Способ изготовления сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов


B23K103/10 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2643029:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов с применением сварки трением с перемешиванием. Осуществляют равноканальное угловое прессование исходной заготовки по маршруту ВС не менее чем за 8 проходов с комбинированием температуры нагрева в диапазоне 250-500°C из условия получения рекристаллизованной структуры алюминиевого сплава заготовки с объемной долей рекристаллизационных зерен не менее 75%. Затем проводят изотермическую прокатку полученной заготовки при температуре, не менее, чем температура проведения прессования, и не более чем на 50°C превышающей упомянутую температуру, с получением листовых полуфабрикатов заданного размера. После чего соединяют полученные листовые полуфабрикаты сваркой трением с перемешиванием. Выбирают частоту вращения инструмента и скорость его подачи из условия получения структуры сварного соединения, идентичной структуре полуфабриката алюминиевого сплава. Предлагаемый способ обеспечивает повышение эксплуатационной надёжности сварных конструкций.

 

Настоящее изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к области сварки трением с перемешиванием термически неупрочняемых алюминиевых сплавов.

Из уровня техники известно, что сварные соединения термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, в частности системы Al-Mg-Sc-Zr, получаемые сваркой трением с перемешиванием (S. Malopheyev, V. Kulitskiy, S. Mironov, D. Zhemchuzhnikova, R. Kaibyshev, Friction-stir welding of an Al-Mg-Sc-Zr alloy in as-fabricated and work-hardened conditions, Materials Science & Engineering A, 2014, v.600, pp. 159-170), обладают различным уровнем механических характеристик в основном материале и сварном шве из-за сильного различия структурных составляющих указанных областей. Это приводит к таким негативным последствиям как локализация деформации в зоне сварного соединения, влекущая за собой быстрое разрушение сварных конструкций.

Задачей предлагаемого изобретения является создание сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов методом сварки трением с перемешиванием, структура и свойства которых будут равны по всему объёму получаемого изделия, что позволит обеспечить высокую надёжность конструкции в процессе эксплуатации.

Задача решается тем, что исходную заготовку термически неупрочняемого алюминиевого сплава подвергают равноканальному угловому прессованию (РКУП) при температурах от 250 до 290°С и при температурах от 310 до 500 °С не менее 8 проходов, по маршруту BС, что обеспечивает формирование в заготовке рекристаллизованной структуры с размером зерна от 0,1 до нескольких десятков микрон, доля которой будет не менее 75%. После чего проводится изотермическая прокатка заготовки при температуре, близкой или равной температуре РКУП и не превышающей эту температуру более чем на 50°С с целью получения листовых полуфабрикатов требуемых размеров с сохранением структуры и механических свойств, полученных в результате РКУП. Затем из этих листовых полуфабрикатов изготавливают неразъемные сварные соединения или конструкции сваркой трением с перемешиванием с частотой вращения инструмента в диапазоне от 300 до 1200 об/мин и скоростью от 10 до 6000 мм/мин. При этом параметры сварки трением с перемешиванием подбираются таким образом, чтобы в сварном шве сформировать структуру, близкую или идентичную структуре листовых полуфабрикатов. Это обеспечит близкий или равный уровень механических и пластических свойств сварного шва со свойствами листовых полуфабрикатов, что гарантирует равномерное нагружение сварного соединения или конструкции и, как следствие, отсутствие локализации деформации, приводящей к катастрофическому разрушению.

Маршрут Bc равноканального углового прессования подразумевает поворот заготовки вокруг своей продольной оси на угол 90° после каждого прохода. Индекс C указывает на то, что во время прессования направление поворота сохраняется, то есть всегда против или всегда по часовой стрелке.

При осуществлении заявленного способа сварные конструкции обладают высоким уровнем эксплуатационной надёжности из-за равного по всему объёму изделия уровня механических свойств.

Осуществление изобретения

Способ создания сварных конструкций с однородной структурой и свойствами по всему объёму состоит из трёх технологических операций:

1) РКУП заготовки алюминиевого сплава. Проводится при температурах от 250 до 290°С и при температурах от 310 до 500°С. При этом осуществляется не менее 8 проходов по маршруту BC. Такая комбинация параметров прессования позволит сформировать в заготовке алюминиевого сплава структуру с размером зерна от 0,1 до нескольких десятков микрон с объёмной долей рекристаллизованных зерен не менее 75%. Данная технологическая операция позволяет сформировать в заготовке структуру, аналогичную той, что возникает в зоне перемешивания сварного шва, полученного сваркой трением с перемешиванием. Это позволит получить близкий или равный уровень прочностных и пластических свойств в сварном шве и основном материале и, следовательно, получить однородность свойств по всему объёму сварного изделия;

2) Изотермическая прокатка, осуществляемая при температуре, не ниже температуры РКУП и не превышающей эту температуру более чем на 50°С. Цель данной технологической операции – получение листовых полуфабрикатов необходимого размера с сохранением структуры и свойств, полученных после РКУП.

3) Сварка трением с перемешиванием полученных полуфабрикатов для получения конечного изделия. При этом параметры сварки подбираются таким образом, чтобы обеспечить структуру сварного соединения, близкую или идентичную структуре основного материала полуфабрикатов, т.е. сравнимый размер зерна и плотность дислокаций. Так, частота вращения инструмента выбирается в диапазоне от 300 до 1200 об/мин, а скорость подачи сварочного инструмента от 10 до 6000 мм/мин.

Известно, что когда уровень механических характеристик сварного соединения ниже, чем основного материала, то при превышении предела текучести это приводит к локализации деформации в шве с почти мгновенным разрушением.

Однородность структурных элементов основного материала и сварных соединений обеспечит получение одинакового уровня механических характеристик во всём объёме сварной конструкции. Так, если в процессе эксплуатация произойдёт превышение уровня пластичности, то это не приведёт к локализации деформации и быстрому разрушению конструкции, так как нагрузка будет равномерно распределена по всему сварному соединению, включая основной материал. Следовательно, предлагаемый способ изготовления приведёт к повышению эксплуатационной надёжность сварных конструкций.

Способ изготовления сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, включающий равноканальное угловое прессование исходной заготовки, которое осуществляют по маршруту ВС не менее чем за 8 проходов с комбинированием температуры нагрева в диапазоне 250-500°C из условия получения рекристаллизованной структуры алюминиевого сплава заготовки с объемной долей рекристаллизационных зерен не менее 75%, после чего проводят изотермическую прокатку полученной заготовки при температуре, не менее, чем температура проведения прессования, и не более чем на 50°C превышающей упомянутую температуру, с получением листовых полуфабрикатов заданного размера, а затем соединяют полученные листовые полуфабрикаты сваркой трением с перемешиванием, при этом выбирают частоту вращения инструмента и скорость его подачи из условия получения структуры сварного соединения, идентичной структуре полуфабриката алюминиевого сплава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам получения металлической бутылки с горлышком с резьбой. Способ производства изготавливаемой прессованием путем ударного выдавливания металлической бутылки с резьбой для напитков включает получение заготовки из алюминиевого сплава, смешанного из скрапа алюминиевого сплава и относительно чистого алюминиевого сплава, при этом указанный скрап алюминиевого сплава содержит: между около 0,20 мас.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии интенсивной деформационной обработки алюминиевого сплава АМг6, и может быть использовано при изготовлении деформированных полуфабрикатов и легковесных изделий из него, предназначенных для использования в авиакосмической, судостроительной и автомобильной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии термомеханической обработки алюминиевого сплава с содержанием магния не более 6 вес.% для изготовления деформированных полуфабрикатов и легковесных изделий из него, предназначенных для использования в авиакосмической, судостроительной и автомобильной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области пластической обработки металлов, таких как алюминий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для глубокого формования металлических материалов.

Изобретение относится к алюминиевому сплаву для изготовления полуфабрикатов или деталей автомобилей, в котором легирующие компоненты алюминиевого сплава имеют следующее содержание в мас.%: Fe≤0,80, Si≤0,50, 0,90≤Mn≤1,50, Mg≤0,25, Cu≤0,125, Cr≤0,05, Ti≤0,05, V≤0,05, Zr≤0,05, остальное - алюминий и неизбежные примесные элементы, отдельно взятые <0,05, в сумме <0,15, и общее содержание Mg и Cu удовлетворяет соотношению в мас.%: 0,15≤Mg+Cu≤0,25, при этом содержание Mg в алюминиевом сплаве больше, чем содержание Cu.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения листов из алюминиевых сплавов на основе системы алюминий-магний-марганец, применяемых для изготовления ряда ответственных конструкций в судостроении, авиационной и ракетной промышленности, в вагоностроении для скоростных поездов, а также для изготовления корпусов автомобилей.

Изобретение относится к получению AlMn-ленты или листа для производства компонентов высокотемпературной пайкой, а также к изделиям, полученным упомянутым способом, и может быт использовано, в частности, для получения материалов тонкой толщины с оребрением, используемых в теплообменниках.

Изобретение относится к способу изготовления алюминиевой детали с конверсионным покрытием и установке для осуществления данного способа. Формируют деталь из заготовки, имеющей нанесенные на ее поверхность тонкопленочный слой предварительной обработки и покрытие-смазку, наносят клей поверх тонкопленочного слоя предварительной обработки и покрытия-смазки на соединительный участок детали, наносят очиститель на участки детали для удаления упомянутого слоя предварительной обработки и покрытия-смазки с ее поверхности, кроме соединительного участка детали с нанесенным клеем, а затем наносят на деталь конверсионное покрытие путем погружения в ванну.

Изобретение относится к способу термической обработки алюминиевой заготовки и может быть использовано для изготовления конструкционных компонентов. Способ термической обработки алюминиевой заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) в структурном состоянии Т4 включает проведение на первом участке (328, 422, 522, 626, 720) заготовки (304, 404, 504, 604, 710, 802) первого процесса дисперсионного твердения посредством искусственного старения для изменения структурного состояния первого участка (328, 422, 522, 626, 720) заготовки, причем в течение первого процесса дисперсионного твердения осуществляют активное охлаждение таким образом, что температура второго участка (330, 424, 524, 628, 722) заготовки, отделенного от первого участка заготовки охлаждаемой частью, поддерживается ниже температуры искусственного старения для сохранения неизменным структурного состояния второго участка заготовки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюминиевым сплавам, к которым предъявляют требования по поглощению нейтронного излучения в сочетании с низким удельным весом и высокой прочностью.

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла. В первой детали (1) выполняют резьбовые отверстия (2).

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением с перемешиванием высокопрочной конструкционной стали в виде листов или плит. Способ обеспечивает устранение неоднородности нагрева и пластического течения, создаваемого в результате перемешивания размягченных участков.

Изобретение может быть использовано для получения сваркой трением соединения «труба - трубная решетка», например, при изготовлении теплообменных аппаратов. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внутренний диаметр которой равен проходному сечению трубы, внешняя ее поверхность имеет коническую и цилиндрическую части, а кромки трубы и отверстия трубной решетки имеют внутренние конические поверхности с углом скоса, соответствующим углу скоса конической поверхности шайбы.

Изобретение относится к способу сварки трением с перемешиванием стыковых соединений из алюминиевых деформируемых сплавов. Используют сварочный инструмент с пином, выполненным длиной 5,8…11,8 мм цилиндрической формы с левосторонней резьбой и опорным буртом диаметром 18…28 мм.

Изобретение может быть использовано для выполнения стыковых соединений деталей из алюминиевых жаропрочных сплавов толщиной 2…6 мм. Используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой.

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой.

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием. В процессе сварки осуществляют слежение и регулирование загрузки перемещаемого сварочного инструмента по давлению загрузки.

Изобретение может быть использовано при получении модуля для накопления энергии посредством соединения двух конденсаторов или суперконденсаторов (10). Каждый герметичный корпус (14) конденсатора или суперконденсатора содержит трубчатый элемент (16) и по меньшей мере одну крышку (18), закрывающую трубчатый элемент на его конце.

Изобретение может быть использовано для сварки трением с перемешиванием (СТП) вращающимся инструментом. Инструмент для СТП изготовлен из быстрорежущей стали и выполнен в виде сплошного стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения.

Изобретение может быть использовано для изготовления сварных конструкций фрикционной сваркой с перемешиванием, в частности, тавровых соединений в металлических профилях, панелях и т.п.

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла. В первой детали (1) выполняют резьбовые отверстия (2).

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов с применением сварки трением с перемешиванием. Осуществляют равноканальное угловое прессование исходной заготовки по маршруту ВС не менее чем за 8 проходов с комбинированием температуры нагрева в диапазоне 250-500°C из условия получения рекристаллизованной структуры алюминиевого сплава заготовки с объемной долей рекристаллизационных зерен не менее 75. Затем проводят изотермическую прокатку полученной заготовки при температуре, не менее, чем температура проведения прессования, и не более чем на 50°C превышающей упомянутую температуру, с получением листовых полуфабрикатов заданного размера. После чего соединяют полученные листовые полуфабрикаты сваркой трением с перемешиванием. Выбирают частоту вращения инструмента и скорость его подачи из условия получения структуры сварного соединения, идентичной структуре полуфабриката алюминиевого сплава. Предлагаемый способ обеспечивает повышение эксплуатационной надёжности сварных конструкций.

Наверх