ZGRZEWANIE ZGNIOTOWE

Proces zgrzewania w stanie stałym poprzez odkształcenie
plastyczne pod wpływem bardzo dużych nacisków i zgniotu,
przebiegający w temperaturze otoczenia, rys1.

Przebieg zgrzewania

Rys.1. Schemat zgrzewania
doczołowego zgniotowego;
l - zgrzewane pręty, 2 - ruchoma
głowica prasy, 3 - nieruchoma
głowica prasy, 4 - szczęki
mocujące, 5 - wgłębienia w celu
pomieszczenia wypływki

Rys.2.

Mechanizm procesu:

a)

stan wyjściowy z utwardzoną

warstwą powierzchniową (1) i
warstwą tlenków (2),

b)

docisk zgrzewania, miejscowe

wyciskanie czystego metalu (3)
poprzez pęknięcia w warstwie
powierzchniowej i zmniejszanie
się grubości warstwy tlenków i
zanieczyszczeń,

c)

tworzenie połączeń (3)

metalicznych poprzez pęknięcia
i usuwanie warstw tlenków oraz
zanieczyszczeń (wypływka)

d)

połączenie czystych

powierzchni metalicznych z
pozostałościami warstwy tlenków
i metalu utwardzonego poprzez
zbliżenie atomów na odległość
parametru sieci krystalograf.

1

Rys.3. Makrostruktura złącza
doczołowego drutu ze stopu
aluminium o średnicy 16 mm
zgrzanego zgniotowo, pow. 2,5x

Przedstawiony mechanizm procesu wskazuje, że z względu na
konieczność zbliżenia powierzchni metalicznych, uzyskanie
połączenia metalicznego jest uwarunkowane odkształceniem się
(„zwiększeniem”) powierzchni styku powyżej pewnej wartości
granicznej zależnej głównie od rodzaju zgrzewanych metali
(stosunku twardości tlenków do twardości metalu). Im stosunek
ten jest mniejszy tym odkształcenie musi być większe.
Stopień odkształcenia powierzchni styku (Y) określa zależność :

Y = [(A1 – A0) / A1]

× 100 %

gdzie: A0 – powierzchnia przed zgrzewaniem, A1 – powierzchnia
styku po odkształceniu pod wpływem docisku zgrzewania
Minimalne wartości Y, dla zgrzewania zgniotowego- punktowego
blach z różnych metali o grubości 1 mm podaje tab.1

Tab.1

2

Parametry zgrzewania

¾ siła docisku zgrzewania w kN – dla każdej metody,
¾

długość mocowania

przy zgrzewaniu doczołowym w mm,

¾

wielkość powierzchni roboczej stempla

przy zgrzewaniu

punktowym w mm

2

¾

szerokość powierzchni roboczej

krążka lub walca w mm,

¾

prędkość zgrzewania

przy zgrzewaniu liniowym i

zgrzewaniu (platerowaniu) przez walcowanie w m/min.

Siła docisku zgrzewania – musi zabezpieczyć minimalne,
wymagane odkształcenie względne Y. Dla Al i stopów naciski
jednostkowe 1000 do 5000 MPa, dla Cu nawet do 20000 MPa.
Długość mocowania – 1do 3 średnice lub grubości zgrzewanych
elementów.

Przygotowanie powierzchni

Przygotowanie powierzchni jest niezwykle

ważne i decyduje o

jakości złącza.

Wszelkie zanieczyszczenia, jak brud, smary, oleje,

zaabsorbowane gazy i wilgoć lub warstwy tlenków na powierzchni
styku, muszą być usunięte przed zgrzewaniem. Najpowszechniej
stosowaną metodą jest czyszczenie

szczotkami z drutu ze stali

austenitycznej o średnicy O, l mm, po uprzednim odtłuszczeniu

.

Zgrzewanie należy wykonać możliwie w jak najkrótszym czasie po
czyszczeniu (

max 30 min

). Nie zaleca się też

czyszczenia

chemicznego i przez szlifowanie

, gdyż pozostałości na powierzchni

zgrzewanej substancji chemicznej lub cząsteczki ściernic mogą
uniemożliwić utworzenie poprawnej zgrzeiny. Przy zgrzewaniu
doczołowym zgrzewarki zwykle są wyposażone w specjalne
gilotynki, które odcinają tuż przed zgrzewaniem końce łączonych
przedmiotów.

Niekiedy stosuje się pokrycia

np. aluminium

anodowane lub pokryte cienką warstewką miedzi, chromu lub
niklu można zgrzewać przy wyraźnie mniejszych siłach docisku.
Korzystne jest pokrycie miedzi, żelaza, cyny i ołowiu
warstewkami niklu lub chromu. Najlepsze wyniki uzyskuje się
przy zgrzewaniu metali

o sieci płasko centrycznej

, nie

utwardzających się po zgniocie.

3

Techniki zgrzewania i zastosowanie

Zgrzewanie zgniotowe umożliwia wykonanie połączeń
doczołowych (rys.1), zakładkowych punktowych (rys.4) i
liniowych (rys.5) oraz platerowanych przez walcowanie (rys.6) i
wyciskanie, rys.7. Stosując odpowiednio wymienione techniki
zgrzewania można uzyskać szereg bardzo interesujących
rozwiązań, które przedstawiono na kolejnych rysunkach.

Rys.4. Przykłady złączy
zgrzewanych zgniotowo
punktowo: a) zgrzewanie
jednostronne, b) zgrzewanie
dwustronne, c) zgrzewanie
stemplem prostokątnym,
d) zgrzewanie stemplem
okrągłym

Rys. 5. Przebieg procesu zgrzewania zgniotowego liniowego: a) zgrzewanie
jednostronne, b) zgrzewanie dwustronne; g - grubość górnej blachy, Pz -
sila docisku zgrzewania

4

Rys.6. Przebieg procesu
zgrzewania zgniotowego
przez walcowanie;
l - platerowany materiał,
2 - plater z metalu
szlachetnego,
3 - taśma metalu
szlachetnego,
4 - rolki zgniatające,
5 - nóż wycinający rowek w
celu pomieszczenia plateru

Rys.7. Przebieg procesu platerowania puszki przez wyciskanie i zgrzewanie
zgniotowe; 1 - matryca, 2 - tłoczysko, 3 - plater, 4 - materiał platerowany

Zgrzewanie doczołowe zgniotowe jest stosowane do łączenia

drutów, prętów, rur, kształtowników lub przewodów
kompozytowych, o powierzchniach przekroju od kilku do ponad
1500 mm2.

Podstawowe

zalety

zgrzewania zgniotowego to bardzo

prosty i

łatwy

do sterowania i kontroli

przebieg procesu

zgrzewania,

wysoka jakość złączy, prosta budowa i obsługa urządzeń oraz
znacznie mniejsze zużycie energii, zwłaszcza w porównaniu do
zgrzewania oporowego.

Wadą

jest ograniczenie wielkości

zgrzewanych przekrojów oraz możliwość zgrzewania tylko metali
i stopów o stosunkowo niskiej granicy plastyczności.

5

Przykłady różnorodnych konstrukcji zgrzewanych zgniotowo

przedstawiono na rys.8 – 12.

Rys.8. Przebieg procesu
zgrzewania zgniotowego
złącza doczołowego rur;
l - szczęki mocujące i
dociskowe, 2 - trzpień
zapobiegający utworzeniu
się wypływki wewnętrznej,
3 - zgrzewane rury, Pz-
siła docisku zgrzewania,
z - zgrzeina

Rys.9. Przebieg procesu zgrzewania zgniotowego doczołowego rur z
jednoczesnym ich kształtowaniem; l - matryca, 2 - tłoczysko, 3 - zgrzewane
rury, z - zgrzeina

Rys.10. Przebieg procesu platerowania przewodu ze stopu Al warstwą Cu
przez wyciskanie hydrostatyczne z jednoczesnym zgrzewaniem
zgniotowym; l - matryca, 2 - tłoczysko, 3 - ciecz

6

Rys.11. Przebieg procesu zgrzewania zgniotowego pokrywki zamykającej
pojemnik;l - matryca, 2 - stempel pierścieniowy, 3 - pokrywka,
4 - pojemnik, z – zgrzeina

Rys.12.

Żebra chłodzące z blachy Al o grubości 2 mm (I), przygrzane

zgniotowo punktowo do obudowy tyrystora ze stopu Al (2); z - zgrzeina

7