Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребрённой поверхностью



Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребрённой поверхностью
Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребрённой поверхностью

Владельцы патента RU 2627553:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сварку осуществляют со стороны плиты. Предварительно на внешнюю поверхность плиты наносят места сварки, совпадающие с местами сварки на оребренной поверхности. В местах сварки выполняют сквозные одноступенчатые отверстия с уменьшением диаметра по глубине плиты. Совмещают свариваемые детали. В отверстия, выполненные в плите, устанавливают штифты до контакта с ребром. Высота штифта превышает глубину внутреннего отверстия в плите. После чего производят точечную сварку в местах установки штифтов. Высота выступания штифта в наружное отверстие составляет не менее половины его глубины. Плита и оребренная поверхность могут быть выполнены из тонколистового титанового сплава. Изобретение обеспечивает минимальные значения послесварочных деформаций, высокую точность сборки свариваемых деталей, исключающую их взаимное смещение, и возможность получения качественных сварных соединений в различных пространственных положениях. 2 з.п. ф-лы, 1ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при сварке тавровых соединений, а также при сварке полых каркасов с внутренними ребрами, работающих в условиях действия переменных нагрузок.

Известен способ изготовления теплообменника и устройство для его осуществления (Патент РФ №2065351, МПК В23Р 15/26, опубл. 20.08.1996), выбранный в качестве аналога. В данном способе изготавливают теплообменник, который состоит из оребренных теплообменных труб овалообразного сечения с плоскими параллельными стенками в направлении большей оси сечения трубы. Трубы изготавливают в виде отдельных половин. Ребра изготавливают Г-образного сечения с длиной, соответствующей размеру плоской трубы вдоль большей оси ее сечения. Г-образные ребра одной из стенок располагают на наружной плоской поверхности каждой из полутруб на заданном расстоянии друг от друга, затем ребра с полутрубой перемещают для сварки и соединяют друг с другом сварочным лучом с высокой плотностью энергии.

Известный способ изготовления является сложно применимым в случае изготовления оребренной поверхности, имеющей большое количество ребер со сложным геометрическим профилем. Кроме того, в известном способе сварка полутрубы с ребрами происходит непрерывным лучом как в месте соединения свариваемых деталей, так и в месте перехода от одного места сварки к другому, что вызывает дополнительные тепловложения в свариваемую конструкцию и, как следствие, увеличивает коробления полутрубы и снижает механические свойства конструкции в целом. В случае изготовления сварной конструкции из толстостенной плиты и тонкостенных ребер вероятность повышенного коробления свариваемых деталей и образования подрезов в месте соединения свариваемых деталей значительно возрастает.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ электронно-лучевой сварки тавровых соединений (А.С. СССР 1454610, МПК В23К 15/00 опубл. 30.01.89. Бюл. №4). Сущность способа состоит в сквозном проплавлении плиты и формировании сварного шва по всей толщине ребра с галтелями между ребром и плитой. Для этого свариваемые детали плотно прижимают друг к другу по соединяемым поверхностям. По обе стороны оси ребра по всей его длине устанавливают формирующие подкладки, на рабочих кромках которых выполняют скругления радиусом, равным радиусу галтели в зоне соединения плиты с ребром. Электронным лучом заданной мощности проплавляют через плиту соединяемые поверхности, направляя луч нормально к свариваемой поверхности. Технологические режимы сварки выбирают из условия формирования устойчивой сварочной ванны, которая, растекаясь, заполняет полости, образованные скругленными рабочими кромками подкладки.

Данный способ имеет ряд ограничений по свариваемым изделиям, в частности, из-за невозможности в ряде случаев применять технологические припуски ребер для ввода и вывода электронного луча, а также с большой вероятностью коробления изделия (особенно, в случае применения тонкостенных заготовок). Использование варианта со стыковкой плиты над привариваемым ребром вызывает также определенные трудности в связи с увеличением трудоемкости сварки «разрезного» варианта плиты, а также точностью совмещения свариваемых деталей из-за возможных отклонений в их фактических размерах в пределах допусков на механическую обработку.

Задачей заявляемого способа является повышение качества сварного соединения плиты с оребренной поверхностью.

При использовании способа достигается следующий технический результат:

- минимальные значения послесварочных деформаций;

- высокая точность сборки свариваемых деталей, исключающая их взаимное смещение;

- возможность получения качественных сварных соединений в различных пространственных положениях.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью, заключающийся в осуществлении сварки со стороны плиты, в котором, согласно изобретению, предварительно на внешнюю поверхность плиты наносят будущие места сварки, совпадающие с местами сварки на ребристой поверхности, в местах сварки выполняют сквозные одноступенчатые отверстия с уменьшением диаметра по глубине плиты. Совмещают свариваемые детали и в каждое отверстие, выполненное в плите, устанавливают штифт до контакта с ребром, при этом штифты выполняют из того же материала, что и свариваемые детали, а высота штифта превышает глубину внутреннего отверстия в плите. После чего производят точечную сварку в местах установки штифтов. Высота выступания штифта в наружное отверстие может составлять не менее половины его глубины. Плита и оребренная поверхность могут быть выполнены из тонколистового титанового сплава.

Выполнение сквозных одноступенчатых отверстий в плите позволяет значительно повысить точность сборки свариваемых деталей, при этом облегчается процесс совмещения оптической оси электронной пушки с местами сварки в виду их визуализации. Точность совмещения свариваемых деталей обеспечивается предварительным нанесением на внешнюю поверхность плиты будущих мест сварки. Выполнение в местах сварки одноступенчатых сквозных отверстий с уменьшением диаметра по глубине плиты позволяет, с одной стороны, повысить точность сборки свариваемых деталей, а с другой стороны, в них устанавливают штифты, необходимые для компенсации удаленного в процессе сверления металла и используемые в качестве присадочного материала. Выбор высоты штифта и установка его в контакте с ребром обеспечивает надежность проплавления и повышение качества сварного шва. За счет того, что сварка изделия происходит точечными сварными швами, требуются минимальные вложения энергии на выполнение сварки, что, в свою очередь, значительно снижает вероятность возникновения послесварочных деформаций и положительно влияет на качество сварного шва. Применение точечной электронно-лучевой сварки изделия не требует наличия технологических припусков ребер для ввода и вывода электронного луча, что, в свою очередь, снижает затраты на последующую механическую обработку изделия. Кроме того, применение данного способа позволяет выполнять точечные сварные швы сложной геометрической формы и в различных пространственных положениях, ввиду отсутствия линейного сварного шва и упрощенного перехода от одного места сварки к другому.

Способ электронно-лучевой сварки проводят следующим образом. Перед выполнением на плите технологических ступенчатых отверстий на ее наружной поверхности проводят разметку в соответствии с местами будущих сварок, совпадающими с местами сварок на оребренной поверхности. Это с большой точностью осуществляют на фрезерном станке, оснащенным числовым программным управлением. В размеченных местах сварки предварительно выполняют глухие отверстия, диаметр которых должен быть не менее диаметра электронного луча, при этом толщина металла после сверления должна быть не более толщины привариваемого ребра. В случае выполнения диаметра отверстия менее диаметра электронного луча произойдет потеря мощности электронного луча на расплавление наружных кромок отверстия, что в свою очередь может привести к недостаточной глубине сварного шва. В случае, если оставшаяся после сверления толщина металла будет более толщины ребра, то для его сквозного проплавления потребуется большее значение прикладываемой погонной энергии, что в свою очередь приведет к ухудшению качества сварного соединения и чрезмерному оплавлению привариваемого ребра в месте сварки. После выполнения глухого технологического отверстия в этом же месте выполняется сквозное отверстие меньшего диаметра для последующего визуального контроля совмещения плиты с привариваемым ребром. Диаметр сквозного отверстия выбирается не менее половины толщины привариваемого ребра и достаточным для проведения визуального контроля совмещения свариваемых деталей. После проведения визуального контроля совмещения свариваемых деталей в сквозные технологические отверстия в плите устанавливают штифты, необходимые для компенсации удаленного в процессе сверления металла и используемые в качестве присадочного металла. При этом диаметр штифта выбирается равным диаметру внутреннего отверстия и устанавливается в него по плотной посадке. Высота штифта превышает глубину внутреннего отверстия в плите и составляет около 2/3 от общей глубины отверстий разного диаметра. При сварке выступающая часть штифта расплавляется и образует своего рода присадочный металл, компенсирующий потери металла на испарения и усадку. Сварку выполняют в нижнем положении статичным лучом, обеспечивая выполнение точечной сварки электронным лучом. После выполнения сварки путем перемещения сварочного стола или электроннолучевой пушки совмещают оптическую ось электронно-лучевой пушки и следующего места сварки и вновь повторяют сварку. Выполнение точечной электронно-лучевой сварки обеспечивает получение качественного сварного соединения с минимальными послесварочными деформациями. Данный способ позволяет также выполнять точечные сварные швы сложной конфигурации, которые не всегда возможно получить путем шовной электронно-лучевой сварки.

На чертеже представлена схема сварки плиты с оребренной поверхностью (одно место сварки), где

1 - плита; 2 - штифт; 3 - ребро; 4 - технологические отверстия в плите 1.

Способ сварки состоит в разметке мест сварки на наружной поверхности плиты 1, совпадающих с местами сварки на оребренной поверхности (ребро 3). В намеченных местах сварки в плите 1 выполняют сквозные одноступенчатые технологические отверстия 4. После этого свариваемые детали предварительно совмещают между собой, контролируя точность совмещения через технологические отверстия 4, и затем плотно прижимают друг к другу по соединяемым поверхностям. Далее в технологические отверстия 4 устанавливают штифты 2, изготовленные из того же материала, что и свариваемые детали. Статичным электронным лучом заданной мощности проплавляют штифт 2 с расплавлением свариваемых поверхностей. Технологические режимы сварки выбирают из условия полного расплавления, установленного штифта и внедрения части сварного шва в привариваемое ребро 3, при этом линейное перемещение электронного луча отсутствует, обеспечивая точечную электронно-лучевую сварку.

Выполняли электронно-лучевую сварку платформы из титанового сплава ВТ20, состоящей из сотового каркаса, к которому точечными швами способом электронно-лучевой сварки приваривали верхнюю и нижнюю плиты. Сварку выполняли на автоматизированном электронно-лучевом технологическом комплексе АЭЛТК 60-15-В-4-17 с энергоблоком ЭЛТА-60/15. Толщина плиты 4 мм, толщина привариваемых ребер сотового каркаса 2 мм. Через предварительно выполненные на фрезерном станке в плите сквозные одноступенчатые отверстия контролировали совмещение плиты с привариваемыми ребрами, после чего фиксировали собранную конструкцию в сварочной оснастке. Во внутренние сквозные отверстия по плотной посадке устанавливали штифты, выполненные также из титанового сплава ВТ20. Точечную электронно-лучевую сварку выполняли в нижнем положении остросфокусированным лучом. После выполнения всех точечных сварных швов полученную оребренную плиту переворачивали на 180° и приваривали таким же способом вторую плиту.

Режимы сварки: фокусное расстояние Нф=180 мм; ускоряющее напряжение Uуск - 60 кВ; скорость сварки Vсв=0 м/ч; ток сварки Iсв=15mA; ток фокусировки Iф=735 mА; время сварки tсв=2c.

После выполнения сварки были проведены замеры короблений, возникших в процессе сварки, - максимальное значение 0,5 мм. Проведенные испытания механических свойств сварных соединений подтвердили их надежность. Сварные швы удовлетворяют требованиям конструкторской документации по качеству.

Совокупность признаков, составляющих заявляемый способ, не зависит от свойств материала свариваемых деталей, поэтому данный способ применим для получения сварных соединений, выполненных из различных цветных и черных металлов.

1. Способ электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью, включающий сварку упомянутых деталей со стороны плиты, отличающийся тем, что предварительно на внешней поверхности плиты наносят разметку мест сварки, совпадающих с местами сварки на оребренной поверхности, в местах сварки в плите выполняют сквозные одноступенчатые отверстия с уменьшением диаметра по глубине плиты, совмещают свариваемые детали и в каждое отверстие, выполненное в плите, устанавливают штифт до контакта с ребром, при этом штифты выполняют из того же материала, что и свариваемые детали, и с высотой штифта, превышающей глубину внутреннего отверстия в плите, после чего выполняют точечную сварку в местах установки штифтов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высота выступания штифта в наружное отверстие составляет не менее половины его глубины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плита и оребренная поверхность выполнены из тонколистового титанового сплава.



 

Похожие патенты:

Длинная пустотелая широкохордная лопатка вентилятора, состоящая из оболочки, выполненной из листа из титанового сплава, и жестко скрепленных с ней силовых несущих элементов: лонжерона, выполненного из титанового сплава, и остальных, выполненных из волокнистого однонаправленного металломатричного высокомодульного композиционного материала.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к пустотелым широкохордным лопаткам вентилятора с демпфером для гашения вибраций и способам изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентиляторов.

Изобретение относится к инструменту для удерживания конструктивного элемента турбомашины при креплении металлического элемента (32, 34) на данном конструктивном элементе и способу крепления металлического элемента (32, 34) на упомянутом конструктивном элементе.

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлического элемента для усиления лопатки турбинного двигателя. На этапе (210) изготавливают трехмерную металлическую структуру (310), которая образует заготовку указанного металлического элемента (30).

Способ может быть использован для изготовления диффузионной сваркой моноблочной детали для турбомашины, в частности вала, или диска, или моноблочного лопаточного кольца.

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.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при изготовлении металлического элемента усиления, предназначенного для установки на переднюю или заднюю кромку композитной лопатки турбомашины.

Изобретение относится к устройствам для фиксации лопатки (1) турбинного двигателя при механической обработки ее хвостовика на металлообрабатывающем станке, причем фиксация лопатки (1) осуществляется посредством зажимания ее лопасти (2).

Изобретение относится к способу изготовления металлического усилителя, предназначенного для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины.

Изобретение относится к области турбинных двигателей, а именно к способу изготовления металлического усиления для лопатки рабочего колеса турбинного двигателя. Способ последовательно включает этап расположения металлических скоб в формующий инструмент, имеющий матрицу и пуансон, при этом металлические скобы представляют собой металлические секции с прямолинейной формой, согнутые в форму U или V; и этап горячего изостатического прессования металлических скоб, вызывающий интеграцию металлических скоб таким образом, чтобы получить сжатую металлическую часть.

Изобретение относится к общей области газовых турбин для самолетных или вертолетных двигателей и более конкретно к способу изготовления лопаток, который способствует минимизации напряжений и веса во время механической обработки.

Изобретение относится к изготовлению узлов турбины, работающей в условиях высоких температур. Способ изготовления узла (10, 10а) турбины в виде расположенных между двумя платформами (46, 46΄) по меньшей мере двух аэродинамических профилей (12, 14), который формируют монолитным, включает создание первой защиты путем нанесения теплозащитного покрытия на по меньшей мере два соседних аэродинамических профиля (12, 14), при этом в процессе нанесения по меньшей мере одна область (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), остается необработанной, создание второй защиты в по меньшей мере одной необработанной области (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), путем модификации поверхности до нанесения теплозащитного покрытия или после его нанесения, причем первая и вторая технологии защиты отличаются одна от другой и вторая технология защиты приводит к модификации поверхности по меньшей мере одной области (16) одного аэродинамического профиля (14) из двух соседних аэродинамических профилей (12, 14), которая останется необработанной или которая осталась необработанной, путем нанесения покрытия, или травления, или придания шероховатости, или путем химического преобразования поверхности.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано, например, при чистовой обработке лопаток газотурбинного двигателя. Способ включает удаление обработкой с помощью адаптированного инструмента (20) припуска обрабатываемой зоны (8), при этом для определения конечного положения инструмента в ходе обработки осуществляют цифровое моделирование поверхности (11) теоретического профиля в виде сетки (13) и моделирование позиции каждой точки (Р) контакта между деталью и инструментом (20) в процессе обработки, измеряют посредством зондирования детали для каждого узла Ni, находящегося за пределами внешней границы (12) обрабатываемой зоны (8), отклонение (дельта Ni) между положением узла Ni на исходной поверхности (10) и рассчитанной позицией узла на поверхности (11) теоретического профиля, путем соответствующих расчетов определяют отклонение (дельта Р), необходимое для добавления к каждой точке Р для достижения в ней контакта между деталью и инструментом (20), относительно системы координат обрабатывающего станка.

Изобретение относится к области энергетики. Разделительное устройство содержит завихритель (1, 20, 30) из листового материала, содержащий множество изогнутых лопаток (4), имеющих кромку (6) со стороны входа потока, образующую входной угол (α), и кромку (8) со стороны выхода потока, образующую выходной угол (β), при этом кромка со стороны входа потока и кромка со стороны выхода потока проходят от центрального участка (3) к периферийной кромке (9), причем периферийная кромка проходит между конечными точками кромки со стороны входа потока и кромки со стороны выхода потока, а входной угол больше, чем выходной угол, при этом периферийная кромка изогнутых лопаток выполнена на виде сверху круговой.

Изобретение относится к изготовлению детали ковкой. Способ включает измерение геометрических характеристик кованой детали, сравнение измеренной геометрии с заданной геометрией и выявление дефектных зон, не соответствующих заданной геометрии.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей на станках с ЧПУ. Способ включает обработку концевой торовой фрезой, которую перемещают эквидистантно обрабатываемой поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении диафрагмы (1) внутреннего корпуса модуля низкого или среднего давления паровой турбины.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть испоьзована при фрезеровании изделий с врезной подачей. Режущая головка содержит поверхность основания, боковую область, соединенную с поверхностью основания, верхнюю область, соединенную с боковой областью, и верхние ножи, расположенные на верхней области и имеющие режущие кромки, предназначенные для контакта с изделием для удаления материала и проходящие от центральной точки верхней области к периферии верхней области и расположенные под углом относительно базовой плоскости, приблизительно перпендикулярной указанной оси.

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска путем его резания абразивной струей. Осуществляют непрерывное вырезание детали, проходящей через всю толщину блока материала в форме диска, с помощью эжекционной головки, расположенной напротив первой наружной поверхности блока.

Изобретение относится к способу производства моноблочного лопаточного диска. Осуществляют вырезание абразивной водяной струей блока материала, имеющего дисковидную форму, выполняемое для удаления материала из блока на уровне пространств между лопатками для формирования заготовок лопаток, проходящих радиально от ступицы.

Изобретение относится к способу получения сварного соединения металлических деталей. Осуществляют дуговую сварку угловыми швами в зоне сопряжения поверхности листа одной металлической детали и одной или обеих поверхностей листа другой металлической детали.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сварку осуществляют со стороны плиты. Предварительно на внешнюю поверхность плиты наносят места сварки, совпадающие с местами сварки на оребренной поверхности. В местах сварки выполняют сквозные одноступенчатые отверстия с уменьшением диаметра по глубине плиты. Совмещают свариваемые детали. В отверстия, выполненные в плите, устанавливают штифты до контакта с ребром. Высота штифта превышает глубину внутреннего отверстия в плите. После чего производят точечную сварку в местах установки штифтов. Высота выступания штифта в наружное отверстие составляет не менее половины его глубины. Плита и оребренная поверхность могут быть выполнены из тонколистового титанового сплава. Изобретение обеспечивает минимальные значения послесварочных деформаций, высокую точность сборки свариваемых деталей, исключающую их взаимное смещение, и возможность получения качественных сварных соединений в различных пространственных положениях. 2 з.п. ф-лы, 1ил., 1 пр.

Наверх