Способ сварки трением

 

СОКИ COBETCHHX

NUWI

РЕСПУБЛИК

0% O)l

ping В 23 К 20/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

FlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР1ЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21). 3717288/25-27 (22) 20.02.84 (46) 15.01.86.Бюл. У 2 (72) Н.И.Камакин, В.Н.Кашин, В.И.Строков,.В.И.Камыгий, Д.Н.Белоусов, А.Е.Ивой и Д.В.Вахрин (53) 621.791.14(088.8) (56) Патент США Р 3444611, кл. 29-470.3.1969.

Вилль В.И.Сварка металлов трением; М.:Машиностроение, 1970, с.88, рис.42. (54)(57) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ еоосно установленных детали с плоской поверхностью и кольцевой детали, при котором на детали с плоской поверхностью выполняют кольцевой выступ, средний диаметр которого .соответствует среднему диаметру кольцевой заготовки, о. т л и ч а ю-шийся тем, что, с целью повы-. шения прочности и плотности сварного соединения в случае изготовления

-детали с плоской поверхностью as ceI рого чугуна, а кольцевой из нерка» веющей стали, выступ выполняют с шириной, составляющей 0,45-0,55 ширины привариваемой кольцевой детали, и высотой, составляющей 0,30-0,35 ширины кольцевой детали;

1204344

45

Изобретение относится к машиностроению, а именно к сварке трением деталей из серого чугуна с нержавеющими сталями, преимущественно с хромистыми и хромоникелевыми, и предназначено, главным образом, для приварки уплотнительных колец к затвору клиновой задвижки из чугуна.

Целью изобретения является повышение прочности и плотности сварного соединения в случае изготовления детали с плоской поверхностью из серо"

ro чугуна, а кольцевой из нержавеющей стали.

На фиг,l изображены элементы узла затвора клиновой задвижки перед сваркой трением; на фиг.2 — то же, после сварки.

Вследствие различных теплофизических свойств чугуна и стали 1коэффициента трения, прочности, температуры плавления, теплопроводности) на торце диска 1 из серого чугуна, к которому присоединяют стальное кольцо 2 шириной а, -предварительно выполняют кольцевой выступ шириной меньшей контура привариваемой заготовки, и высотой С .

С учетом разницы теплофизических свойств чугуна и стали установлена зависимость величин b и с от ширины а привариваемого кольца 2.

Ь = 0 45-0,55 а,".

0,30-0,35 о1.

Для осуществления способа подготовлены 4 типа заготовок из .серого чугуна и нержавеющей стали марки

20х13, имеющих различные размеры стыкуемых поверхностей.

Заготовки из серого чугуна в виде дисков клинового затвора задвижки

0 80 мм размером 120х120х30 мм полуJ чали по обычной технологии с заливкой в землю. Химический состав серого чугуна,7.: С 3,2; Si. 2,2; Мп 0,651

Р=0,11 Fe остальное.

После охлаждения и выбивки из опок заготовки в галтовочном барабане очищали от земли и подавали на сварку. Стальные детали в виде колец 2 получали из трубы размером

$ 102х84 мм. Толщину кольца принимали равной.

5-7 и 20-30 мм.

Сварку осуществляли на модернизированном полуавтомате для сварки трением MCT-51-5 в следующих режимах: Р„ = 7,1-8 кгс/см ; Р„ =3640 кгс/см ; t =30-40 с; tb =2 5и в мафр э

3,0 с; n = 750 об/мин; где P> — давление нагрева; Р„ — давление проковки; t, — время нагрева; t время проковки; и — число оборотов заготовки

В процессе сварки трением по мере достижения температуры, близкой к температуре плавления серого чугуна, кольцевой выступ на детали 1 из серого чугуна начинает уменьшаться в размерах, но истирается не полностью, а до определенного размера, и затем внедряется в стальную деталь

2. В это же время нагретое стальное кольцо под действием осевого усилия начинает деформироваться и охватывать оставшийся кольцевой выступ на детали из серого чугуна. Процесс сварки заканчивается, когда стальное кольцо всей плоскостью касается поверхности детали из серого чугуна (фиг.2). В этот момент вращение стальной детали прекращают и выполняют цикл проковки сварного соединения.

Металлографический анализ сварных соединений, полученных с приме- нением описываемого способа сварки трением, показывает, что в зоне сплавления чугуна со сталью отсутствуют трещины, непровары и зоны с повышенной твердостью. Это обеспечивает получение высоких значений прочности и полной герметичности сварного соединения.

Увеличение размера ширины выступа 3 на детали из серого чугуна более 0,55 ширины привариваемого кольца а уменьшает концентрацию тепловложения и тем самым уменьшает вероятность достижения -температуры, близкой к температуре плавления чугуна. В этом случае графит в сером чугуне не имеет возможности выгореть или перейти в другое фазовое состояние и остается в зоне трения двух деталей в виде тонкой пленки, играющей роль смазки и затрудняющей образование сплошного соединения.

При ширине выступа b на детали иэ серого чугуна меньше 0,45 ширины а привариваемого стального кольца уменьшается прочность и плотность сварного соединения. Увеличение высоты выступа с на детали из серого чугуна более 0,35 ширины а привариваемого кольца приводит к увеличению времени сварки, что, в свою очередь, ведет к

Фиг,2 повышенному разогреву и деформации стальной детали, ухудшающим качество сварного соединения. При высоте выступа о на детали иэ серого чугуна меньше трети ширины а привари" ваемого стального кольца уменьшается концентрация тепловложения, что уменьшает вероятность достижения в зоне сварки температуры, близкой к температуре плавления чугуна, и приводит к несплавлению чугуна со сталью, тем самым уменьшая значения предела прочности и нарушая плотность сварного соединения в Пелом.

Режим цикла сварки по описываемому способу сварки трением играет существенную роль при получении ка- . чественного сварного соединения с высокими значениями предела прочности и плотности. Увеличение давления в процессе сварки свыше

8 кгс/см приводит к повышенному и разогреву и деформации детали из стали (кольца) и уменьшению разогрева детали из серого чугуна, что в конечном итоге приводит к уменьше-. нию показателей предела прочности и плотности сварных соединений.

После сварки образцы подвергали .гидравлическим испытаниям на плотность на специальном стенде под дав204344 4, лением 16 кгс/см . Наличие и объем. протечек определяли в течение

30 мин ° Образцы для испытания на прочность вырезали из сварных сое5 динений, полученных методом сварки трением, предварительно подвергнутых гидравлическим испытаниям.

Анализ результатов испытаний сварных соединений серого чугуна

10 с нержавеюшей сталью, полученных предлагаемым .способом, свидетельствует о высоком качестве сварных соединений. Разрушение образцов при испытании .на прочность сварного

15 соединения наблюдалось по основному металлу. Это объясняется тем, что в процессе сварки трением происходит концентрированное тепловложение энергии, которая образуется в

20 результате взаимного трения заготовок.

Использование предлагаемого способа сварки трением для получения сварных соединений детали из серого

25 чугуна и нержавеющих сталей позволяет повысить плотность и прочность сварных соединений и тем самым снизить вероятность появления брака в процессе сварки, повысить работо5п способность ответственных конструкций иэ чугуна.

ВНИИПИ Заказ 8462/11

Тираж 1085 .Подписное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектная, 4