Разработана и введена в эксплуатацию установка сварки трением с перемешиванием c ультразвуковым воздействием

Институтом физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук совместно с ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» и Национальным исследовательским Томским политехническим университетом в рамках Соглашения по Мероприятию 1.3 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» разработана и введена в эксплуатацию установка сварки трением с перемешиванием c ультразвуковым воздействием. Установка предназначена для получения в ручном и автоматическом режимах неразъемных соединений методом сварки трением с перемешиванием с ультразвуковым воздействием

Рис. 1. Установка сварки трением с перемешиванием

Установка обеспечивает получение стыковых и нахлесточных сварных соединений из листовых заготовок со следующими параметрами:

• материал свариваемых элементов: алюминиевые сплавы;
• геометрия свариваемых элементов: плоские пластины;
• ширина свариваемых заготовок ¾ от 30 до 220 мм;
• толщина свариваемых заготовок ¾ от 1,5 до 10 мм;
• максимальная длина сварного шва: 1000 мм.

Полнофункциональное управление установкой в ручном и автоматическом режиме осуществляется оператором с использованием специально разработанной управляющей программы, установленной на промышленном компьютере. Для отображения информации и удобства управления промышленный компьютер оснащен большим сенсорным экраном (рис. 2).

Рис. 2. Промышленный компьютер для управления установкой

Установка обеспечивает проведение сварки в следующем диапазоне технологических параметров:

• угол наклона (атаки) инструмента: 0 – 3 град.;
• сила прижима сварочного инструмента: 1 – 40 кН;
• скорость вращения сварочного инструмента 100 – 1000  об/мин;
• скорость сварки: 100 – 1500 мм/мин;
• частота колебаний ультразвукового инструмента: 20 – 23 КГц;
• амплитуда колебаний ультразвукового инструмента: 5 – 15 мкм;
• максимальная мощность ультразвукового инструмента: 2000 Вт.

Фиксация заготовок на сварочном столе производится с использованием специальной оснастки. Оснастка состоит из прижимов-упоров, предотвращающих выдавливание материала при сварке в зазор между заготовкой и подложкой, а также из фиксаторов, осуществляющих прижатие заготовок друг к другу через прижимы-упоры и предотвращающих появление зазора между заготовками (рис. 3). Фиксаторы оснащены электроприводом. В качестве подложки используется нержавеющая сталь.

Рис. 3. Сваренный образец на рабочем столе

Сварка производится специальным сварочным инструментом, изготовленным ЗАО «Чебоксарское предприятие «Сеспель» (рис. 4). Конструкция крепления инструмента обеспечивает его быструю замену.

Рис. 4. Сварочный инструмент для СТП

Подвод ультразвуковых колебаний производится непосредственно к одной из свариваемых заготовок. Волновод ультразвукового инструмента фиксируется на заготовке через отверстие в ней с помощью болта (рис. 5).

Рис. 5. Ультразвуковой инструмент, смонтированный на образце

Установка позволяет выполнять подготовку кромок сварного шва листовых заготовок (фрезерование) и проводить сварку листовых заготовок в ручном режиме, а также проводить сварку в автоматическом режиме с параметрами, предварительно заданными в сценарии управляющей программы. В процессе сварки оператор может визуально контролировать все параметры сварочного процесса на экране компьютера. Все параметры сварки также архивируются, сохраняются на твердотельном диске компьютера и доступны для проведения дальнейшего анализа.