Способ комбинированной фрикционной сварки



Способ комбинированной фрикционной сварки
Способ комбинированной фрикционной сварки
Способ комбинированной фрикционной сварки
Способ комбинированной фрикционной сварки
Способ комбинированной фрикционной сварки
Способ комбинированной фрикционной сварки

 


Владельцы патента RU 2460617:

Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") (RU)

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением стыков большой протяженности, преимущественно листовых элементов и узлов конструкций из алюминиевых, магниевых сплавов и других конструкционных материалов, в том числе из материалов, не свариваемых плавлением. После подготовки и фиксации заготовок погружают в стык между заготовками вращающийся дисковый инструмент и перемещают его со скоростью сварки вдоль шва. Сварку производят в два прохода. Первый проход осуществляют дисковым инструментом с погружением его на глубину, обеспечивающую формирование в нижней части стыка корневого сварочного шва высотой 1-2 мм, и с образованием в верхней части стыка паза, равного толщине дискового инструмента. Затем в паз закладывают присадку, например, в виде таврового профиля с толщиной ребра, равной ширине паза. Осуществляют второй проход фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом с погружением его в присадку на глубину паза с перекрытием корневого шва. Способ позволяет получать качественные соединения длинномерных конструкций из материалов толщиной более 4 мм, не свариваемых плавлением. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к технологическим процессам сварки, более конкретно к области сварки трением (фрикционной сварки), и может использоваться в различных областях машиностроения и строительства для соединения стыков большой протяженности преимущественно листовых элементов и узлов конструкций из алюминиевых, магниевых сплавов и других конструкционных материалов, в том числе из материалов несвариваемых плавлением.

Уровень техники

Известен способ сварки трением (авторское свидетельство СССР №195846 от 1967 г., International Patent WO 93/10935 от 1993 г.), по которому инструмент, имеющий форму стрежня, вращают около своей оси и погружают в стык между торцами соединяемых заготовок, а затем перемещают его вдоль линии стыка. При этом работа сил трения пластифицирует свариваемый материал и он переносится в зону, освобождающуюся сзади инструмента, где формируется сварной шов. Недостатком такого способа сварки являются несимметричность сварного шва, высокие требования к точности сборки под сварку, утонение сечения в месте шва (что приводит к снижению прочности соединения) и сложность обеспечения стабильного формирования корня шва.

Известен способ сварки трением (патент РФ №2173619 С1 от 2001 г.) по которому дисковый инструмент, вращающийся вокруг своей оси, погружают через прорезь обжимающего шов дополнительного устройства в стык соединяемых деталей - прототип. При трении вращающегося инструмента (диска) о материал заготовок последний пластифицируется и переносится в зону позади инструмента, где формируется сварной шов. При сварке по данному способу металл шва заполняет оставляемый движущимся диском паз шириной, равной толщине диска, лишь на небольшую высоту из-за дефицита материала, вызванного тем, что при движении вращающегося диска происходит опрессовка разогретого пластичного материала соединяемых кромок и их утолщение, а также тем, что часть материала выносится вращающимся диском на поверхность кромок. С увеличением толщины соединяемых деталей сложность заполнения паза возрастает.

Также известен способ и устройство для сварки трением (патент Украины №69459 С2 от 2004 г.), по которому в зону сварки подается присадочный материал в виде ленты или проволоки, а заготовки прижимают к подкладке дополнительным устройством в виде ползуна. Недостатками данного способа являются сложность обеспечения стабильности подачи ленты или проволоки под вращающийся диск и их обработки, а также усложнение оборудования.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка способа фрикционной сварки, позволяющего получать качественные соединения длинномерных конструкций из несвариваемых плавлением материалов толщиной более 4 мм.

Поставленная задача решается тем, что в способе комбинированной фрикционной сварки, преимущественно длинномерных листовых деталей, включающем подготовку и фиксацию заготовок, погружение в стык между заготовками вращающегося дискового инструмента и перемещение его со скоростью сварки вдоль шва, сварку осуществляют в два прохода, при этом первый проход осуществляют дисковым инструментом с погружением его на глубину, обеспечивающую формирование корневого сварочного шва высотой 1-2 мм в нижней части стыка и пазом, равным толщине дискового инструмента, в верхней части стыка, после чего в паз закладывают присадку, например, в виде таврового профиля с ребром толщиной, равной ширине паза, и осуществляют второй проход фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом с погружением его в присадку на глубину паза.

Таким образом решается проблема дефицита материала в шве и обеспечивается формирование качественного шва, поскольку корень шва формируется дисковой сваркой, которая, в данном случае, нечувствительна к отклонению величины зазора между соединяемыми кромками, а вторым проходом - фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом формируется полномерный шов.

Перечень фигур на чертежах

Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых:

фигура 1 показывает выполнение первого прохода вращающимся дисковым инструментом 3;

фигура 2 показывает поперечное сечение соединения после первого прохода; на чертеже видны паз и сформированный корень шва 2;

фигура 3 - присадка в виде таврового профиля 4, заложенного в паз;

фигура 4 показывает погруженный в стык с заложенной в паз присадкой (показана пунктиром) рабочий стержень 5 инструмента 6;

фигура 5 показывает выполнение второго прохода фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом 5;

фигура 6 показывает поперечное сечение шва 7.

Обозначения на чертежах:

ωд - направление вращения дискового инструмента;

ωс - направление вращения стержневого инструмента;

Vд - вектор скорости сварки вращающимся диском;

Vс - вектор скорости сварки вращающимся стержневым инструментом;

1 и 1' - соединяемые элементы;

2 - дисковый инструмент;

3 - корень сварного шва, сформированный вращающимся диском;

4 - закладываемая присадка (например, в форме таврового профиля);

5 - рабочий стержень инструмента для фрикционной сварки;

6 - инструмент для фрикционной сварки;

7 - сварной шов, сформированный вторым проходом фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом;

hд - глубина погружения вращающегося дискового инструмента;

s - толщина дискового инструмента;

k - высота корня сварного шва, образованного дисковым инструментом;

hс - глубина погружения вращающегося рабочего стержня инструмента.

Осуществление изобретения

Изобретение реализуют следующим образом.

Способ комбинированной фрикционной сварки предназначен преимущественно для сварки длинномерных листовых деталей с толщиной более 4 мм. Способ включает подготовку и фиксацию заготовок. После чего в стык между заготовками погружают вращающийся дисковый инструмент и перемещают его со скоростью сварки вдоль шва. При этом сварку осуществляют в два прохода. Первый проход осуществляют дисковым инструментом с погружением его на глубину, обеспечивающую формирование корневого сварочного шва высотой 1-2 мм в нижней части стыка и пазом, равным толщине дискового инструмента, в верхней части стыка. После чего в паз закладывают присадку, например, в виде таврового профиля с ребром толщиной, равной ширине паза, и осуществляют второй проход фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом с погружением его в присадку на глубину паза.

Заготовки 1 и 1', толщиной преимущественно более 4 мм, (фиг.1) собираются под сварку или непосредственно на каретке станка и прижимаются к ней стандартными болтами-молоточками или в сборочно-сварочном приспособлении с прижимными планками, жестко закрепленном на каретке станка. В стык между свариваемыми заготовками погружают на глубину hд вращающийся со скоростью ωд (200÷1500 об/мин) дисковый инструмент 3. После этого инструмент 3, продолжая вращать, перемещают со скоростью Vд (100÷2000 мм/мин) вдоль линии стыка свариваемых заготовок и формируют корень 2 сварного шва высотой k и паз глубиной hд и шириной s, равной толщине дискового инструмента 3 (фиг.1, 2). При этом бóльшая скорость вращения ωд, меньшая скорость сварки Vд применяются для сварки материалов с относительно высокой температурой пластификации, и наоборот. Глубину погружения hд выбирают таким образом, чтобы расстояние от нижней поверхности заготовок до нижней точки дискового инструмента составляло порядка 1-2 мм (независимо от толщины свариваемых материалов), при этом бóльшие значения hд выбираются при сварке материалов с относительно высокой температурой пластификации, а также при сварке с высокими скоростями на малых скоростях вращения инструмента. После выполнения первого прохода в паз закладывают присадку. Может использоваться присадка в виде таврового профиля (фиг.3), пластины, прутка или ленты.

Второй проход выполняют фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом. Инструмент 6 с рабочим стержнем 5 вращают со скоростью ωc (200÷2000 об/мин), погружают в стык (фиг.4, 5) с заложенной присадкой 4 (на фиг.4 показана пунктиром) на глубину hc. Далее инструмент, не прекращая вращения, перемещают со скоростью Vс (80÷800 мм/мин) вдоль стыка, образуя сварной шов 7 с перекрытием корня шва 2 (фиг.5, 6). При этом бóльшая скорость вращения ωc и меньшая скорость сварки Vc применяются для сварки материалов с относительно высокой температурой пластификации, и наоборот. Глубина погружения hc должна обеспечивать перекрытие корневого шва швом, выполненным вторым проходом (hc, как правило, больше, чем hд, на 0,2-0,5 мм). По окончании сварки, не прекращая вращения инструмента 6, его выводят из стыка заготовок и отключают приводы вращения и рабочего перемещения инструмента относительно сварного узла.

Параметры режима сварки (скорость вращения дискового инструмента, глубину его погружения и скорость сварки) определяют опытным путем - сваркой контрольных образцов и оценкой качества корневого шва по ряду критериев:

отсутствие дефектов, высота «k» корневого шва (не менее 0.5 ширины паза), его геометрия (отсутствие острых углов поверхности). В частности были получены качественные корневые швы при сварке алюминиевого сплава Д19 толщиной 8 мм дисковым инструментом диаметром 110 мм и толщиной 2,5 мм при скорости вращения 200 об/мин и скорости сварки 200 мм/мин с погружением на глубину 6 мм. Закладывали различные виды присадок: тавр, пруток, пластину и ленту из материала Д19. Фрикционную сварку стержневым инструментом проводили при скорости вращения 1000 об/мин и скорости сварки 125 мм/мин с погружением на глубину 6,2 мм. Комбинированную фрикционную сварку образцов выполняли на двух фрезерных станках: горизонтально-фрезерном (сварку дисковым инструментом корневого шва) и вертикально-фрезерном (сварку второго прохода для получения полномерного шва). Вместо режущего инструмента устанавливали дисковый инструмент и стержневой инструмент соответственно. Фрезерные станки позволяют осуществлять необходимые технологические перемещения при сварке: поперечное перемещение каретки станка - для установки инструмента на линию стыка; продольное перемещение каретки - для рабочего перемещения инструмента по линии стыка и вертикальное движение каретки - для погружения инструмента на заданную глубину.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа сварки

1. Предлагаемый способ позволяет решить проблему дефицита материала при фрикционной сварке, позволяя получать стабильный и качественный сварной шов (без несплошностей и несплавлений) при значительных колебаниях величины зазора между свариваемыми заготовками (в пределах толщины дискового инструмента), что особенно актуально при сварке длинномерных конструкций.

2. Улучшаются условия формирования корня шва (повышенная температура и давление в локализованном объеме металла при симметричности источника нагрева) и снижается вероятность появления корневых дефектов, тем самым повышается стабильность качества сварного соединения.

3. Появляется возможность влияния на химический состав шва и свойства сварного соединения путем подбора присадочного материала (например, в виде таврового профиля) оптимального химического состава, обеспечивающего требуемые свойства сварного соединения.

1. Способ фрикционной сварки, преимущественно длинномерных листовых деталей, включающий подготовку и фиксацию заготовок, погружение в стык между заготовками вращающегося дискового инструмента и перемещение его со скоростью сварки вдоль шва, отличающийся тем, что сварку осуществляют в два прохода, при этом первый проход осуществляют дисковым инструментом с погружением его на глубину, обеспечивающую формирование корневого сварочного шва высотой 1-2 мм в нижней части стыка и пазом, равным толщине дискового инструмента, в верхней части стыка, после чего в паз закладывают присадку и осуществляют второй проход фрикционной сваркой вращающимся стержневым инструментом с погружением его в присадку на глубину паза с перекрытием корневого шва.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют присадку в виде таврового профиля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сварке, а именно к оборудованию для сварки трением с перемешиванием. .

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например при производстве или ремонте моноблоков турбомашин из титановых сплавов.

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например при производстве или ремонте моноблоков турбомашин из титановых сплавов.

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например при производстве или ремонте моноблоков турбомашин из титановых сплавов.

Изобретение относится к способу получения соединения сваркой трением нескольких плоских, прилегающих друг к другу деталей, удерживаемых вместе посредством соединительного элемента, буртик которого опирается на верхнюю деталь, и торцевая сторона которого вместе с нижней деталью образует зону сварки трением путем вращения и давления соединительного элемента.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для получения соединения разнородных материалов в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технологическим процессам сварки, более конкретно к области сварки трением (фрикционной сварки), и может использоваться в различных областях машиностроения и строительства для создания тавровых соединений большой протяженности из разнородных материалов, преимущественно алюминиевых и магниевых сплавов, а также других конструкционных материалов, в том числе не свариваемых плавлением

Изобретение относится к сборочному узлу из нескольких наложенных друг на друга плит, выполненному сваркой трением, в котором плиты удерживаются вместе соединительным элементом, который опирается буртом на верхнюю плиту и имеет форму пологого конуса с вершиной, причем в области бурта соединительного элемента имеется захват для установки инструмента, обеспечивающего давление и вращение

Изобретение относится к устройствам для сварки трением длинномерных деталей, в частности железнодорожных рельсов, труб, стержней и других удлиненных деталей с помощью установленной между концами деталей подвижной промежуточной вставки, обеспечивающей нагрев контактных поверхностей за счет трения

Изобретение относится к конструктивным металлическим элементам, принадлежащим кессону центроплана самолета, в особенности к конструкции и способу изготовления и сборки такого элемента

Изобретение относится к области соединения металлических деталей и может быть использовано в авиастроении, судостроении и других отраслях машиностроения

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях промышленности при производстве сварных деталей из однородных и разнородных материалов

Изобретение относится к получению в деталях внутренних прямолинейных и криволинейных каналов, в том числе каналов, имеющих большую протяженность
Наверх