Nguyên lý hàn ma sát
Hàn ma sát chuyển đổi năng lượng cơ học thành nhiệt bằng cách cọ xát hai phôi với nhau dưới áp lực. Khi bề mặt tiếp xúc đạt đến nhiệt độ rèn, quá trình quay hoặc dao động sẽ dừng lại và lực dọc trục rèn các bộ phận lại với nhau, đẩy oxit và vật liệu bị ô nhiễm ra khỏi mối nối. Vì kim loại không bao giờ tan chảy nên quy trình này được phân loại là hàn-ở trạng thái rắn và phù hợp lý tưởng với các kim loại phản ứng như titan.
Tại sao Titan ưa chuộng hàn ma sát
Titan phản ứng mạnh với oxy và nitơ ở nhiệt độ trên khoảng 500 độ C, và hàn nhiệt hạch phải bảo vệ kim loại nóng bằng khí trơ. Hàn ma sát giúp loại bỏ vấn đề này vì mối nối được hình thành bên trong vật liệu rắn và lớp dẻo bị đẩy ra ngoài trước khi nó có thể phản ứng. Kết quả là một vùng hàn có hạt mịn,-có độ bền phù hợp với kim loại gốc và không có khuyết tật về độ xốp hoặc nhiệt hạch.
Hàn ma sát quay
Trong hàn ma sát quay, một chi tiết tròn được quay so với chi tiết đứng yên dưới áp suất và tốc độ được kiểm soát. Sau khi đạt đến độ dài-đốt cháy chính xác, quá trình quay dừng lại và áp suất rèn hoàn tất liên kết. Quá trình này diễn ra nhanh chóng, có thể lặp lại và hoàn toàn tự động, lý tưởng cho việc nối trục, thanh và ống. Các ứng dụng titan điển hình bao gồm trục truyền động, thanh truyền động và khớp nối lưỡng kim giữa titan và thép.
Hàn ma sát tuyến tính
Hàn ma sát tuyến tính dao động một bộ phận theo đường thẳng với bộ phận khác, tạo ra nhiệt mà không quay. Điều này giúp có thể hàn các bộ phận không-hình tròn như cánh quạt và các phụ kiện kết cấu. Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ sử dụng phương pháp hàn ma sát tuyến tính để tạo các vết phồng rộp bằng cách hàn từng lưỡi dao riêng lẻ vào một đĩa, tiết kiệm vật liệu và giảm chi phí gia công so với gia công toàn bộ bộ phận từ một lần rèn.
Thông số quy trình và kiểm soát chất lượng
Các thông số chính là tốc độ quay hoặc dao động, áp suất ma sát, thời gian ma sát, áp suất rèn và chiều dài đốt cháy. Chúng được xác định bởi vật liệu, kích thước phần và thiết kế mối nối và chúng được giám sát liên tục trong quá trình sản xuất. Chất lượng mối hàn được xác minh bằng thử nghiệm độ bền kéo, thử nghiệm uốn cong và kiểm tra siêu âm, và tia chớp thoát ra khỏi mối nối sẽ được loại bỏ sau khi hàn.
Ưu điểm và hạn chế
Hàn ma sát mang lại hiệu quả liên kết cao, thời gian chu kỳ ngắn, không cần kim loại phụ và không cần khí bảo vệ, đồng thời nó luôn tạo ra cùng một mối hàn. Hạn chế là ít nhất một bộ phận phải tròn để hàn quay, các bộ phận phải được kẹp chặt và chi phí vốn của máy rất lớn. Để có hình dạng thành phần phù hợp, hàn ma sát là phương pháp nối đáng tin cậy và kinh tế nhất dành cho titan.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Hàn ma sát là gì?
Trả lời: Hàn ma sát nối các vật liệu ở trạng thái rắn bằng cách tạo ra nhiệt thông qua tiếp xúc cọ xát, sau đó rèn các bộ phận lại với nhau mà không làm nóng chảy bề mặt.
Hỏi: Tại sao hàn ma sát tốt cho titan?
Trả lời: Bởi vì mối nối hình thành bên trong kim loại rắn nên hàn ma sát sẽ tránh được ô nhiễm oxy và nitơ làm phức tạp quá trình hàn nóng chảy titan.
Hỏi: Sự khác biệt giữa hàn ma sát quay và hàn tuyến tính là gì?
Đáp: Hàn ma sát quay làm quay một bộ phận tròn với một bộ phận khác, trong khi hàn ma sát tuyến tính dao động một bộ phận theo đường thẳng đối với các bộ phận không-hình tròn.
Hỏi: Brisk là gì?
Đáp: Brisk là một thành phần-một mảnh kết hợp đĩa nén với các lưỡi của nó, thường được tạo ra bằng các lưỡi hàn ma sát tuyến tính trên đĩa.
Hỏi: Chất lượng mối hàn ma sát được kiểm tra như thế nào?
Trả lời: Chất lượng được xác minh bằng thử nghiệm độ bền kéo và uốn cong của các mẫu cũng như bằng kiểm tra siêu âm các mối hàn sản xuất, với các thông số được theo dõi trong mỗi chu kỳ.
