Torno varjenje

Torno varjenje je metoda tlačnega varjenja, ki izkorišča toploto, ki nastane zaradi medsebojnega trenja med relativnim premikanjem kontaktnih čelnih površin zvarov, za zanesljivo povezavo materialov. Postopek varjenja vključuje uporabo pritiska, ki povzroča trenje med varjenimi materiali, kar vodi do dviga temperature na vmesniku in bližnjih območjih, na koncu pa doseže termoplastično stanje. Pod vplivom udarne sile se oksidni film vmesnika zlomi, material pa je podvržen plastični deformaciji in tečenju, ki tvori spoje z difuzijo elementov vmesnika in metalurškimi reakcijami rekristalizacije. Pomembno je, da ta postopek varjenja ne zahteva dodajanja, talila ali zaščitnega plina, celoten postopek pa je mogoče zaključiti v samo nekaj sekundah.

Relativno trenje, ki ga povzroči visok tlak med površinama dveh varjenih komponent pri visokih hitrostih, povzroči dva učinka:

• Odstrani oksidni film ali katero koli drugo onesnaženo plast na površini spoja in razkrije čisto kovino.
• Proizvaja toploto in hitro tvori termoplastično plast na površini sklepa. Pod poznejšim tornim momentom in aksialnim pritiskom se ti zlomljeni oksidi in del plastične plasti ekstrudirajo iz spojne površine, da nastane blisk, preostala plastično deformirana kovina pa tvori zvar. Končno stiskanje omogoča nadaljnje kovanje zvara, kar ima za posledico kakovosten zvar.

Iz postopka varjenja je razvidno, da se torni varilni spoj oblikuje pod tališčem kovine, ki jo je treba variti, zato je torno varjenje metoda varjenja v trdnem stanju.

Torno varjenje je mogoče razvrstiti v različne vrste glede na različne načine gibanja varjenih komponent.

• Zvar se vrti okoli osi in ga lahko razdelimo na torno varjenje z neposrednim pogonom in inercialno torno varjenje
• Zvar se ne premika in ga lahko razdelimo na radialno torno varjenje in torno mešalno varjenje
• Druga gibanja in jih lahko razdelimo na torno navarjanje, linearno torno varjenje in orbitalno torno varjenje

Torno varjenje z direktnim pogonom

To je običajna vrsta tornega varjenja. Med postopkom varjenja obdelovanec neprekinjeno poganja motor vretena in se vrti s konstantno hitrostjo. Dokler ni dosežen določen čas trenja ali deformacija zaradi trenja, se obdelovanec takoj ustavi vrtenje in se obrne za varjenje.

Varjenje z vztrajnostnim trenjem

Vrtljivi konec obdelovanca je vpet v vztrajnik. Na začetku varilnega postopka se vztrajnik in vrtljivi konec obdelovanca najprej pospešita do določene hitrosti, nato pa se vztrajnik odklopi od glavnega motorja. Istočasno se gibljivi konec obdelovanca premakne naprej in po dotiku obdelovanca se začne segrevanje zaradi trenja. Med postopkom segrevanja tornega varjenja se vztrajnik zavira s tornim momentom in njegova vrtilna hitrost se postopoma zmanjšuje. Ko hitrost vrtenja doseže nič, se postopek varjenja konča.

Radialno torno varjenje

Poševni obroč je pritrjen na čelne površine dveh cevi z nasprotnimi poševnicami. V procesu tornega varjenja se obroč vrti, na obeh koncih cevi pa se izvaja radialno trenje. Po zaključku faze trenja se vrtenje obroča ustavi in ​​uporabi se potisni pritisk.

Varjenje s trenjem in mešanjem

Princip delovanja frikcijsko mešalnega varjenja je sledeč: vrteče se orodje FSW določene oblike iz visokotemperaturno odpornega trdega materiala se zavrti globoko v rob, kjer sta spojena materiala, ki ju je treba zvariti, in mešalna glava se nastavi in zavrtela.Na spojnem robu obeh zvarov nastane velika količina torne toplote, zaradi česar na spoju nastane kovinsko-plastično območje mehčanja. Ta cona za mehčanje plastike se meša in stisne pod delovanjem mešalne glave.Ko se orodje za zatič vrti, teče nazaj vzdolž zvara, da tvori plastični kovinski tok, in se iztisne med postopkom ohlajanja, potem ko mešalna glava zapusti, da se oblikuje varjeni spoj v trdni fazi.

Torne površine

Torno navarjanje je metoda varjenja v trdnem stanju, kjer se prevleka ali plast materiala nanese na podlago z uporabo toplote in tlaka, ki nastaneta zaradi trenja. Ta postopek se uporablja za izboljšanje površinskih lastnosti materiala ali ustvarjanje zaščitne plasti z želenimi lastnostmi. Običajno vključuje uporabo vrteče se potrošne palice ali žice, ki pride v stik z materialom podlage, kar vodi do ustvarjanja znatne torne toplote.

Linearno torno varjenje

Eden od dveh obdelovancev, namenjenih za varjenje, miruje, drugi pa se giblje recipročno z določeno hitrostjo ali pa se oba obdelovanca medsebojno premikata. Z uporabo pritiska trenje na vmesniku med obema obdelovancema ustvarja toploto in s tem olajša postopek varjenja.

Linearno torno varjenje

Eden od dveh obdelovancev, namenjenih za varjenje, miruje, drugi pa se giblje recipročno z določeno hitrostjo ali pa se oba obdelovanca medsebojno premikata. Z uporabo pritiska trenje na vmesniku med obema obdelovancema ustvarja toploto in s tem olajša postopek varjenja.

Orbitalno torno varjenje

Orbitalno torno varjenje je na novo razvita varilna metoda, ki se uporablja predvsem za varjenje obdelovancev nekrožnega prereza

Pri linearno orbitalnem tornem varjenju obdelovanec sledi določeni linearni orbiti z določeno amplitudo in frekvenco. To zagotavlja, da hitrost tresljajev doseže potrebno vrednost, kar omogoča, da je varilna površina izpostavljena ponavljajočim se relativnim tresljajem in trenju.

Vsak delec obdelovanca pri tornem varjenju s krožno orbito se giblje glede na varilno površino vzdolž krožne orbite z enakim polmerom in hitrostjo vrtenja. Ko spoj doseže temperaturo varjenja, se torno gibanje obdelovanca preneha in začne se postopek varjenja.

Če povzamemo, skozi celoten proces tornega varjenja je kovinska površina, namenjena za varjenje, podvržena postopnemu tornemu segrevanju od nizkih do visokih temperatur. Doživlja stalne transformacije, ki vključujejo plastično deformacijo, mehansko izkopavanje, adhezijo in molekularno povezavo. Posledica tega je nastanek plastične plastične deformacije visoke hitrosti, kjer so skoncentrirani pojavi nastajanja toplote, deformacije in difuzije med tornim varjenjem. V stopnjah parkiranja in varilnega procesa se deformirana plast na torni površini in kovina v visokotemperaturnem območju delno zdrobita in izločita. Zvar je nato podvržen kovanju, kar vodi do ustvarjanja visokokakovostnega zvarnega spoja.

• Kratek čas varjenja in visoka proizvodna učinkovitost
• Varilna deformacija, ki jo povzroči varilni termični cikel, je majhna, dimenzijska natančnost po varjenju je visoka in ni potrebe po popravku deformacije po varjenju in razbremenitvi napetosti.
• Visoka stopnja mehanizacije in avtomatizacije, stabilna kakovost varjenja. Ob podanih pogojih varjenja je operacija enostavna in ne zahteva posebnih varilnih tehnikov.
• Primeren za varjenje različnih materialov. Vari lahko aluminij-jeklo, aluminij-baker, titan-baker, intermetalno sestavljeno jeklo itd., ki jih ni mogoče variti pri običajnem taljenju.
• Omogoča varjenje palic in cevi enakega ali različnih premerov
• Med varjenjem ne nastaja dim, obločna svetloba, škodljivi plini itd., okolje pa ni onesnaženo. Hkrati se v primerjavi z bliskovnim varjenjem električna energija prihrani 5-10-krat.

Vendar pa ima torno varjenje tudi naslednje slabosti in omejitve:

• Težko je variti nekrožne prereze in zahteva zapleteno opremo; prav tako je težko variti tanke dele v obliki diska in tankostenske cevne nastavke, ker jih je težko vpeti.
• Težko je doseči torno varjenje za komponente, katerih oblika in položaj sestavljanja sta določena.
• Spoji so nagnjeni k bliskanju in jih je treba po varjenju obdelati.
• Vpenjalni del je nagnjen k praskam ali sledi vpenjanja

Torno varjenje, za katerega so značilni visoka kakovost, učinkovitost, varčevanje z energijo in prijaznost do okolja, se postopoma vse bolj uveljavlja v novih in tradicionalnih industrijskih sektorjih. Sem spadajo letalstvo, vesoljska industrija, jedrska energija, orožje, avtomobilizem, proizvodnja električne energije, razvoj oceanov in proizvodnja strojev.

Letalstvo: letalski motorji, deli ročične gredi motorja z notranjim zgorevanjem

Proizvodnja avtomobilov: kolesa, ojnice, izpušni ventili, rotorji