠이 메인 모터에서 분리됩니다.

동시에 공작물의 움직일 수 있는 끝이 앞으로 움직입니다. 공작물이 접촉한 후 마찰 열이 발생하기 시작합니다. 마찰 용접 가열 과정에서 플라이휠은 마찰 토크에 의해 제동되고 속도는 점차 감소합니다. 속도가 0에 도달하면 용접 프로세스가 종료됩니다.

• 1- 회전
• 2- 조절 가능한 관성 본체
• 3a- 회전 클램프
• 3b- 비회전 클램프
• 4a- 회전하는 공작물
• 4b- 비회전 공작물
• 5- 공작물 실린더

(3) 방사형 마찰 용접

표면이 경사진 환형 링이 분할 개구부가 있는 파이프의 끝 표면에 장착됩니다. 마찰 용접 중에 링이 회전하고 두 파이프 끝단에 방사형 마찰력이 가해집니다. 마찰이 끝나면 링의 회전이 멈추고 업셋 압력이 가해집니다.

• 1 - 회전 링
• 2 - 용접할 튜브
• n - 링 속도
• P_o - 축 단조 압력
• P - 반경 방향 압력

(4) 마찰 교반 용접

마찰 교반 용접의 작동 원리는 다음과 같습니다: 고온에 견디는 단단한 재료로 만든 특정 모양의 교반 바늘을 회전시켜 용접할 두 재료의 가장자리에 깊숙이 삽입합니다.

교반 헤드는 회전을 조정하여 두 용접부의 가장자리에 많은 양의 마찰 열을 발생시켜 연결부에 금속 플라스틱 연화 구역을 형성합니다.

이 플라스틱 연화 구역은 교반 헤드의 작용으로 교반되고 압착되어 뒤로 흐르며 용접 솔기 교반 헤드의 회전과 함께 플라스틱 금속 흐름을 형성합니다. 교반 헤드가 떠난 후 냉각 공정에서 압착되어 고상 용접 조인트를 형성합니다.

(5) 마찰 표면

표면 금속 막대가 고속으로 회전하며 모재에 마찰 압력을 가합니다. 모재의 부피가 크고 열전도가 우수하며 냉각 속도가 빠르기 때문에 마찰 표면은 표면 금속과 모재 사이의 계면에서 표면 금속 측으로 이동합니다.

동시에 표면 금속은 응고되어 모재 금속으로 전이되어 표면 용접을 형성합니다. 모재가 표면 금속 막대를 기준으로 회전하거나 움직이면 모재에 표면 용접 이음새가 형성됩니다.

• 1- 표면 금속 막대
• 2- 표면 처리된 부분
• 3- 표면 용접 이음새

(6) 선형 마찰 용접

용접할 두 공작물 중 하나는 고정되어 있고 다른 하나는 일정한 속도로 앞뒤로 움직이거나 두 공작물이 서로에 대해 상대적으로 움직입니다. 압력의 작용으로 두 공작물의 인터페이스가 마찰로 인해 열을 발생시켜 용접이 이루어집니다.

(7) 궤도 마찰 용접

궤도 마찰 용접은 새로 개발된 용접 방법으로, 주로 원형이 아닌 단면의 공작물을 용접하는 데 사용됩니다.

직선 궤도 마찰 용접의 경우 공작물은 일정한 진폭과 주파수로 직선 트랙을 따라 이동하여 진동 속도가 필요한 값에 도달하도록 보장합니다. 용접 표면 상대적으로 반복적인 진동 마찰을 수행합니다.

원형 궤도 마찰 용접의 경우, 공작물의 각 질점들이 동일한 반경과 속도로 움직이며 원형 궤도를 따라 이동하여 용접 표면이 상대적인 이동 마찰을 일으킵니다. 조인트가 가열된 후 용접 온도를 누르면 공작물의 마찰 운동이 중지되고 업셋이 수행됩니다.