Способ сварки трением

 

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например, при производстве режущего инструмента. Сущность изобретения: сварку трением производят в температурном интервале сверхпластичности металла одной из свариваемых заготовок. Причем давление нагрева прикладывают импульсно. Длительность первого импульса давления нагрева ограничивают достижением температуры сверхпластичности на поверхности свариваемого стыка. Количество прикладываемых импульсов и пауз давления, их длительности определяют выравниванием температуры сверхпластичности металла по всей площади стыка. Давление нагрева в паузе составляет 40-60% давления в импульсе. Сварка по предлагаемому способу повышает стабильность прочности и качества сварных соединений. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например при производстве режущего инструмента.

Известен способ сварки трением (авт. св. N 1240532, 1986) , при котором в процессе нагрева свариваемого стыка усилие сжатия изменяют, поддерживая скорость осадки постоянной. Недостатками этого способа являются нестабильность качества сварных соединений из-за большой вероятности образования блестящих полос скольжения в стыке, снижающих прочность соединения и возникновение закалочных структур в зоне термического влияния, что вызывает необходимость применения отжига после сварки для улучшения обрабатываемости сваренных заготовок и устранения остаточных напряжений, вызванных образованием закалочных структур.

Известен способ сварки трением (авт. св. N 664791, 1979), при котором скорость вращения, давление и время проковки устанавливаются в зависимости от фазового состава свариваемых материалов, определяемого соотношением ванадиевых и вольфрам-молибденовых карбидов по определенным зависимостям. Вероятность возникновения блестящих полос скольжения в стыке при этом способе сварки трением снижается, но вероятность образования закалочных структур в зоне термического влияния остается на высоком уровне, что приводит к значительным энергетическим затратам при отжиге после сварки.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ сварки трением (авт. св. N 1512740, опубл. 07,10.89., БИ N 37) быстрорежущих сталей с конструкционными, включающий стадию нагрева, на которой заготовки приводят в относительное вращение при постоянном приложении контактного давления, и стадию проковки, которую осуществляют после прекращения вращения. Сварка по этому способу производится в температурном интервале сверхпластичности быстрорежущих сталей, что устраняет условия закалки быстрорежущей стали в зоне термического влияния, а значит, и необходимость отжига заготовок после сварки. В стыке по этому способу не возникают блестящие полосы скольжения, снижающие прочность сварных соединений. Недостатками этого способа сварки трением являются низкая стабильность качества сварных соединений вследствие высокой вероятности возникновения непроваров и подрезов, вызываемых выхватыванием поверхностных слоев металла, прилегающего к стыку, гратом. Эти недостатки вызываются неравномерностью нагрева стыка по всему сечению. Поэтому значительные перепады температуры приводят к отсутствию условий сверхпластичности на некоторых участках стыка.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении стабильности качества сварных соединений путем устранения условий возникновения непроваров и подрезов в сварном стыке из-за отсутствия условий сверхпластичности металла на некоторых участках сварного стыка вследствие неравномерности его нагрева.

Решение поставленной задачи достигается тем, что сварку трением в температурном интервале сверхпластичности свариваемого металла одной из заготовок, включающую стадию нагрева, на которой свариваемые заготовки приводят в относительное вращение и стадию проковки, которую осуществляют после прекращения вращения, ведут с импульсным приложением давления на стадии нагрева. Окончание первого импульса давления определяют достижением температуры сверхпластичности металла одной из заготовок на поверхности стыка. Длительность пауз и последующих импульсов давления, а также их число определяют выравниванием этой температуры по всему стыку, что зависит от свойства металлов и от площади поперечного сечения свариваемых заготовок. Причем, давление разогрева в паузах составляет 40-60% от давления в импульсе.

Существенным отличием предлагаемого способа является импульсное приложение давления на стадии нагрева свариваемых заготовок. С помощью такого приложения давления достигается управление процессом нагрева сварного стыка. В момент приложения импульса давления процесс тепловыделения в стыке интенсифицируется, особенно в периферийной его части, а в момент пауз происходит выравнивание температуры к центру стыка. Уровень давления в паузе составляет 40-60% от уровня давления в импульсе и определяется необходимостью ограничения тепловыделения в стыке и, в то же время предотвращением возможности его раскрытия для устранения взаимодействия металла стыка с воздухом.

Пример 1. Производят сварку трением биметаллических заготовок режущего инструмента с рабочей частью из быстрорежущей стали P6M5 с хвостовой частью из стали 45 диаметром 17 мм. Сварку ведут на опытной машине для сварки трением с гидравлическим приводом осадки, снабженной аппаратурой управления давлением и бесконтактным датчиком температуры поверхности сварного стыка, связанным с этой аппаратурой.

Параметры режима сварки: Скорость вращения, с^-1 - 6-8 Давление нагрева в импульсе, МПа - 150-170 Давление нагрева в паузе, МПа - 80-110 Длительность первого импульса давления, с - 0,8-1,2 Длительность последующих импульсов давления, с - 0,3-0,5 Длительность паузы, с - 1,7-2,5 Количество импульсов давления - 3 Давление проковки, МПа - 280-330 Время проковки, с - 1-2
Параметры режима сварки установлены путем сварки опытной партии образцов на различных режимах, включая и режим с постоянным давлением нагрева. Образцы были испытаны на растяжение и ударный изгиб. При сварке по способу (авт. св. N 1512740) процент образцов, показавших неудовлетворительную прочность или наличие подрезов, составил около 30%, при сварке по предлагаемому способу только 0,2%.

Пример 2. Производят сварку трением биметаллических заготовок режущего инструмента с рабочей частью из быстрорежущей стали P6M5 диаметром 21 мм с хвостовой частью из стали 45 диаметром 17 мм на следующих режимах:
Скорость вращения, с¹ - 6-8
Давление нагрева в импульсе, МПа - 180-200
Давление нагрева в паузе, МПа - 90-120
Длительность первого импульса, с - 1,6-2
Длительность последующих импульсов давления, с - 0,4-0,6
Длительность паузы, с - 1,7-2,5
Количество импульсов давления - 3
Давление проковки, МПа - 280-330
Время проковки, с - 1-2
Внешний осмотр и испытание образцов показали 0,4% брака при сварке по предлагаемому способу и 36% брака по способу с постоянным давлением нагрева (авт. св. N 1512740).

Формула изобретения

1. Способ сварки трением в температурном интервале сверхпластичности металла одной из заготовок, включающий стадию нагрева, на которой заготовки приводят в относительное вращение, и стадию проковки, осуществляемую после прекращения вращения, отличающийся тем, что на стадии нагрева давление к свариваемым заготовкам прикладывают импульсно, причем окончание первого импульса давления определяют достижением на поверхности стыка температуры сверхпластичности металла одной из заготовок, длительность последующих пауз, импульсов приложенного давления и их количество определяют выравниванием температуры сверхпластичности по сечению заготовок.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление разогрева в паузах составляет 40 60% от давления в импульсе.