Сварка трением, предложенная токарем-новатором А. И. Чудиковым, представляет собой разновидность сварки давлением.

   Сварное соединение в этом случае образуется не путем оплавления металла, а за счет совместного пластического деформирования свариваемых частей деталей, нагретых в ходе сварки теплом, выделяемым при трении.

   На рис. 46 приведены схемы процесса сварки трением, используемые для сращивания поломанных деталей из пластичных металлов. Наиболее простой и распространенной является первая схема I. Реже применяются схемы II, III, I. Две части поломанной детали, подлежащие сращиванию, располагают строго соосно; одну из них закрепляют неподвижно, а другую приводят во вращательное движение. Обе части прижимают друг к другу торцами с усилием Р. В результате работы сил трения на торцах выделяется тепло, происходит интенсивный нагрев до температуры, достаточной для сварки давлением (например, для стали 900-1300° С). По достижении сварочной температуры движение поверхностей трения по возможности быстро (практически мгновенно) прерывают, сохраняя действие осевой нагрузки; при этом прекращается тепловыделение и деталь охлаждается.

   Сваркой трением можно сращивать детали из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов (меди, алюминия, латуни, бронзы и др.), а также из закаленной стали и серого чугуна. Сварке трением поддаются как одноименные (например, сталь-сталь), так и многие разноименные металлы (например, медь-латунь).

   Сварка трением имеет ряд преимуществ перед электрической контактной сваркой : более высокий коэффициент полезного действия, а значит меньшая (в 5-10 раз) потребляемая мощность; более высокая скорость процесса (время сварки деталей диаметром до 50 мм колеблется в пределах от 1,5 до 30 сек) , а значит и производительность; возможность легкого осуществления автоматизации процесса; простота и относительная дешевизна оборудования.

   Область использования сварки трением ограничена. Ее можно применять лишь в том случае, если одна из сращиваемых частей восстанавливаемой детали имеет форму тела вращения. Другим необходимым условием ее применения является размер сечения детали. Хорошие результаты получаются при сварке деталей площадью поперечного сечения от 0,15 до 300 см?. При большем сечении требуется оборудование очень большой мощности (несколько сот киловатт) с осевым усилием в несколько сот тонн.

   Процесс сварки трением можно разделить на четыре стадии. В первой стадии преобладает внешнее трение и происходит начальный незначительный нагрев сращиваемых поверхностей. Вторая стадия характеризуется нагревом тонких поверхностных слоев и появлением первых заметных очагов молекулярного схватывания. В третьей стадии процесс схватывания распространяется на всю поверхность трения, происходит интенсивный глубинный прогрев, которому сопутствует пластическая деформация макрообъемов в виде осадки свариваемых концов. В этой стадии выделяется наибольшее количество тепла (85-87% от общего количества тепла). В заключительный, четвертой стадии образуется сварное соединение, которое затем охлаждается.

   Из сказанного следует, что нагрев соединяемых частей детали до состояния повышенной пластичности, необходимой для образования прочного сварного соединения, происходит главным образом в третьей стадии процесса. Основными параметрами, определяющими качество сварки и ее производительность, являются: скорость вращения и осевое удельное усилие.

   Скорость вращения рассчитывается из условия, что

ndн = const,                                                           (101)

  где n - скорость вращения в об/мин;

      dн - наружный диаметр свариваемого сечения.

   В частности, исследованиями ВНИИЭСО (Всесоюзный научноисследовательский институт электросварочного оборудования) установлено, что для малоуглеродистых сталей

ndн = (1,2-6,0).104.

   Нижний: предел относится к жестким режимам сварки с большим выделением тепла, а верхний - к мягким режимам сварки.

   Верхней границей жестких режимов считают

 ndн = 2,5. 104.

   Осевое усилие действует на свариваемые части детали на протяжении всего процесса сварки. В соответствии с рассмотренными ранее стадиями процесса сварки величина осевого усилия должна изменяться во времени. На протяжении первых двух стадий, когда происходит начальный разогрев свариваемых концов детали, усилие может быть сравнительно небольшим, а в третьей стадии, когда металл доведен до пластичного состояний и требуется максимальное сближение свариваемых концов (проковка), усилие должно увеличиться. Таким образом, в общем случае осевое нагружение должно производиться по ступенчатому циклу.

   Но это усложняет конструкцию станка для сварки трением.

   Опыт показывает, что при сварке стальных деталей вполне удовлетворительные результаты получаются при постоянной величине осевой нагрузки. При расчете этой нагрузки исходят из условия, что удельное давление в стыке должно быть в пределах от 2,5 (при сварке деталей из мягких и пластичных металлов и сплавов) до 25 кг/мм (при сварке деталей из очень твердых сортов сталей).

   При сварке трением происходит осадка, величина которой в зависимости от диаметра и материала свариваемой детали колеблется в пределах от 3 до 7 мм. Отклонение от оптимальной величины осадки отрицательно влияет на качество сварки. Уменьшение приводит к неполному разрушению и удалению окисных пленок и к неравномерному прогреву сечения свариваемых частей детали, а увеличение - к перегреву металла, росту зерна в стыке и в зоне термического влияния. В обоих случаях снижается прочность сварного соединения.

   Характеристики прочности и пластичности деталей, сваренных трением при оптимальных режимах, достаточно высокие, поэтому разрушение образцов при растяжении, как правило, происходит по основному металлу, т. е. вне стыка и зоны термического влияния. Так, например, предел прочности сварного соединения из стали Ст. 3 превышает 50 кг/мм?, угол загиба больше 180°, ударная вязкость 8-9 к.гм/см?. Столь высокие характеристики прочности и пластичности обусловливаются отсутствием в шве пор, раковин, окислов, различных инородных включений и других пороков, часто встречающихся в швах сварных соединений, выполненных электродуговой или контактной сваркой. Структура шва соединения, полученного сваркой трением, отличается мелкозернистостью и упроченным состоянием (вследствие наклепа).

   Сварку трением производят на токарных, фрезерных, сверлильных и других металлорежущих станках или на специальных сварочных машинах, сконструированных для этой цели внииэсо.

   Из металлорежущих станков чаще всего используют устаревшие токарные станки. Одну часть свариваемой детали укрепляют в трех кулачковом патроне, навинченном на шпиндель передней бабки станка, а другую - в суппорте или пиноли задней бабки.

   После центровки обеих частей детaли приводят в движение шпиндель, перемещают в осевом направлении суппорт или пиноль и вводят в соприкосновение торцы этих частей, которые все время находятся под воздействием осевой нагрузки. В момент, когда процесс сварки достиг своей третьей стадии, т. е. когда металл под действием высокого нагрева доведен до пластичного состояния и концы максимально сближены, выключают станок.

   При таком способе сварки на токарном станке часто происходит сдвиг по месту сварки, объясняющийся тем, что шпиндель нельзя остановить мгновенно, так как вращающиеся массы передней бабки имеют большой маховой момент. Имеются и другие недостатки: сильная перегрузка подшипников и других деталей станка, воспринимающих осевые усилия; большая затрата физических сил рабочего при ручном перемещении суппорта или пиноли задней бабки. Эти недостатки в той или иной мере устраняются путем некоторых переделок токарного станка или применением соответствующих приспособлений и устройств.

   На рис. 47, а изображено приспособление, позволяющее устранить опасность сдвига сварного соединения из-за невозможности мгновенного останова шпинделя токарного станка. Патрон установлен в пиноли задней бабки и в связанном с ней переходнике 3 на оправке 2 на шариковых подшипниках. Посредством рукоятки 4 и штифта 5 оправка 2 стопорится относительно пиноли. Патрон 6, установленный в шпинделе станка и несущий часть А свариваемой детали, вращается. Патрон 1, несущий часть Б детали, перемещается маховиком 7 в осевом направлении посредством пиноли задней бабки.

   В момент, когда процесс сварки достигает третьей стадии, штифт 5 при помощи рычага 4 выводится из зацепления с пинолью и патрон 1 начинает свободно вращаться вместе с частью А детали.

   Одновременно производят досылку (проковку) части Б детали на часть А маховиком 7. Для облегчения ручного перемещения пиноли задней бабки ее конструкцию видоизменяют (рис. 47, б).

   На некоторых предприятиях токарный станок, переоборудованный для сварки трением, оснащают устройством (рис. 47, в), обеспечивающим разгрузку упорных подшипников шпинделя и станины, автоматическое прижатие одной части свариваемой детали к другой и улучшение условий торможения.

   Устройство состоит из жесткой рамы, образованной стойками 1 и 2 и продольными связями 3 и 4; рама укреплена на станине станка. Внутри рамы расположен гидравлический цилиндр 5 с поршнем 6 и штоком 7, предназначенный для создания необходимого для сварки трением осевого усилия. На конце штока, пропущенного сквозь стойку 8, смонтированы шкив-планшайба 9 с радиальным 10 и упорным 11 подшипниками; на планшайбе установлен трех кулачковый патрон 12, в котором закрепляется одна из частей 13 свариваемой детали. Другая часть 14 закрепляется в патроне 15, навинченном на шпиндель станка.

   Во ВНИИЭСО сконструирована и изготовлена гамма машин для сварки трением. Они делятся на машины общего (марки МСТ-1, МСТ-2 и МСТ-3) и специального (марки МСТ-4) назначения.

   Ввиду дороговизны и незначительного выпуска этих машин они еще не получили должного распространения.