Способ изготовления сваркой трением с перемешиванием конструкций из листов алюминиевых или медных сплавов

Авторы патента:

B23K20/12 - нагревом, создаваемым трением; сварка трением

B23K103/08 - 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 2780760:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области сварочного производства. Способ может быть использован для изготовления сваркой трением с перемешиванием конструкций из алюминиевых или медных сплавов, в частности для изготовления топливных баков ракет-носителей. На инструменте для сварки трением с перемешиванием предварительно фиксируют фрезерную насадку с закрепленными на ней режущими пластинами. Производят соединение деталей сваркой с одновременной зачисткой поверхности деталей в зоне сварного шва посредством вращающейся фрезерной насадки при заглублении упомянутого инструмента для сварки. Предварительно определяют высоту фиксации насадки относительно буртика инструмента для сварки из условия получения зоны зачистки, глубина и ширина которой обеспечивает отсутствие на поверхности деталей дефектов и следов от сварочного инструмента. Использование заявляемого способа позволяет снизить время на изготовление сварного изделия из алюминиевого сплава, полученного сваркой трением с перемешиванием. 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу сварки трением перемешиванием алюминиевых и медных сплавов.

Известен способ сварки трением с перемешиванием [RU№2357843 от 25.07.2007], включающий сборку свариваемых элементов и последующую сварку посредством вращения сварочного инструмента со сменным пальцем, при этом вращение инструмента осуществляют в направлении, противоположном углу отклонения канавок, выполненных на сменном пальце, благодаря чему обеспечивается перемещение пластифицированного металла сверху вниз для создания дополнительного прессующего давления металла в зоне шва.

Известен способ сварки трением с перемешиванием [RU№2714008 от 19.03.2019] алюминиевых конструкций из листовых деталей, включающий их установку и закрепление с последующей сваркой, при этом свариваемые детали закрепляют на жёсткой подложке из пластины, выполненной из материала с более низким коэффициентом теплопроводности, чем свариваемые материалы.

Существенным недостатком указанных способов является то, что после сварки появляется дефект «грат» (фиг. 1). Данный дефект подлежит удалению при помощи последующей зачистки. Кроме того, в процессе сварки, вследствие контакта вращающегося буртика с поверхностью свариваемых деталей, происходит формирование поверхности с низким значением шероховатости, имеющей характерные для сварки трением с перемешиванием неровности (фиг. 1, фиг. 2). Следы после прохода сварочного инструмента не являются значительным дефектом, однако на ответственных конструкциях авиа- и ракетостроительной отрасли они подлежат удалению при помощи последующей зачистки шлифованием или фрезерованием.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа сварки трением с перемешиванием, обеспечивающего одновременную вместе со сваркой фрезерную зачистку для удаления вышеуказанных дефектов, что позволит объединить операцию сварки и зачистки в одну, и значительно сократить время на изготовление сварных изделий.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сварки трением с перемешиванием, включающем в себя установку деталей на подложку и их закрепление, сначала устанавливают фрезерную насадку, на которой закреплены режущие пластины, на инструмент для сварки, предварительно определив необходимую высоту установки относительно буртика инструмента, а затем производят сварку с одновременной фрезерной зачисткой.

На Фиг. 1 изображен внешний вид сварного шва без зачистки. Показан дефект «грат» и след от сварочного инструмента.

На Фиг. 2 показан разрез сваренных изделий в плоскости их стыка, на котором видно рельеф следа от сварочного инструмента.

На Фиг. 3 показана схема способа сварки трением с перемешиванием с использованием фрезерной насадки.

На Фиг. 4 показан вид полученного с использованием заявляемого способа сварного изделия.

Пример осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 3 изображена схема способа сварки с использованием фрезерной насадки. В качестве свариваемых деталей использовали листы толщиной 7.6 мм из сплава АМГ6. Две пластины 1 размером 300х50 мм были установлены на жёсткой подложке станка для сварки трением с перемешиванием и закреплены прихватами сверху. Перед сваркой на инструменте для сварки 2 были изготовлены лыски для фиксации фрезерной насадки 3, на которой установлены режущие пластины для обработки алюминиевых сплавов 4. Высота насадки 3 относительно буртика определялась таким образом, чтобы при заглублении инструмента для сварки 1 на рабочую глубину, режущие пластины 4 на фрезерной насадке формировали зону зачистки 5 шириной 30 мм. При определении высоты насадки 3 относительно буртика учитывался выбранный наклон инструмента для сварки 1 - 2°. После установки фрезерной насадки 2 на инструмент для сварки 1 и закрепления инструмента с насадкой в шпинделе станка, было включено вращение инструмента с заданной частотой вращения n, об/мин. Далее инструмент 1 погружался в стык 6 между пластинами 1 на рабочую глубину. После погружения, вращающийся инструмент 2 двигался вдоль стыка свариваемых деталей 6, при этом установленная на инструменте фрезерная насадка 3 вращалась вместе с инструментом 2, а режущие пластины 4 осуществляли одновременную фрезерную зачистку сразу за инструментом 2, формируя зону зачистки 5. После окончания сварки, движение инструмента было остановлено, инструмент поднят из металла и выключено вращение. От полученной сварной пластины были отрезаны участки начала и конца шва. Изготовленная с применением заявляемого способа деталь представлена на фиг. 4.

Для сравнения производительности использования заявляемого способа был проведён аналогичный описанному выше эксперимент, но без использования фрезерной насадки. После сварки на поверхности свариваемых деталей образовался дефект «грат» и следы движения сварочного инструмента. Затем, для фрезерной зачистки производилась замена сварочного инструмента на фрезу в шпинделе станка. Далее производилось фрезерование. После фрезерования фрезу заменили на сварочный инструмент для изготовления следующих изделий. Таким образом, в технологический процесс изготовления сварных изделий добавилось время на две переналадки станка, две смены инструмента и время резания, что привело к значительному снижению производительности.

Использование заявляемого способа позволило значительно снизить время на изготовление сварного изделия из алюминиевого сплава, полученного сваркой трением с перемешиванием. Предложенный способ может быть использован для изготовления различных конструкций для авиа- и ракетостроительной отрасли, в частности для изготовления топливных баков ракет-носителей.

Способ изготовления сваркой трением с перемешиванием конструкций из листов алюминиевых или медных сплавов, включающий закрепление свариваемых деталей и их соединение сваркой, отличающийся тем, что на инструменте для сварки трением с перемешиванием предварительно фиксируют фрезерную насадку с закрепленными на ней режущими пластинами, а соединение сваркой производят с одновременной зачисткой поверхности деталей в зоне сварного шва посредством вращающейся фрезерной насадки при заглублении упомянутого инструмента для сварки, при этом предварительно определяют высоту фиксации насадки относительно буртика инструмента для сварки из условия получения зоны зачистки, глубина и ширина которой обеспечивает отсутствие на поверхности деталей дефектов и следов от сварочного инструмента.

Изобретение относится к способу получения стыковых и стыконахлесточных соединений разнородных материалов методом сварки трением с перемешиванием. Торцы свариваемых деталей обрабатывают с помощью фрезерного станка с выполнением на каждой из деталей полки с возможностью получения замкового соединения деталей при размещении в верхней части соединения детали из более легкоплавкого металла, например, из алюминия или алюминиевого сплава, а в нижней - из более тугоплавкого металла, например, из меди или медного сплава.

Способ подготовки поверхности торцов в виде шипа для разнородных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием // 2777096

Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов сваркой трением с перемешиванием, в частности, листовых деталей, одна из которых выполнена из меди или медного сплава, а другая – из алюминия или алюминиевого сплава. Проводят обработку торцов свариваемых деталей, при этом на торце листовой детали из более тугоплавкого металла выполняют выступ в виде шипа, а на торце листовой детали из менее тугоплавкого металла – паз.

Способ получения металлического листа // 2775418

Изобретение может быть использовано для изготовления крупногабаритных листовых сварных заготовок, предназначенных для дальнейшей обработки давлением. После соединения кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием осуществляют обработку сварного шва обрабатывающим инструментом, рабочая часть которого выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, размер которой перекрывает ширину сварного шва.

Способ термомеханической сварки разнородных сплавов // 2768918

Изобретение относится к изготовлению термомеханической сваркой заготовок в виде тел вращения из конструкционных или инструментальных разнородных металлических сплавов. Контактирующую поверхность одной свариваемой заготовки выполняют в виде конуса, а другой - в виде соответствующей конусной полости.

Способ восстановления лопаток компрессора газотурбинного двигателя // 2768906

Изобретение относится к области восстановления исправного состояния лопаток компрессора газотурбинного двигателя сваркой и может быть использовано для несъемных лопаток. Способ включает выполнение на поврежденном участке пера восстанавливаемой лопатки криволинейной выемки, соединение вставки с пером восстанавливаемой лопатки в зоне выемки, приваривание сваркой вставки к перу восстанавливаемой лопатки.

Устройство и инструмент для сварки трением с перемешиванием преимущественно листовых заготовок из титана и его сплавов // 2746930

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений сваркой трением с перемешиванием листовых заготовок из титана и его сплавов. Устройство для сварки снабжено системой жидкостного охлаждения в виде каналов и полостей для циркуляции охлаждающей жидкости.

Способ получения канала в металлической заготовке посредством сварки трением перемешиванием // 2746385

Изобретение относится к сварке, а именно к способам получения внутренних каналов методом сварки трением перемешиванием в металлических заготовках для циркуляции хладагента холодильной машины. Изделие фиксируют на столе станка крепежными элементами.

Устройства и способы выполнения конструкций из металломатричного композитного материала // 2745391

Изобретения могут быть использованы при изготовлении конструкции из металломатричного композитного материала. Осуществляют сборку (102) узла (200), содержащего по меньшей мере два блока (210, 220) из материала (211) в первичной фазе, установленных с образованием между ними промежутка (202), в котором размещен материал (231) во вторичной фазе.

Способ ремонта приповерхностного дефекта конструкции из сплава на основе алюминия // 2742543

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к технологии ремонта конструкций из плохо и удовлетворительно свариваемых алюминиевых сплавов. Способ ремонта приповерхностного дефекта конструкции из сплава на основе алюминия путем нагрева за счет трения включает приведение во вращение инструмента, состоящего из полого стального стержня, в полости которого размещен присадочный пруток из алюминиевого сплава при отношении площади поперечного сечения стального стержня к площади поперечного сечения присадочного прутка из алюминиевого сплава 5/1, установление механического контакта между поверхностью восстанавливаемой конструкции и торцом вращающегося инструмента и осуществление трения для нагрева присадочного прутка из алюминиевого сплава и перевода его в вязко текучее состояние, при этом температура в зоне трения инструмента и поверхности восстанавливаемой конструкции не должна превышать 465°С, затем выталкивают вязко текучий присадочный пруток из алюминиевого сплава с противоположной стороны инструмента со скоростью 2-5 мм/мин.

Способ подготовки поверхности торцов разнородных соединений для сварки трением с перемешиванием // 2720018

Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано, в частности, в судостроении, авиации, химическом машиностроении, силовой энергетике. Выполняют скос кромок на каждом из торцов соединяемых деталей, сборку деталей встык и воздействие вращающимся инструментом со штырем с образованием сварного соединения.

Смесевой порошковый припой для пайки алюминия и сплавов на его основе // 2779439

Изобретение относится к области порошковой металлургии алюминия и может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и сплавов на его основе. Смесевой порошковый припой для пайки алюминия и сплавов на его основе содержит порошки сплавов Al-Si, Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg и Al-Sn и имеет следующий химический состав, мас.%: кремний 9-12, медь 0,005-4,0, цинк 0,005-4,0, магний 0,005-1,5, олово 0,005-1,0, алюминий - остальное.