Способ холодной стыковой сварки

 

Изобретение относится к сварк давлением и может быть применено для иоединения встык холодной сварки различных изделии, поеимущественно прутков, проволок из меди и алюминия в кабельной промышленности . Цель изобретения - повышение качества соединения прутков из моно металлических материалов при сопутствующем контроле Способ холодной стыковой сварки прутков включает многократную осадку соединяемых концов с ори ентированием сварного стыка под углом отличным от прямого, к продольной оси прутков. После первоначальных осадок производят дополнительные осядки зоны сварног соединения в симметично установленных одна относительно другой плашках При эгом получают свар пи сть.к перпендикулярш к продольной прутка Растягивают сварной шов ч создают в нем напряжения равнее предел прочности мэ териалп прутков Производя; дрмопннтрльную осадку места растяжения нч длине равной 0,1 - 0,4 диаметра . р,, п оаемы прутков. 9 ил е

p J,В 1:,) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)s В 23 К 20/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»!

1

1 =(21) 4393091/27 (22) 03,02,88 (46) 30.10, 91. Бюл. ¹ 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и роектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности и Институт электросварки им. Е.О,Патона

АН УССР (72)»О.А. Кар ние н ко, Д.А.Дудко, Ф.Г. Свидовский, В,Т.мишель и А.И. Дудин (53) 621.791.12 (088,8) (56) Проспект фирмы "Бавсок", Холодная сварка давлением, 1987. (54) СПОСОБ ХОЛОДНОЙ СТЫКОВОЙ

СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке давлением и может быть применено для соединения встык холодной сварки различных изделий, поеимущественно прутков, проволок из. меди и алюминия в кабельной проИзобретение относится к сварке давлением и мажет быть применено для соединения встык холодной сваркой различных изделий, преимущественно прутков, проволок из меди и алюминия в кабельной промышленности, Целью изобретения является повышение качества соединения прутков из монометаллических материалов при сопутствующем ега контроле.

На фиг,1 показана схема расположения соединяемых прутков, наложенных и прижатых к ним ассимметрично плашек; на фиг.2 — схема начала процесса осевого сдавливачия; на фиг.3 — конец этапа осевой осадки; на фиг.4 — следующий этап процесса сварки; на фиг,5 — схема наложения стыка, когда закончена деформация на очередном ь

„„Я „„1687402 А1 мышленности. Цель изобретения — повышение качества соединения прутков из монометаллических материалов при сопутствующем контроле. Способ холодной стыковой сварки прутков включает многократную осадку соединяемых концов с ориентированием сварного стыка под углам, отличным от прямого, к продольной оси прутков. После первоначальных осадок производят дополнительные осадки зоны сварного соединения в симметрична установленных одна относительно другой плашКВх. При этом г|олучают cBBpнай стыI(, перпендикулярный продольной оси прутка.

Растягивают сварной шав и создают в нем напряжения, равные пределу прочности материала прутков. Производят дополнительную осадку места растяжения на длине, равной 0,1 — 0,4 диаметра сварнваемых прутков. 9 ил. этапе сварки; на фиг.6 — схема растяжения сварного шва; на фиг.7 — схемати»но этап осадки после растяжения; на фиг.8 — завершенис этапа осадки,",осле растяжения; на фиг.9 — график зависимости расстояния между плашками на третьем этапе осадки от диаметра соединяемых прутков.

Способ осуществляется следующим образам.

На концы двух г,рутков 1 и 2. торцы которых необходимо соединить встык, накладывают два комплекта плашек 3, 4 и 5, 6 асимметрично к торцам прутков на расстая» л ниях (< и!» и сжимают усилием Рз (фиг,1).

Затем плашки 3, 4 и 5,6 вместе с зажатыми концами прутков с усилием Р сближают навстречу друг друга (фиг.2),При этом в ходе деформации поверхности концов прутков изменя1687402

25

ЗО

40

55 ется угол наклона ксоединяемых поверхностей в продольном направлении прутка и площадь контакта круга So переходит в площадь контакта S> эллипса (фиг,З). В процессе деформации выдавливается облой Ol 7В, После. первой осадки плашки 3, 4 и 5,6 заменяют на плашки 9, 10 и 11, 12 и размещают их на прутке так, чтобы между их торцами находился наклонный стык, а торцы их были расположены друг к другу симметрично (фиг.4). При этом расстояние от оси стыка А — „А равноодинаково к торцам плашек (2 = 2 )

Зажав плашками 9, 10 и 11, 12 пруток с, усилием Рз, выполняют осадку вдоль оси, сдвигая плашки навстречу друг к другу с усилием Ро (фиг.5). Таким образом, контактная поверхность с площади эллипса S3 .I вновь переходит в площадь круга Sp . При этом площадь сварки Яш располагается как

I в сечении прутка Sp, так и в кольцевом облое

0z выдавленного металла (обычно отношение S!JJ = 1,2 Sp).

Не изменяя сдавливания плашек 9, 10 и 11, 12, усилием Рз — растягивают сечение

SUJ с усилием, равным разрывной прочности данного прутка (Pp) для сечения Sp. Возможны два исхода: или сечение S!JJ выдерживает растяжение Рр, или нет.

Рассмотрим случай обрыва в сечении

Ящ, Вывод — факторы выполнения этапов на фиг.2 — 5 не обеспечивают качественное соединение, т.е. Sp S> So . Действия; увеличи1 ваем вдвое цикл переходов Яо-+Яз Sp.

Наращивание циклов SpS> 5Î выполняем до тех пор, пока получим результат, что усилие Рр не разрушает Se.

Продолжим операции для случая, когда

Рр не разрушает с первого цикла SoS Sl; .сечение S!JJ, Тогда снимаем усилие зажатия

Р с плашек 9,10 и 11, 12, отводим их от ! стыка А — А на равные расстояния b и lg, выбранные в пределах 0,1 — 0,4 d, вновь сжимаем с усилием Рз (фиг.7) и сдавливаем пруток путем перемещения плашек 9, 10 и

11, 12 навстречу друг другу с усилием Ро.

Выполнив сдавливание, снимаем усилие зажатия, извлекаем пруток из плашек и пассатижами отламываем одновременно облои Оз, Oz и 0 . Соединение выполнено качественно и надежно.

Выполнение указанных действий вносит в процесс сварки следующие элементы, позволяющие достичь цели изобретения.

В момент соприкосновения и смятия торцовые поверхности развиваются по площади соприкосновения, переходя с контакта, обуславливаемой площадью Sp круга к площади Sg эллипса. При этом совместно растягиваемые поверхности обнажают ювенильные слои и образуются очаги схватывания.

Полученные очаги схватывания при переходе из Sp круга к Sp эллипса чередуются с дефектами непровара. Для раз ития узлов схватывания и вытеснения из зоны контакта микроучастков непроваров необходимо их движение в процессе деформирования перенаправить от оси прутка к внешней поверхности, для чего деформирование ведут так, чтобы площадь поверхности взаимодействия переходила из Sg в

So.

Соотношение площади очагов схватывания (Scx) к площади несоединенных участков (S>«) характеризует качество сварного соединения и в процессе сварки может быть установлено, как на этапе сварки перехода (Яо Яэ), так и на другом этапе (Sq Sp) путем приложения после сварки кратковременной растягивающей нагрузки, равной Рг свариваемого материала, к соединенному

g÷éñTK . В виДУ того, что Scx/SHc 6Удет зави сеть, кроме степени деформации, также и от степени загрязненности соединяемых поверхностей, включая появление жидкого конденсата влаги на поверхности, внесение коррективов на изменение атмосферных условий. по сравнению со стандартными условиями заводской настройки, оператору удобно вносить путетл увеличения числа циклов процесса (SpSs Sp) в два ипи три раза. Число циклов устанавливается по контрольному образцу сварки. когда после вьполнения операций (Sp - S - В) растягивающая нагрузка Рр не разрушает образец.

Выполнение сварных соединений прутков с различным смещением одной половины сечения прутка относительно другой вносит изменения в механические характеристики по сравнению со смежными участками, прилегающими к месту сварки.

Поэтому уменьшение участка выполненной сварки, например с длины 0,2...0,9т1 до ме1 нее 0,1 d при выполнении перехода 5,+5, улучшает механические характеристики сварного прутка.

После выполнения перехода Я Sp и нагружения проводится заключительная операция осадки симметрично расположенными плашками на длине 0,1—

0,4 d. Смысл этой операции состоит в спедующих трех моментах, во-первых. образую щийся при этом грат по обьему в пять-шесть раз меньший, чем при сдавливан,;и (S- S,,l, все же разрывает ранее выполненный, . е о вместе с предыдущим гложно легко уда : «ь

1687402 например, пассатижами; во-вторых, заключительная осадка вытесняет в облой (грат) объем металла, подвергшегося растягивающему усилию, что повышает качество и надежность при эксплуатации сварного соединения; в-третьих, меньший вытесненный объем позволяет сблизить кромки встречных плашек без их поломки на расстояние, равное или даже меньшее 0,01 d, что в свою очередь позволяет легко отсоединять основание облоя (грата) от прутка, а следовательно, можно отказаться от специальных заостренных плашек для срезания грата или дополнительной операции по срезанию грата.

Таким образом, выполнение перечисленных технологических приемов в предло>кенном способе позволяет получить соединение повышенного качества при соllóTñTBóþùåM контроле в различных нестандартных условиях и отказаться от специальных приемов по зачистке и торцовке соединяемых концов прутка, Качество со единения повышается при изменении в . процессе деформирования плоскости контакта деталей по схеме S. При этом

I в случае изменения условий сварки, влияющих на качество сварки, можно путем по( вторного циклирования Я,>- Я So и т.д. повысить качество сварного соединения.

Кроме того, уменьшение объема деформированного материала на заключительном этапе сдавливания до 0,1 — 0,4 d прутка улучшает качество прутка из-за выноса возможных дефектов, возникших при растягивающих нагрузках, а наклеп металла в сварном шве будет уменьшен, что благоприятно сказывается на эксплуатационных параметрах изделия.

Пример осуществления способа.

Предложенный способ был опробован в экспериментальном порядке при сращивании алюмомедных прутков диаметром 8 мм с последующим их волочением на машинах типа ДХЛЦ. Качество соединения обеспечивает его безотрывность при волочении до диаметра проволоки менее 1 мм.

Экспериментальный подбор режима сварки выполняли на алюмомедном прутке

8 мм. Следующие параметры были определены экспериментально:

Ассимметричное положение плашек при выполнении перехода $ +Яэ составило 1,2 — 4,4 мм, т.е. от 0 15 d до 055 d прутка.

Следовательно, при переходе Яу Я, когда плашки наложены симметрично, асимметрия выравнивалась с 4 мм до 0,5 мм, что соответствовало переходу с 0,5 d 0,06 d прутка, При уменьшении сдвига плашек менее 0,15 d качество сварного соединения

5

40 ухудшалось на столько, что многократное осаживание не помогало, и при воздействии усилия Рр происходил разрыв прутка в месте сварки. При увеличении сдвига более

0,55 d ка ество сварного соединения ухудшается из-за возможных смещений концов прутков при их совместном осаживании.

8торым экспериментальным параметром было определение длины осадка прутка на заключительном этапе деформирования, Экспериментально установлена (путем подбора) следующая зависимость между диаметром (d) прутка и длиной прутка (2l з), которую вытесняют в грат (фиг.9). Так, для диаметра 8 мм величина 2lg = 0,38 d= 0,38х 8 = 3,04 мм.

Критерием оптимальности величины

2 э служили два фактора: во — первых, вытеснение участка растяжения и залечивание вероятных микротрещин и, во-вторых, максимально возможное сближение концов плашек, а следовательно, малая толщина основания грата (Оз) и легкое его удаление .

Экспериментально установлено, что при влажности воздуха 50; для качественно выполненной сварки достаточен следующий цикл соединений:

Бонэ — повторить два раза.

Я - Я вЂ” один раз.

So -So" — заключительное сдавливание.

При влажности свыше 85"-,, достаточен цикл соединений следующий: с ()о+5э) + (о 8э) + (э Sa) + (Sp Яэ) + (Sq+

- Я ) + (Я- 5 "), где индексы при S, S, S порядковые номера образования стыковой поверхности.

Уменьшение длины сдавливаемого прутка в зоне его сварки менее 0,1 d на заключительном этапе прив дит к ухудшению качества прутка; так как при этом не удаляются дефекты, возникающие при растяжении прутка, и его прочность снижается, При увеличении длины свыше 0,4 d зона сварного соединения получает дополнительную нагартовку, которая не способствует улучшению качества, так как все возможные поры и дефекты, образовавшиеся при растяжении, удаляются при меньшей длине сжимаемого прутка, а дополнитель ная нагартовка приводит к ухудшению изгибоустойчивости и эксплуатационных свойств сваренного прутка (изделия).

Значение способа сварки состоит еще в том, что он обеспечивает бездефектную сварку, например, жил кабелей в муфтах.

Тем самым достигается высокая прочность и отсутствие потерь энергии на нагрев ме1687402

6 ста сварки в муфте, обеспечивается высокая надежность при эксплуатации, Надежность и качество сварного соединения существенно повышаются, если 5 правильно выбран угол наклона а соединяемых поверхностей прутка, Этот угол является производной величиной ассиметричного размещения плашек и выбирается в пределах 20 — 60 экспериментально, 10

Угол а = 20 соответствует сдвигу плашек, а угол а = 60 — максимальному. При уменьшении угла менее 20 качество сварного соединения невысокое во многом из-за осевой рыхлости соединения. 15

При угле а более 60 надежность и качество сварного соединения также невысокие из-за соскальзывания и смещения концов прутков при их совместном осаживании, что не исправляется при последую- 20 щих осадках. При многократных осадках возможно варьирование угла а в указанных пределах.

Формула изобретения

Способ холодной стыковой сварки прутков, включающий многократную осадку ,соединяемых концов с ориентированием сварного стыка под углом, отличным от прямого, к продольной оси прутков, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества сварного шва прутков из монометаллических материалов при сопутствующем контроле, после первоначальных осадок производят дополнительные осадки зоны сварного соединения в симметрично установленных одна относительно другой плашках, растягивают сварной шов и создают в нем напряжения, равные а пределу прочности материала прутков, после чего производят дополнительную осадку места растяжения на длине, равной 0,1 — 0.4 диаметра свариваемых прутков, 1687402

1687402 оь с,t

g рюу TeN

4 иг 9

Корректор Л.Бескид

Редактор З.Ходакова

Заказ 3668 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 (+)

У

Р9

Составитель Э.Ветрова

Техред М,Моргентал