Обобщение распределения тепловыделений в процессе сварки трением с перемешиванием

Аннотация

Сварка трением с перемешиванием – перспективный высокотехнологичный и высокопроизводительный процесс. Важный элемент этой технологии – определение температуры материала в зоне перемешивания, ее можно рассчитать по величине тепловыделения, вносимого в зону сварки торцом вращающегося инструмента. В данной работе представлены результаты авторского экспериментального исследования тепловыделений при точечной и линейной сварке трением с перемешиванием при различных скоростях вращения инструмента и скоростях сварки. Для нахождения этой величины авторы статьи выбрали схему экспериментов, в которой свариваемый материал – алюминиевый сплав АМг5 моделируется в виде рабочей трубки диаметром 20 мм, а инструмент из стали Р6М5 – в виде рабочей пластины. В лаборатории Департамента промышленной безопасности Политехнического института ДВФУ авторы спроектировали и изготовили два экспериментальных стенда для исследования момента трения и удельного тепловыделения при точечной и линейной сварке для скоростей вращения экспериментальной трубки 0,4–1,3 м/с (42–105 рад/с) и скорости перемещения инструмента (скорости сварки) в диапазоне 0,42–1,67 мм/с. Зависимость удельного тепловыделения от линейной скорости вращения рабочей трубки при разных скоростях сварки имеет экспоненциальный вид. При этом максимальные значения и интенсивность изменения удельного тепловыделения уменьшаются с повышением линейной скорости вращения инструмента и увеличением скорости сварки. Полученные результаты удельного тепловыделения обобщены в виде уравнения, с его помощью рассчитаны тепловыделения на всей площади торца рабочего инструмента, который предназначен для сварки трением с перемешиванием. При этом задавались разные его диаметры при разных скоростях вращения и сварки. В процессе экспериментов на стенде учтены тепловые потери теплопроводностью вдоль стержня (на котором закреплена рабочая трубка) и от рабочей пластины через изолирующую прокладку на рабочий стол станка, а также потери конвекцией от поверхности вращающейся рабочей трубки в окружающую среду.