Vue d'ensemble du soudage par friction par inertie

Qu'est-ce que le soudage par friction par inertie?

Le soudage par friction par inertie est un procédé de soudage à l'état solide qui relie les matériaux en utilisant la rotation et le frottement pour générer de la chaleur,et force latérale pour déplacer plastiquement le matériau et fusionner les pièces ensemble.

Depuis son développement précoce, ROSCHEN est devenu une méthode de soudage préférée dans un certain nombre d'industries, allant de l'automobile et de l'aérospatiale à l'agriculture et au forage,pour les applications d'impression et d'emballage.

Comme la technologie et l'automatisation se sont développées au cours des dernières décennies, le soudage par friction par inertie continue d'être l'une des méthodes de traitement des métaux les plus rentables disponibles.

Comment fonctionne le soudage par friction par inertie

soudage par friction par inertieest une variante du soudage par friction qui utilise l'énergie cinétique avec une force latérale appliquée pour joindre les pièces.L'énergie cinétique est obtenue à l'aide de roues volantes, un ensemble de roues lourdes utilisées pour stocker l'énergie de rotation..

La quantité d'énergie cinétique requise est déterminée par deux facteurs: le type de matériaux à assembler et la géométrie de la soudure.

Une fois le matériau et la géométrie connus, il est possible de précalculer la quantité d'énergie cinétique qui sera nécessaire pour la soudure.

Les progrès technologiques et les développements dans le processus de soudage ont facilité la découverte et la reproduction des rapports énergie cinétique/rotation.résultant en des temps de cycle accélérés et une facilité de répétabilité non trouvée dans les techniques de soudage traditionnelles.

Une analyse étape par étape du soudage par friction par inertie

1. Préparation

Déterminez les facteurs de soudage clés: masse du volant, vitesse de rotation, force de poussée latérale.

2. Rotation avant le contact

Une machine de soudage par frottement par inertie ressemble à un tour d'atelier classique, sauf qu'un côté, un tour est fixé à un volant qui a une masse spécialement déterminée.

Ce rouleau maintient un composant de la soudure, tandis qu'un rouleau non rotatif (qui se déplace axiellement sous pression hydraulique) face opposée maintient l'autre.

Le volant va commencer à tourner rapidement, jusqu'à une vitesse prédéterminée et stocker de l'énergie cinétique.

3. Contact et frottement

Une fois que le volant atteint la vitesse et le niveau d'énergie cinétique requis, le moteur de la broche est éteint et débranché (état de roue libre).Le bélier hydraulique non tournant forcera la pièce statique dans la pièce tournante, provoquant une friction extrême.

Ce frottement chauffe les deux matériaux, ramolissant les surfaces de soudage des pièces (sans fondre) au point qu'elles sont capables de se lier sous une pression latérale considérable.

4Décélération et liaison

Au fur et à mesure que les pièces sont comprimées, l'énergie cinétique de la masse du volant continue de faire tourner le composant, en travaillant à chaud l'interface métallique, en éliminant les impuretés ou les vides,et raffinant la surface du grain,.

La science derrière la détermination de la masse du volant et de la vitesse de rotation est essentielle pour créer une liaison extrêmement forte.et les composants deviendront trop chauds et risquent une liaison inégale ou inefficace (et une perte de matériau); éteignez le moteur trop tôt et les pièces ne seront pas assez chaudes pour coller.

5- Complémentation et essais

Lorsque le volant s'arrête complètement, la soudure est terminée et le processus de soudage est terminé.les étapes 02-04 prennent entre 15 et 45 secondes selon la taille et la composition des matériaux. (Pour référence, si vous lisez à une vitesse moyenne de 300 mots par minute, un rouleau aurait pu être fabriqué en moins de temps que pour lire les étapes 02-04.)

 

Avantages du soudage par friction par inertie

Réduction significative du temps de cycle

Il est difficile d'exagérer l'importance de la réduction du temps de cycle grâce à un procédé de soudage par friction.

1. Processus contrôlé par machine

Les facteurs qui sont essentiels pour réguler la soudure (vitesse de rotation, masse du volant et force de poussée) sont contrôlés par la machine, ce qui entraîne une variation minimale (le cas échéant) entre chaque produit,à la différence des procédés de soudage MIG ou TIG.

2- Conséquence et répétabilité extrêmes

Une fois ces facteurs déterminés (processus rapide pour les soudeurs expérimentés), un composant peut être rapidement reproduit avec peu d'interruption dans le processus,créer une extrême cohérence et répétabilité pour presque tous les projets.

3- préparation minimale des composants

A minimally prepared saw-cut surface is suitable for the inertia friction welding process because the displacement of plastic metal eliminates original surface conditions and expels any contaminants from the weld zone.

4. Le minimum d'usinage post-soudure requis

La technique de soudage par friction par inertie produit des composants de forme presque nette qui nécessitent un post-usinage minimal.

5En général, le temps de traitement est plus rapide.

En termes simples, le processus de soudage par friction par inertie ne prend pas beaucoup de temps par rapport aux techniques traditionnelles de soudage ou d'usinage.

Joindre des métaux différents

Normalement, la grande différence entre les points de fusion de deux métaux différents (par exemple l'acier inoxydable et l'aluminium;Le solde des métaux (comme le cuivre et l'acier) rendrait impossible leur soudage par des techniques traditionnelles., et nécessiterait une sorte de connexion mécanique.

Le processus de soudage par friction par inertie ne nécessite pas que les surfaces de façonnage fondent, de sorte que lorsque les pièces sont plastifiées,pressés ensemble puis refroidis (avec le métal non chauffé adjacent agissant comme un dissipateur de chaleur), les métaux forment une liaison de haute intégrité sans alliage du matériau.

La possibilité de choisir des métaux différents pour un composant permet au fabricant d'éliminer l'utilisation de métaux coûteux dans les pièces qui n'en ont pas besoin.

Non seulement cela réduit le coût des matériaux du processus de soudage, mais il peut également aider l'application à fonctionner plus efficacement puisque la charge du matériau plus lourd est réduite.

Réduction des coûts par rapport au soudage traditionnel et à l'usinage CNC

Des économies considérables sont réalisées grâce au procédé de soudage par friction par inertie en termes d'heures de travail et de coûts de matériaux.

1Les métaux différents créent des économies


 

Comme mentionné, la possibilité d'utiliser des métaux différents peut aider les fabricants à économiser sur les coûts de matériaux en éliminant le besoin d'utiliser des métaux coûteux dans l'ensemble du composant.

2Réduction des coûts de matériaux, réduction des coûts d'usinage

Le procédé nécessite moins de matières premières pour atteindre les mêmes seuils de fatigue et de couple que les pièces formées par d'autres méthodes.Cela signifie une réduction des coûts des matières premières et du temps d'usinage après soudage pour éliminer les matières supplémentaires.

3. Minimum de déchets

Comparé aux composants fabriqués avec un tour CNC, le soudage par friction par inertie laisse peu ou pas de matière,permettant au fabricant d'acheter nettement moins de matériaux pour obtenir le même volume de production.


 

4. Réduction des dépenses d'exploitation

Les coûts sont réduits en éliminant le besoin de gaz, de matériaux de remplissage et de flux requis dans les méthodes de soudage par fusion.Les coûts d'usinage sont également réduits en réduisant les coûts des outils et en augmentant la productivité.

Intégrité élevée de la soudure

Le soudage par friction par inertie est un procédé de soudage à l'état solide qui ne laisse aucune possibilité de porosité gazeuse ou d'inclusions de scories.

Le soudage par friction crée une liaison à 100% de la zone de contact, créant des joints de qualité égale à celle des liaisons forgées.Les propriétés de soudure sont supérieures à celles des soudures créées par des procédés de fusion traditionnels, comme le soudage MIG ou TIG.

Le procédé crée finalement une résistance des articulations comparable ou même supérieure à celle des matériaux de base.

Aucune limite de quantité

Le soudage par friction par inertie est une solution rentable pour la production de prototypes, de petites séries ou de grandes séries répétées pour des projets en cours.

Sécurité des travailleurs

L'élimination des rayons lumineux dangereux et des éclaboussures de matériaux fondus réduit considérablement le risque de blessures au sol.


 

Comment utiliser le mieux le soudage par friction par inertie

Bien que le soudage par friction par inertie soit une méthode extrêmement utile et rentable pour joindre des métaux et d'autres matériaux, il n'est pas adapté à toutes les applications et présente quelques limites:

• Les matériaux doivent être malléables à haute température
• Des limitations surviennent avec la présence d'une phase fragile dans la structure (par exemple dans des matériaux tels que le graphite, le sulfure de manganèse, le plomb libre ou le tellure)
• La fonte est exclue de la liste des matériaux soudables
• Le bronze et le laiton sont exclus de la liste lorsqu'ils contiennent une teneur élevée en plomb (> 0,3%)
• L'orientation angulaire des pièces soudées n'est pas possible à ce stade
• Le joint de base doit être une soudure de cul
• En général, la face de l'articulation d'au moins une des pièces doit être essentiellement ronde.

Applications bénéficiant du soudage par friction par inertie

1Fabrication de rouleaux

 

Le procédé de soudage par friction par inertie réduit les coûts et le temps de cycle pour les fabricants qui utilisent des rouleaux industriels.

• Les rouleaux à pinceau sont des rouleaux motorisés utilisés pour presser deux ou plusieurs feuilles ensemble, formant un produit stratifié.et élimine les bulles ou les cloques.
• Rouleaux d'alimentation: sur une presse à feuille, un rouleau d'alimentation est un ensemble de roues en caoutchouc qui transporte une feuille de papier de la table de pile aux pinces.
• Rouleaux de transfert de chaleur: Les rouleaux de transfert de chaleur assurent le contrôle de la température en faisant circuler du liquide chauffé ou refroidi à travers des bobines sous la coque extérieure du rouleau.Le fluide refroidit ou chauffe la surface du rouleau à la température souhaitée pour l'application.
• Rouleaux de convoyeur
• Les rouleaux à fusible ou sous pression
  
  
  
  
  
   

  2Forage et exploitation minière

  Lisez une étude de cas sur l'utilisation du soudage par friction par inertie pour créer des barres de forage pour une entreprise de l'industrie minière du gaz naturel

• Forage pétrolier
• Forage au gaz naturel
• Forage de puits d'eau

• 3. Composants aérospatiaux nécessitant des métaux de haute résistance

  4. Ensembles pneumatiques sous pression

  Équipement de soudage et capacités de taille chez Pierce Industries
  
  
  
  
  
   

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