Практические рекомендации при СТП

Как было обнаружено в первых исследованиях недостатком СТП является тоннельный дефект — образование в корне шва протяженной несплошности, который иногда появляется в результате интенсивного теплоотвода в подкладку (недостаточная температура) и снижения интенсивности пластической деформации по толщине. Избавиться от тоннельного дефекта возможно увеличением давления, которое регулируется глубиной погружения и углом наклона инструмента. Однако чрезмерное заглубление и большой угол наклона ведут к утонению шва.

На основании гипотезы образования соединения при СТП можно выдвинуть следующие требования к инструменту и к режимам:

· диаметр заплечика D отвечает за генерирование тепла и перемешивание верхних слоев металла; соединение можно получить при разных диаметрах: чем меньше диаметр, тем больше число оборотов для обеспечения требуемой температуры (в нашем случае выбран диаметр 25 мм) — в этом случае необходима корректировка режимов сварки; получение бездефектных соединений наблюдалось при температурах на поверхности порядка 450°С и вкорне шва не ниже 380°С;

· чем меньше диаметр D, тем больше должен быть угол наклона инструмента α; угол наклона обеспечивает сжимающее (проковочное) усилие на последней стадии формирования сварного соединения, которое в совокупности с активированным состоянием металла дает возможность протекания динамической рекристаллизации и «залечивания» несплошностей (устранения тоннельного дефекта); для диаметра 25 мм угол не должен превышать 3°, так как дальнейшее увеличение угла приведет к чрезмерному утонению шва;

· пин отвечает в основном за перемешивание металла по толщине (дробление оксидных пленок и их равномерное распределение в объеме, обеспечение физического контакта, активация поверхностей) металла. С одной стороны, диаметр пина d должен обеспечивать необходимую прочность при внедрении в холодный металл и при перемещении вдоль стыка, с другой — диаметр пина d должен быть достаточным для обеспечения перемешивания стыка с учетом возможных зазоров и отклонений стыка от проектной линии. Диаметр также зависит от толщины свариваемого металла. Для толщин 3—10 мм диаметр пина выбирается в пределах 3—6 мм;

· длина пина lп должна составлять 90—95 % толщины свариваемого металла для обеспечения протекания пластических деформаций в корне сварного шва;

· от скорости вращения инструмента ω зависит тепловыделение и степень пластической деформации;

· скорость сварки vсв сказывается на времени образования сварного соединения: при чрезмерном увеличении скорости сварки температура снижается и не успевают протекать диффузионные и релаксационные процессы;

· скорость вращения инструмента ω и скорость сварки vсв выбирается из условия обеспечения температур на поверхности порядка 450°С и в корне шва не ниже 380°С;

· величина заглубления l создает сжимающие усилия в объеме металла (средние значения которых составляют 3 кН) и обеспечивает надежный контакт инструмента со свариваемым металлом по длине стыка. Рекомендуемая величина составляет 0,2—0,4 мм.