Hõõrdkeevitus on survekeevitusmeetod, mis kasutab ära vastastikusest hõõrdumisest tekkivat soojust keevisõmbluste kontaktpindade suhtelise liikumise ajal, et saavutada materjalide usaldusväärne ühendus. Keevitusprotsess hõlmab surve rakendamist, mis kutsub esile hõõrdumise keevitatavate materjalide vahel, mis põhjustab temperatuuri tõusu liideses ja lähedalasuvates piirkondades, saavutades lõpuks termoplastilise oleku. Ärritava jõu mõjul katkeb liidese oksiidkile ning materjal läbib plastilise deformatsiooni ja voolamise, moodustades liidese elementide difusiooni ja ümberkristallimise metallurgiliste reaktsioonide kaudu liigeseid. Oluline on see, et see keevitusprotsess ei vaja täitemetalli, räbusti ega kaitsegaasi ning kogu protseduuri saab lõpule viia vaid mõne sekundiga.
Kõrgsurvest põhjustatud suhteline hõõrdumine kahe keevitatud komponendi pindade vahel suurel kiirusel annab kaks mõju:
- See eemaldab vuugipinnalt oksiidkile või muud saastekihid, paljastades puhta metalli.
- See tekitab soojust ja moodustab vuugipinnale kiiresti termoplastse kihi. Järgneva hõõrdemomendi ja aksiaalrõhu all pressitakse need purunenud oksiidid ja osa plastkihist vuugipinnast välja, moodustades välgu ning ülejäänud plastiliselt deformeerunud metall moodustab keevismetalli. Lõplik segamine võimaldab keevismetalli edasi sepistada, mille tulemuseks on hea kvaliteediga keevisliide.
Keevitusprotsessist on näha, et hõõrdkeevitusliide moodustatakse allapoole keevitatava metalli sulamistemperatuuri, seega on hõõrdkeevitus tahkiskeevitusmeetod.
Hõõrdekeevitus võib keevitatud komponentide erinevate liikumisviiside alusel liigitada erinevatesse tüüpidesse.
- Keevitus pöörleb ümber telje ja selle saab jagada otseajamiga hõõrdekeevituseks ja inertsiaalseks hõõrdekeevituseks
- Keevitus ei liigu ja selle saab jagada radiaalhõõrdekeevituseks ja hõõrdkeevituseks
- Muud liikumised ja neid saab jagada hõõrdkatteks, lineaarseks hõõrdekeevituseks ja orbitaalhõõrdekeevituseks
Otseajamiga hõõrdkeevitus
See on levinud hõõrdekeevitus. Keevitusprotsessi ajal juhib töödeldavat detaili pidevalt spindli mootor ja see pöörleb püsiva kiirusega. Kuni kindlaksmääratud hõõrdeaja või hõõrdedeformatsiooni saavutamiseni lõpetab toorik koheselt pöörlemise ja see pööratakse keevitamiseks üles.
Inerts-hõõrdkeevitus
Töödeldava detaili pöörlev ots kinnitatakse hooratta külge. Keevitusprotsessi alguses kiirendatakse hooratas ja tooriku pöörlev ots esmalt teatud kiiruseni ning seejärel ühendatakse hooratas põhimootorist lahti. Samal ajal liigub tooriku liikuv ots edasi ja pärast tooriku kokkupuudet algab hõõrdekuumutamine. Hõõrdekeevituse kuumutusprotsessi ajal pidurdab hooratast hõõrdemoment ja selle pöörlemiskiirus väheneb järk-järgult. Kui pöörlemiskiirus jõuab nullini, lõpeb keevitusprotsess.
Radiaalne hõõrdkeevitus
Kahe toru otsapindadele, millel on vastassuunalised kalded, kinnitatakse kaldrõngas. Hõõrdekeevitusprotsessis rõngas pöörleb ja mõlemale toruotsale avaldatakse radiaalset hõõrdumist. Hõõrdefaasi lõppedes peatatakse rõnga pöörlemine ja rakendatakse pöörderõhku.
Hõõrdkeevitus
Hõõrd-segamiskeevituse tööpõhimõte on järgmine: kõrge temperatuurikindlast kõvast materjalist valmistatud kindla kujuga pöörlev FSW tööriist pööratakse sügavale serva sisse, kus kaks keevitatavat materjali on ühendatud, ning segamispea reguleeritakse ja pööratud.Kahe keevisõmbluse ühendusservas tekib suur hulk hõõrdesoojust, mille tulemusena tekib ühenduses metallplastist pehmendustsoon. Seda plastist pehmendustsooni segatakse ja pigistatakse segamispea toimel.Kui tihvti tööriist pöörleb, voolab see tagasi piki keevisõmblust, moodustades plastilise metallivoolu, ja ekstrudeeritakse jahutusprotsessi ajal pärast segamispea lahkumist, moodustades tahkefaasilise keevisühenduse.
Hõõrdumine
Hõõrdumine on tahkiskeevitusmeetod, mille käigus kate või materjalikiht sadestatakse aluspinnale, kasutades hõõrdumisel tekkivat soojust ja rõhku. Seda protsessi kasutatakse materjali pinnaomaduste parandamiseks või soovitud omadustega kaitsekihi loomiseks. Tavaliselt hõlmab see pöörleva kuluvarda või traadi kasutamist, mis puutub kokku substraadi materjaliga, põhjustades märkimisväärse hõõrdesoojuse teket.
Lineaarne hõõrdkeevitus
Üks kahest keevitamiseks mõeldud toorikust jääb paigale, teine aga liigub vastastikku kindla kiirusega või liiguvad mõlemad toorikud üksteise suhtes edasi-tagasi. Surve rakendamisel tekitab kahe tooriku vahelises liideses tekkiv hõõrdumine soojust, hõlbustades seeläbi keevitusprotsessi.
Lineaarne hõõrdkeevitus
Üks kahest keevitamiseks mõeldud toorikust jääb paigale, teine aga liigub vastastikku kindla kiirusega või liiguvad mõlemad toorikud üksteise suhtes edasi-tagasi. Surve rakendamisel tekitab kahe tooriku vahelises liideses tekkiv hõõrdumine soojust, hõlbustades seeläbi keevitusprotsessi.
Orbitaalne hõõrdkeevitus
Orbitaalne hõõrdekeevitus on äsja välja töötatud keevitusmeetod, mida kasutatakse peamiselt mitteringikujulise ristlõikega toorikute keevitamiseks
Lineaarsel orbiidil hõõrdekeevitamisel järgib toorik kindlat lineaarset orbiiti, millel on määratletud amplituudi ja sagedus. See tagab, et vibratsiooni kiirus saavutab vajaliku väärtuse, võimaldades keevituspinnal korduvat ja suhtelist vibratsiooni ja hõõrdumist.
Ringikujulisel orbiidil hõõrdkeevitusel töödeldava detaili iga osake liigub keevituspinna suhtes piki ringikujulist orbiidi ühtlase raadiuse ja pöörlemiskiirusega. Kui vuuk saavutab keevitustemperatuuri, lakkab tooriku hõõrdumine ja keevitusprotsess algab.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kogu hõõrdkeevitusprotsessi vältel läbib keevitamiseks mõeldud metallpind hõõrdekuumutamise progresseerumist madalalt kõrgele temperatuurile. See kogeb pidevaid muutusi, mis hõlmavad plastilist deformatsiooni, mehaanilist kaevamist, adhesiooni ja molekulaarset ühendust. Selle tulemusena moodustub kiire hõõrdumise plastiline deformatsioonikiht, kuhu koonduvad hõõrdkeevitusel tekkivad soojuse tekke, deformatsiooni ja difusiooni nähtused. Parkimise ja segava keevitusprotsessi etapis purustatakse ja väljutatakse osaliselt hõõrdepinna deformeerunud kiht ja kõrge temperatuuriga tsoonis olev metall. Seejärel läbib keevismetall sepistamise, mille tulemusel luuakse kvaliteetne keevisliide.
Hõõrdkeevitusprotsessi omadused
- Lühike keevitamise ehitusaeg ja kõrge tootmise efektiivsus
- Keevituse termilise tsükli põhjustatud keevitusdeformatsioon on väike, keevitusjärgne mõõtmete täpsus on kõrge ning keevitusjärgse deformatsiooni korrigeerimise ja pinge vähendamise vajadus puudub.
- Kõrge mehhaniseerituse ja automatiseerituse tase, stabiilne keevituskvaliteet. Kui keevitustingimused on antud, on toiming lihtne ega vaja spetsiaalseid keevitustehnikuid.
- Sobib erinevate erinevate materjalide keevitamiseks. Sellega saab keevitada alumiinium-terast, alumiinium-vask, titaan-vask, intermetalliline liitteras jne, mida tavapärasel sulatamisel ei saa keevitada.
- Saab saavutada sama läbimõõduga või erineva läbimõõduga varraste ja torude keevitamise
- Keevitamisel ei teki suitsu, kaarevalgust, kahjulikke gaase jms ning keskkonda ei saastata. Samal ajal säästetakse elektrienergiat võrreldes kiirkeevitusega 5-10 korda.
Kuid hõõrdekeevitamisel on ka järgmised puudused ja piirangud:
- Mitteringikujuliste ristlõigete keevitamine on keeruline ja nõuab keerulisi seadmeid; samuti on keeruline keevitada kettakujulisi õhukesi detaile ja õhukeseseinalisi toruliitmikke, sest neid on raske klambriga kinnitada.
- Raske on saavutada hõõrdkeevitust komponentidele, mille kuju ja montaažiasend on kindlaks määratud.
- Vuugid kipuvad välkuma ja neid tuleb pärast keevitamist töödelda.
- Kinnitusosa on altid kriimustustele või kinnitusjälgedele
Hõõrdkeevitus, mida iseloomustavad selle kõrge kvaliteet, tõhusus, energiasäästlikkus ja keskkonnasõbralikkus, on järjest laialdast kasutust leidnud nii uutes kui ka traditsioonilistes tööstussektorites. Nende hulka kuuluvad lennundus, kosmosetööstus, tuumaenergia, relvastus, autotööstus, elektritootmine, ookeanide arendamine ja masinate tootmine.
Lennundus: lennukimootorid, sisepõlemismootorite väntvõlli osad
Autotootmine: rattad, roolivardad, väljalaskeklapid, rootorid
