Способ сварки трением


 


Владельцы патента RU 2483849:

Степанов Лев Геннадьевич (RU)
Одинцов Вячеслав Константинович (RU)
Стойко Евгений Николаевич (RU)
Егоров Владимир Ильич (RU)
Мезенцев Александр Николаевич (RU)
Егоров Александр Владимирович (RU)
Коминов Виталий Иванович (RU)
Поляков Виктор Владимирович (RU)
Рогальский Абрам Абрамович (RU)

Изобретение может быть использовано при производстве сварных деталей из однородных и разнородных материалов. Стадия нагрева стыкуемых поверхностей деталей включает периоды начального, основного и окончательного нагрева. Период начального нагрева осуществляют при давлении, достаточном для удаления оксидных пленок и загрязнений со стыкуемых поверхностей, и заканчивают его снижением давления до величины давления основного нагрева, составляющей 25…50% от давления начального нагрева. Период основного нагрева осуществляют при давлении, достаточном для обеспечения нагрева стыка до температуры сварки. В период окончательного нагрева отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки. Длительность увеличения давления в последнем периоде устанавливают меньше или равной длительности прекращения вращения заготовки. Способ обеспечивает стабильность и высокое качество сварки, незначительный расход свариваемых материалов и электроэнергии, а также упрощение конструкции машины сварки трением и увеличение надежности ее работы. 1 ил.

 

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

Известен способ сварки трением, при котором после достижения определенных величин момента трения в стыке производят мгновенное принудительное прекращение вращения свариваемой заготовки и затем прикладывают давление проковки (патент РФ 2034686, В23К 20/12). Недостатками этого способа сварки являются нестабильность качества сварного соединения из-за подстуживания стыка перед проковкой вследствие инертности системы управления процессом, а также большой расход энергии и свариваемых материалов, вызываемых непрерывной работой привода вращения свариваемой заготовки на всей стадии нагрева при высоком давлении.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сварки трением, при котором одну из свариваемых заготовок приводят во вращение и прикладывают к ним давление нагрева разное по величине на этой стадии, а затем давление проковки (патент РФ 2274530, В23К 20/12). При данном способе сварки трением на стадии нагрева давление к свариваемым заготовкам прикладывают импульсно, что приводит к незначительному уменьшению расхода энергии и свариваемых материалов. Недостатками этого способа сварки трением являются подстуживание стыка перед проковкой из-за инертности срабатывания системы управления процессом, а также интенсивное перемешивание и износ металла в зоне физического контакта при непрерывной работе привода вращения заготовки на всей стадии нагрева, приводящие к нестабильности качества соединения и значительному расходу электроэнергии и свариваемых материалов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности качества сварного соединения, уменьшение расхода энергии и свариваемых материалов.

Решение поставленной задачи достигается следующим образом.

Способ сварки трением заключается в том, что одну из свариваемых заготовок приводят во вращение и прикладывают к ним давление нагрева разное по величине на этой стадии, а затем давление проковки. Стадию нагрева разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный, причем при начальном нагреве удаляют оксидные пленки и загрязнения со стыкуемых поверхностей и заканчивают период начального нагрева снижением давления до величины давления основного нагрева, которое составляет 25…50% от давления начального нагрева, и выполняют основной нагрев до температуры сварки в стыке, после чего в период окончательного нагрева отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки, при этом длительность нарастания давления меньше или равна длительности прекращения вращения заготовки.

Новым в предлагаемом способе является то, что стадию нагрева разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный, причем период начального нагрева заканчивают снижением давления до величины основного нагрева, которое составляет 25…50% от давления начального нагрева, и на этом низком давлении производят основной нагрев стыка до температуры сварки, после чего в период окончательного нагрева для исключения подстуживания стыка отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки с длительностью нарастания давления меньшей или равной длительности прекращения вращения заготовки.

Способ сварки трением осуществляют следующим образом. Свариваемые заготовки закрепляют в зажиме шпинделя и неподвижном устройстве машины. После задания параметров процесса (давление нагрева, проковки и др.) производят разгон шпинделя с закрепленной заготовкой и прикладывают давление начального нагрева PH1. Регламентацию процесса выполняют по времени. Циклограмма давлений в стадиях нагрева и проковки показана на чертеже: PH1 и tH1 - давление и время начального, PH2 и tH2 - давление и время основного, PH3 и tH3 - давление и время окончательного нагревов, PПР и tПР - давление и время проковки. Стадию нагрева разбивают на три периода: начальный IH, основной нагрев IIH и окончательный нагрев IIIH. Начальный нагрев заканчивают снижением давления до величины давления основного нагрева PH2=0,25…0,5 PH1 и при указанном давлении выполняют основной нагрев стыка до температуры сварки. По достижении требуемой температуры отключают привод вращения и повышают давление нагрева до PH3=PПР=1,5…3,0 PH1, причем длительность нарастания давления меньше или равна длительности прекращения вращения заготовки. Завершается цикл сварки стадией проковки.

Производили сварку трением заготовок из стали 45 диаметром 18 мм. Параметры процесса:

Давление начального нагрева PH1, МПа 42,0
Время начального нагрева tH1, с 2,0
Давление основного нагрева PH2, МПа 16,0
Время основного нагрева tH2, с 4,0
Давление окончательного нагрева PH3, МПа 90,0
Время окончательного нагрева tH3, с 1,0
Давление проковки РПР, МПа 90,0
Время проковки tПР, с 2,0

Общий припуск на сварку свариваемых заготовок составил 1,4…2,0 мм. Заготовки после сварки охлаждали на воздухе. Металлографические исследования показали, что структура в зоне соединения троостит и в ней отсутствует дефекты типа пор, раковин и расслоений. При испытании сварных образцов на растяжение разрушение происходило по основному металлу, а прочность GB составляла 660-690 МПа. Механические испытания сварных образцов показали значительную стабильность качества соединения, а именно отсутствуют образцы, показавшие неудовлетворительную прочность.

Таким образом, предлагаемый способ сварки трением имеет следующие преимущества:

- повышение стабильности качества сварного соединения за счет улучшения условий нагрева стыка при регулировании параметров на стадии нагрева, которую разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный нагревы и устранение подстуживания стыка перед проковкой;

- уменьшение расхода свариваемых материалов за счет незначительного износа металла в зоне физического контакта при нагреве;

- уменьшение расхода электроэнергии за счет того, что привод вращения свариваемой заготовки работает только в периоды начального и основного нагревов, а в период окончательного нагрева привод вращения отключают.

Способ сварки трением, включающий приведение во вращение одной из свариваемых заготовок и осуществление стадии нагрева стыкуемых поверхностей с приложением к заготовкам разного по величине давления нагрева, после которой прекращают вращение заготовки и осуществляют стадию проковки с приложением давления проковки, отличающийся тем, что стадия нагрева включает периоды начального, основного и окончательного нагрева, причем период начального нагрева осуществляют при давлении, достаточном для удаления оксидных пленок и загрязнений со стыкуемых поверхностей, и заканчивают его снижением давления до величины давления основного нагрева, составляющей 25…50% от давления начального нагрева, период основного нагрева осуществляют при давлении, достаточном для обеспечения нагрева стыка до температуры сварки, а в период окончательного нагрева отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки, при этом длительность увеличения давления в упомянутом периоде устанавливают меньше или равной длительности прекращения вращения заготовки.



 

Похожие патенты:

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

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

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 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 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 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 получению в деталях внутренних прямолинейных и криволинейных каналов, в том числе каналов, имеющих большую протяженность

Изобретение может быть использовано при изготовлении соединительной штанги, усиленной на всех ее участках за счет использования волокон разной длины. Изготавливают корпус (1) из металлического материала, усиленного длинными волокнами (5), ориентированными, главным образом, вдоль его продольной оси (X). Корпус содержит стакан (2), заканчивающийся кольцевым выступом (4), и цилиндрическую основную часть (3), имеющую длинные волокна (5), проходящие до положения вблизи кольцевого выступа. Изготавливают наконечник, например, в виде проушины из металлического материала, усиленный короткими волокнами. Сваривают наконечник с концом корпуса с помощью способа сварки трением с перемешиванием. Способ обеспечивает необходимое сцепление между корпусом штанги и ее наконечником с созданием непрерывного перехода между зонами соединительной штанги, усиленной на всех ее участках волокнами, длина которых имеет соответствующее значение для каждой зоны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может использоваться при соединении сваркой трением тонколистовых конструкций, преимущественно из несвариваемых плавлением материалов толщиной от 0,5 до 2 мм. Перед сваркой поверх стыка свариваемых заготовок закрепляют накладную пластину толщиной, равной 0,5-1,0 их толщины, выполненную из материала, идентичного материалу свариваемых заготовок. После подготовки и фиксации заготовки осуществляют перемещение погруженного вращающегося дискового инструмента со скоростью сварки вдоль стыка заготовок с пластифицированием материала заготовок и формированием сварного шва. В процессе сварки вращающийся дисковый инструмент погружают в накладную пластину таким образом, что расстояние от нижней точки инструмента до поверхности свариваемых заготовок составляет 0,1-0,3 их толщины. После сварки остатки пластины удаляют. Способ обеспечивает качественную сварку за счет того, что дисковый инструмент образует соединение через накладную пластину без непосредственного погружения в соединяемые заготовки, при этом накладная пластина играет роль присадки. 4 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноблочного лопаточного диска (блиска), преимущественно, для ротора газотурбинного двигателя. Получают лопатку с выступом, параметры которого обеспечивают присоединение к диску посредством линейной сварки трением. На лопатке выполняют припуск для удержания ее в оснастке в процессе сварки. Предварительно осуществляют моделирование геометрии припуска для выполнения условия удержания лопатки в процессе линейной сварки трением без пластических деформаций этого припуска. Опорные поверхности припуска, по которым осуществляют удержание лопатки в процессе линейной сварки трением, в направлении хорды лопатки выполняют с наклоном относительно вертикальной оси лопатки и расширением в сторону свариваемого сечения. Лопатку устанавливают с зазором в оснастку сварочной машины. Посадочные поверхности оснастки имеют такой же наклон относительно се вертикальной оси, как и опорные поверхности припуска лопатки. Фиксируют лопатку в оснастке сварочной машины в направлении ее осцилляции для осуществления линейной сварки трением. Изобретение обеспечивает высокое качество сварки за счет устранения перекосов сварочного шва, достигаемого полнотой контакта свариваемых поверхностей лопатки и диска. 3 ил.

Изобретение относится к авиационной промышленности, в частности к способу изготовления моноблочного лопаточного диска преимущественно для использования в роторе газотурбинного двигателя. При изготовлении лопаточного диска, имеющего множество лопаток, присоединенных к диску радиально, формируют лопатку, имеющую выступ для соединения с диском, и соединяют выступ лопатки с выступом диска посредством линейной сварки трением. Перед линейной сваркой трением лопатку зажимают в оснастке небольшим предварительным усилием зажатия, вводят в соприкосновение с диском и нагружают осевым сварочным усилием. Затем, не снижая приложенного сварочного усилия, лопатку закрепляют в оснастке полным усилием зажатия и осуществляют линейную сварку трением лопатки и диска. Полученную фиксацию лопатки сохраняют в течение всего процесса сварки. Изобретение позволяет повысить качество сварки за счет устранения перекосов сварочного шва, достигаемого полнотой контакта свариваемых поверхностей лопатки и диска. 2 ил.

Способ включает соединение двух деталей. Каждая из деталей выполнена, по меньшей мере, с одним основанием. Детали располагают таким образом, чтобы основания были обращены друг к другу и детали перекрывались в области нахлеста. Область нахлеста, по меньшей мере, частично проходит через оба основания. Детали соединяют сваркой в области нахлеста с образованием, по меньшей мере, одного сварного шва. На краю области нахлеста вдоль сварного шва образуются несваренные области. Затем несваренные области удаляют. На деталях образуются наружные поверхности среза, расположенные под тупыми углами к области нахлеста. Техническим результатом изобретения является получение сварных узлов с высокой долговечностью и коррозионной стойкостью. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявленные изобретения относятся к вариантам цельной конструкции и к способам их изготовления. Цельная конструкция включает многослойный металловолокнистый лист, содержащий неметаллические и металлические слои, крайний внутренний металлический слой и добавочный слой, присоединенный к крайнему внутреннему металлическому слою путем сварки трением с перемешиванием. Подкрепляющий элемент выполнен за одно целое с крайним внутренним металлическим слоем. Способ изготовления по одному варианту включает подготовку многослойного металловолокнистого листа, содержащего неметаллические и металлические слои и крайний внутренний металлический слой, а также присоединение к крайнему внутреннему металлическому слою путем сварки трением с перемешиванием добавочного слоя с получением сварного полуфабриката. Способ изготовления по другому варианту включает механическую обработку сварного полуфабриката для формирования внешней поверхности крайнего внутреннего металлического слоя многослойного металловолокнистого листа, укладку на внешнюю поверхность крайнего внутреннего металлического слоя неметаллических и металлических слоев с получением многослойного металловолокнистого листа, механическую обработку сварного полуфабриката для формирования внутренней поверхности крайнего внутреннего металлического слоя и механическую обработку подкрепляющего элемента. Достигается упрощение изготовления цельной конструкции. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение может быть использовано при сварке деталей, в частности, из титановых или медных сплавов, сталей. Инструмент в виде вращающегося с высокой скоростью рабочего сердечника из высокопрочного материала погружают в свариваемые детали и перемещают его по всей длине соединения. Осуществляют дополнительный разогрев зоны сварки путем ее облучения сфокусированным лазерным и полихроматическим лучами, сведенными в единый луч с помощью конического экрана с защитным кварцевым стеклом. Подачу полихроматического луча в конический экран осуществляют под углом. После завершения сварки осуществляют вывод сердечника из соединения и охлаждение детали. Способ обеспечивает повышение коэффициента поглощения энергии лазерного луча и увеличение прогрева свариваемых кромок. 2 ил.
Наверх