Сварка трением происходит в твердом состоянии при воздействии теплоты, возникающей при трении поверхностей свариваемого изделия (рис. 45). Трение поверхностей осуществляют вращением свариваемых деталей, сжимаемых усилием Р, как это показано на рис. 45. В процессе сварки наблюдаются значительные пластические деформации на свариваемых поверхностях.

Прочное сварное соединение образуется в результате возникновения металлических связей между ювенильными (чистыми) контактирующими поверхностями свариваемых деталей. Препятствующие образованию этих связей различные включения и пленки, покрывающие металлические поверхности, разрушаются при трении и удаляются из зоны сварки в радиальном направлении вследствие значительной пластической деформации трущихся поверхностей.

Рис.45. Принципиальные схемы сварки трением: а — вращение одной детали, б — вращение обеих деталей

Для получения требуемой деформации металл доводят до состояния повышенной пластичности с помощью теплоты, возникающей при трении. Механическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую, причем генерирование теплоты происходит строго локализованно в тонких приповерхностных слоях металла. Эта особенность процесса предопределяет основные преимущества сварки трением.

На поверхностях деталей, прижатых усилием Р, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая на преодоление этих сил, превращается в теплоту, которая выделяется на поверхностях трения и вызывает интенсивный нагрев металла до температур, необходимых для образования сварного соединения; применительно к сварке сталей эти температуры, в зависимости от режима процесса, составляют 950—1300° С (1223—1573 К). По достижении требуемой температуры относительное движение деталей должно быть по возможности быстро (практически мгновенно) прекращено. Процесс образования сварного соединения завершают проковкой: к нагретым, но уже неподвижным деталям на некоторое время прикладывают сжимающее усилие. После проковки происходит естественное охлаждение сварных деталей.

Объем тонкого слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно укладывается в весьма малый промежуток времени — от нескольких секунд до полминуты, поэтому производительность сварки трением весьма высока, и конкурировать с нею может лишь электрическая контактная сварка.

Малый объем металла, нагреваемого при сварке трением, предопределяет и исключительно высокие энергетические характеристики процесса; расход энергии и мощность установок (рис. 46) при сварке трением в 5—10 раз меньше, чем при контактной. При этом обеспечивается равномерная нагрузка фаз питающей сети, высокий коэффициент мощности (φ = 0,8÷0,85).

Рис.46. Потребляемая из сети мощность:1—при электрической контактной сварке; 2 - при сварке трением

Рис.47. Типы сварных соединений, выполненных с помощью сварки трением:а — стержни встык; б — трубы встык; в — стержень и труба встык; г и д — соединения стержня и трубы с плоской поверхностью детали