Установка для сварки трением с перемешиванием



Установка для сварки трением с перемешиванием
Установка для сварки трением с перемешиванием
Установка для сварки трением с перемешиванием
Установка для сварки трением с перемешиванием
Установка для сварки трением с перемешиванием

 


Владельцы патента RU 2562177:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Установка может быть использована при сварке трением прессованных или катаных тонкостенных полуфабрикатов неограниченной длины из алюминиевых сплавов. Сварочный инструмент закреплен на корпусе, имеющем привод его поступательного перемещения вдоль линии сварки по горизонтальной поверхности свариваемых элементов. Механизм позиционирования корпуса относительно свариваемых элементов и их фиксации выполнен в виде вертикально или наклонно ориентированной роликовой пары, шарнирно закрепленной на корпусе с возможностью совместного с ним перемещения по вертикально расположенным поверхностям свариваемых элементов, образующим направляющие, и горизонтально ориентированных роликовых пар, жестко закрепленных на корпусе с возможностью их опоры на горизонтальную поверхность свариваемых элементов. Одна из упомянутых роликовых пар расположена перед сварочным инструментом под углом в сторону направления его движения. В качестве направляющих могут быть использованы внешние торцы свариваемых элементов, ребра жесткости и прилегающая к ним поверхность свариваемых элементов. Изобретение обеспечивает надежную фиксацию свариваемых кромок в процессе сварки, а также исключение угловых деформаций и их поперечных смещений. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к сварке трением с перемешиванием и может быть использовано при сварке прессованных или катаных тонкостенных полуфабрикатов неограниченной длины из алюминиевых сплавов на опорной подложке без использования специализированной сборочно-сварочной оснастки.

Известен способ, при котором процесс сварки трением с перемешиванием осуществляется благодаря вращению сварочного инструмента, погруженного в стык свариваемых кромок при одновременном перемещении его вдоль оси сварного шва [заявка WO 93/10935 A1, 10.06.1993 г.]. Благодаря всестороннему сжатию пластифицированный за счет трения поверхности уступа о поверхность свариваемых кромок металл перемещается в область позади сварочного инструмента, образуя тем самым сварной шов.

Известно [Covington J.L. Experemental and numerical investigation of tool heating during friction stir welding. - Brigham Young University, 2005; Reginald Crawford, GeorgeE. Cook, AlvinM. Strauss. Modelling of friction stir welding for robotic implementation - Int. J. Modelling, Identification and Control, Vol.1, No.2, 2006], что в области сварки действуют существенные всесторонние распирающие усилия, которые при отсутствии надежной взаимной фиксации свариваемых кромок могут приводить к значительным угловым деформациям свариваемых кромок, появлению и последующему росту зазора между свариваемыми деталями, который делает процесс сварки невозможным.

Для надежной фиксации свариваемых кромок, как правило, используются различные механизмы и приспособления, например вакуумные столы, использование которых целесообразно при сварке больших полотнищ, имеющих значительные размеры как в продольном, так и в поперечном направлении. При сварке относительно узких полос, профилей или панелей использование вакуумных столов неэффективно.

Известны механические [US 2006/0208040 A1, 21.09.2006 г.] и гидравлические [US 6419142 B1, 16.07.2002 г.] прижимные устройства, используемые для фиксации свариваемых кромок, а также прижимные ролики, перемещающиеся одновременно со сварочным инструментом [WO 2005/042208 A2, 12.05.2005 г., US 7490750 B2, 17.02.2009 г., US 7699206 B2, 20.04.2010 г.].

Использование прижимных роликов позволяет исключить угловые деформации, возникающие в зоне сварки, однако их использование не является достаточным условием для исключения перемещений или смещений свариваемых деталей в поперечном направлении под воздействием распирающих усилий. При использовании подобной системы прижимов в процессе сварки неизбежно образуется зазор, который приводит к появлению дефектов в металле шва либо к полному отсутствию соединения. Для полного исключения поперечного смещения свариваемых заготовок применяются гидравлические или механические зажимные устройства, прижимные устройства которых - губки или башмаки располагаются в максимальной близости к сварочному инструменту, что обеспечивает необходимое сопротивление как угловым деформациям, так и поперечному смещению. Кроме того, общим недостатком известных устройств является высокая стоимость и металлоемкость (металлоемкость пропорциональна кубу длины сварного шва), и в связи с этим ограничения по возможной длине и конфигурации свариваемых полуфабрикатов.

Известна установка для сварки (WO 2008126459 A1, 23.10.2008 г. - прототип), перемещающаяся на роликах по направляющим рельсам, расположенным поверх свариваемых заготовок и ориентированных вдоль их стыка. Прижатие машины к рельсам предлагается осуществлять за счет нескольких пар вакуумных присосок, расположенных по бокам и спереди машины, и движущихся по направляющим вместе с машиной, либо дополнительными роликами, опирающимися на внутреннюю часть специального выступа направляющего рельса. Фиксацию рельсов относительно свариваемых заготовок и опорной подкладки предлагается реализовать за счет электромагнитных прижимов. Преимуществом этой установки является возможность сварки полуфабрикатов различных габаритных размеров, а также существенная компактность конструкции, возможность выполнения сварных швов, практически не ограниченных по длине.

Однако предлагаемая схема размещения вакуумных прижимов и опорных роликовых колес на одной линии направляющего рельса не обеспечивает надежности прижима из-за различных условий работы вакуумных прижимов и опорных роликовых колес и требований к их рабочей поверхности. Таким образом, для сохранения работоспособности и стабильности работы вакуумных прижимов и обеспечения толкающего усилия, необходимо разнести вакуумные прижимы и роликовые колеса, что существенно увеличивает ширину направляющего рельса, что, в свою очередь, является ограничением при сварке заготовок с вертикальным набором (профили и панели). Недостатком прототипа также является отсутствие фиксирующих устройств в зоне интенсивных разогревов основного металла - в непосредственной близости к сварочному инструменту, в результате чего могут возникать значительные угловые деформации свариваемых кромок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание передвижной установки для сварки трением с перемешиванием, обеспечивающей надежную фиксацию свариваемых кромок в процессе сварки, а также исключение угловых деформаций и поперечных смещений свариваемых кромок.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для сварки трением с перемешиванием, выполненной с возможностью поступательного перемещения по поверхности свариваемых элементов вдоль линии сварки и содержащей корпус, на котором закреплен с возможностью вращения сварочный инструмент, а также механизм позиционирования свариваемых элементов и корпуса относительно них, в соответствии с изобретением механизм позиционирования свариваемых элементов и корпуса выполнен в виде, по крайней мере, одной вертикально/наклонно ориентированной роликовой пары, шарнирно закрепленной на корпусе симметрично относительно линии сварки и возможностью совместного с корпусом перемещения по направляющим, и, по крайней мере, двух горизонтально ориентированных роликовых пар, каждая из которых жестко закреплена на корпусе симметрично относительно линии сварки с опорой посредством роликов на поверхность свариваемых элементов, причем одна из пар расположена перед сварочным инструментом и под углом в сторону направления движения установки.

В качестве направляющих используют внешние торцы свариваемых элементов, ребра жесткости свариваемых элементов или ребра жесткости и прилегающую к ним поверхность свариваемых элементов.

Кроме того, опорная поверхность роликов вертикально/наклонно ориентированной пары имеет форму поверхности направляющих.

Установка для сварки трением с перемешиванием, выполненная в соответствии с изобретением, перемещается вместе с вращающимся сварочным инструментом вдоль линии стыка свариваемых деталей посредством тягового усилия, передаваемого механическим (цепным или ременным) приводом.

Позиционирование установки относительно поверхности свариваемых кромок обеспечивается в вертикальном направлении уравновешиванием веса всей установки реакциями сварочного инструмента и двух или более горизонтальных роликовых пар, жестко связанных с корпусом сварочной установки, опирающихся на полотно свариваемых полуфабрикатов и обеспечивающих прижатие свариваемых кромок к опорной пластине, т.е. в предлагаемой конструкции горизонтальные роликовые пары выполняют одновременно опорную и прижимную функцию. При этом с целью компенсации опрокидывающего момента в процессе сварки, по крайней мере, одна из горизонтальных роликовых пар должна находиться впереди сварочного инструмента и под углом в сторону направления сварки, в этом случае гарантируется стабильность процесса сварки при перемещении сварочной установки и надежное прижатие свариваемых кромок к опорной пластине без угловых деформаций.

Для позиционирования установки вместе с вращающимся сварочным инструментом в поперечном направлении (относительно оси шва) используется пара симметрично расположенных относительно оси сварного шва и шарнирно связанных с корпусом сварочной установки вертикально/наклонно ориентированных роликовых пар, опирающихся на внешние торцы/ребра жесткости и прилегающую к ним поверхность свариваемых элементов, и служащих одновременно для прижатия свариваемых элементов друг к другу, что исключает появление и рост величины зазора между свариваемыми кромками в процессе сварки и обеспечивает формирование качественного шва.

С целью обеспечения лучшей поперечной устойчивости сварочной установки и исключения «раскачки» в случае необходимости вертикально ориентированная роликовая пара может быть смещена вперед относительно сварочного инструмента.

Опорная поверхность роликов вертикальной пары установки, выполненной в соответствии с изобретением, имеет форму поверхности направляющих для повышения продольной устойчивости установки в процессе сварки и дополнительных связей в вертикальной плоскости.

Краткое описание чертежей:

Фиг.1 - общий вид установки в процессе сварки полуфабрикатов;

фиг.2 - схема действия сил в поперечной плоскости;

фиг.3 - использование внешних торцов свариваемых элементов в качестве направляющих для роликов;

фиг.4 - использование ребер жесткости свариваемых элементов в качестве направляющих для роликов (фиг.4а - угловая опорная поверхность ролика, фиг.4б - цилиндрическая опорная поверхность ролика).

Установка сварки трением с перемешиванием представляет собой перемещающийся в продольном направлении жесткий корпус 1 с закрепленными на нем механизмами позиционирования и фиксации свариваемых элементов - горизонтально ориентированных 2 и вертикально ориентированных 3 роликовых пар. Установка снабжена механизмом продольного перемещения, который состоит из привода 4 и ременной или цепной передачи 5. Кроме того, установка содержит блок управления сварочным инструментом, включающий привод главного вращения 6, выдвижную гильзу с патроном 7 и сварочным инструментом 8.

Процесс сварки осуществляется за счет совмещения вращательного движения сварочного инструмента, погруженного в стык свариваемых заготовок на всю их толщину, и поступательного движения установки, позиционирование которой относительно поверхности свариваемых кромок обеспечивается в вертикальном направлении - уравновешиванием веса всей установки реакциями сварочного инструмента 8 и горизонтально ориентированных роликовых пар 2; позиционирование в поперечном направлении (относительно оси шва) - симметрично приложенными реакциями вертикально ориентированных роликовых пар 3 (фиг.2). Совместное воздействие вертикально ориентированных и горизонтально ориентированных роликовых пар полностью решает задачу позиционирования корпуса установки относительно свариваемых заготовок и фиксации свариваемых заготовок относительно друг друга, исключая появление зазора между свариваемыми кромками и угловых деформаций в процессе сварки.

Установка отличается компактностью и простотой реализации, позволяет получать сварные соединения прессованных и катаных полуфабрикатов без ограничения их длины габаритами сборочно-сварочной оснастки.

Изобретение обеспечивает получение качественных сварных соединений за счет надежной фиксации свариваемых полуфабрикатов.

1. Установка для сварки трением с перемешиванием элементов, имеющих горизонтально и вертикально расположенные поверхности, содержащая корпус с приводом его поступательного перемещения вдоль линии сварки по горизонтальной поверхности свариваемых элементов, на котором закреплен сварочный инструмент с возможностью его вращения, а также механизм позиционирования корпуса относительно свариваемых элементов и их фиксации, который выполнен в виде, по крайней мере, одной вертикально или наклонно ориентированной роликовой пары, шарнирно закрепленной на корпусе симметрично относительно линии сварки, с возможностью совместного с корпусом перемещения по вертикально расположенным поверхностям свариваемых элементов, образующих направляющие, и, по крайней мере, двух горизонтально ориентированных роликовых пар, каждая из которых жестко закреплена на корпусе с симметричным относительно линии сварки размещением роликов и возможностью их опоры на горизонтальную поверхность свариваемых элементов, причем одна из горизонтально ориентированных роликовых пар расположена перед сварочным инструментом под углом в сторону направления его движения.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве направляющих для вертикально ориентированной роликовой пары используют внешние торцы свариваемых элементов.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве направляющих для вертикально или наклонно ориентированной роликовой пары используют ребра жесткости, закрепленные на свариваемых элементах.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве направляющих для вертикально или наклонно ориентированной роликовой пары используют ребра жесткости, закрепленные на свариваемых элементах, и прилегающую к ним горизонтальную поверхность свариваемых элементов.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что опорная поверхность роликов вертикально или наклонно ориентированной пары имеет форму поверхности направляющих.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для термической обработки сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности, соединения диска и лопаток блисков.

Изобретения могут быть использованы для соединения проводящих металлических элементов. Проводят этап предварительного скользящего перемещения пары соединяемых элементов относительно друг друга без резистивного нагрева.

Изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к способу изготовления штифта инструмента для перемешивающей сварки трением, который устанавливается в держателе инструмента.

Способ может быть использован при изготовлении титановых конструкций методом сварки трением с перемешиванием. Соединяют сваркой титановые листы (802, 804) с образованием заготовки, имеющей несколько литых зон швов (918).

Изобретение может быть использовано для приваривания орбитальной сваркой трением лопаток к барабану осевого компрессора. Барабан (14) удерживают в люльке (44) с помощью делительного стола (54).

Изобретение может быть использовано для фрикционной сварки с перемешиванием. Стык свариваемых заготовок 1 и 2 размещают на опорном ролике 5 с профильной канавкой 4.

Изобретение может быть использовано при изготовлении или ремонте теплообменной аппаратуры, в частности, из легированных сталей, склонных к закалке. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внешняя поверхность которой имеет коническую и цилиндрическую части, а внутренний диаметр равен проходному сечению трубы.

Изобретение может быть использовано при термической обработке сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности сварных соединений диска и лопаток, например дисков ротора в моноблоке с лопатками - блисков.

Группа изобретений может быть использована при соединении концов металлических полос точечной сваркой трением, например, во входной зоне установки для обработки полос, в частности из алюминиевого сплава.

Изобретение может быть использовано для фрикционной сварки перемешиванием вращающимся инструментом. Корпус инструмента снабжен на одном конце хвостовиком для закрепления в приводе вращения, а на другом конце - опорным буртом и рабочим стержнем.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой трением блисков, преимущественно для роторов газотурбинных двигателей. Неподвижно закрепленный на станине узел вращения диска блиска выполнен в виде сменной револьверной головки, установленной с помощью втулки в сменном корпусе, смонтированном на станине по ее фланговой и опорной поверхностям. Опорная поверхность корпуса головки выполнена с образованием углов наклона α и β относительно горизонтальной плоскости, обеспечивающих направление усилия осадки сварочной машины по нормали к плоскости сечения привариваемого диска блиска с учетом угла наклона его конусной поверхности и разворот свариваемого сечения лопаток относительно оси диска блиска с учетом направления осцилляции сварочной машины. Гидропривод установлен в корпусе с возможностью передачи усилия для прижатия и удержания диска блиска в процессе сварки, а также для подъема основания при смене положения диска блиска под приварку каждой следующей лопатки. В основании револьверной головки выполнены отверстия, число которых соответствует числу привариваемых лопаток, для зацепления лопатки с подвижным фиксатором, размещенным с возможностью его осевого перемещения в отверстии, выполненном во втулке. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства и сократить трудоемкость подготовки производства блисков разных типоразмеров. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Cпособ изготовления полой детали для транспортного средства, образованной путем соединения предварительно сформованных элементов из листового металла, включает сверление первого отверстия путем прижимания вращающегося сверла для термического сверления к одному из указанных элементов из листового металла с образованием первого кольцевого выступа на внутренней окружности отверстия, отведение сверла от образованного отверстия и сверление второго отверстия на другом элементе в местоположении, противоположном указанному отверстию, путем прижимания вращающегося сверла для термического сверления к другому элементу в направлении, перпендикулярном поверхности другого элемента, во внутреннем направлении с одновременным образованием второго кольцевого выступа, а также образованием цилиндрического соединительного элемента путем сплавления второго и первого кольцевых выступов. Также предлагается полая деталь для транспортного средства и устройство для изготовления полой детали. Обеспечиваются хорошие прочностные свойства полой детали, низкая себестоимость и приемлемые условия труда на рабочем месте. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ может быть использован при сварке стальных листов трением с перемешиванием. Для вращающегося инструмента скорость вращения RS устанавливают равной 100-1000 об/мин. Крутящий момент RT устанавливают равным 50-500 Нм. Скорость перемещения TS устанавливают равной 10-1000 мм/мин. Подвод тепла при сварке HIPT (кДж/мм2) регулируют таким образом, чтобы он равнялся от 0,3 до 1,5. Материал свариваемых стальных листов содержит, мас.%: от 0,01 до 0,2 С; от 0,5 до 2,0 Μn; 0,6 или менее Si; 0,030 или менее Р; 0,015 или менее S и 0,0060 или менее О. Содержание титана Ti [%Ti] и азота Ν [%N] ограничивают в зависимости от величины HIPT. Эквивалентное содержание углерода Ceq составляет 0,5 мас.% или менее, а остальное составляют железо и случайные примеси. Способ обеспечивает предотвращение локального изменения тепла, выделяющегося вследствие трения и создаваемой трением пластической деформации, что обеспечивает однородную и хорошую вязкость в области сварки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.

Изобретение может быть использовано для соединения пары металлических деталей, в частности деталей двигателя, с использованием тепла трения. Осуществляют этап нагрева соединяемых поверхностей путем их перемещения относительного друг друга. Значения температуры соответствующих соединяющихся поверхностей (Wa), (Ta) пары металлических деталей (W), (T) в момент начала первого этапа соединения достигает, по меньшей мере, 20%, предпочтительно, по меньшей мере, 40% точки плавления материала упомянутых металлических деталей (W), (T). Глубина (h) нагрева пары металлических деталей (W), (T) в момент начала первого этапа соединения достигает, по меньшей мере, 1,0 мм. При проведении второго этапа процесса соединения осуществляют непрерывный прижим соединяемых деталей. Изобретение позволяет осуществить соединение одной металлической детали с другой без увеличения соединительной нагрузки, что обеспечивает быстрое размягчение соединяющихся поверхностей и плавный выброс заусенцев. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение может быть использовано при сварке блисков. На диске и лопатке формируют выступы с поверхностями контакта при сварке трением с необходимым технологическим припуском Р на периферии свариваемых деталей. Приводят лопатку в линейное колебание относительно диска в заданном направлении при одновременном приложении сварочного усилия. Величину Р предварительно определяют путем сварки заготовки лопатки с имитатором диска, имеющих на выступах предварительно заданные технологические припуски. Затем механической обработкой удаляют сварочный грат и проводят послойное удаление металла по образующей сварного шва на толщину S. После удаления каждого слоя металла определяют методом капиллярной дефектоскопии наличие дефектов и выявляют глубину нахождения бездефектной области сварного шва L=S×N, где S - толщина одного удаленного слоя и N - количество удаленных слоев. Величину Р необходимого технологического припуска на выступах деталей определяют равной L. Способ позволяет обеспечить отсутствие дефектов в окончательно обработанном сечении сварного соединения, полученного линейной сваркой трением, при минимальной величине технологического припуска по периферии выступа. 1 ил., 1 пр.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электрохимического анода, сформированного с использованием сварки трением с перемешиванием (FSW). Электрохимический анод включает токопроводящую шину и свинецсодержащий анодный лист, электрически связанный с токопроводящей шиной. Анодный лист соединен с токопроводящей шиной посредством сварного соединения, обеспечивающего электрическую связь, которое выполнено сваркой трением с перемешиванием по меньшей мере на одной из сторон электрохимического анода. Упомянутое соединение расположено с углублением в токопроводящую шину и анодный лист вдоль области их сопряжения. Соединение может быть сформировано между токопроводящей шиной и анодным листом или между свинцовой оболочкой и анодным листом. FSW-соединение также может быть угловым и стыковым. FSW-соединение может быть использовано для герметизации торцов электрохимических анодов для предотвращения коррозии. Сварка трением обеспечивает отсутствие паров свинца при изготовлении анода, приводит к уменьшению зоны термического влияния и изменения структуры материала анода. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении барабана турбомашины, который содержит по меньшей мере два роторных диска (46, 48) для рабочих лопаток. Способ включает соосное позиционирование обоих дисков (46, 48) на расстоянии друг от друга и с заданным угловым положением один относительно другого. Между двумя дисками (46, 48) помещают соединительную стенку (50) и приводят ее во вращение вокруг своей оси. При этом диски (46, 48) смещают в осевом направлении к соединительной стенке (50), чтобы привести их в соприкосновение с торцами стенки (50) и осуществляют инерционную сварку трением дисков (46, 48) с соединительной стенкой (50). Использование изобретения позволяет повысить точность изготовления барабана турбомашины. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх