×
19.01.2019
219.016.b1f5

СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из алюминиевых полуфабрикатов переменной толщины методом сварки трением с перемешиванием. В процессе сварки проводится пошаговый контроль температуры поверхности сварного шва позади сварочного инструмента. При фиксировании отклонения температуры на величину, превышающую 2°С по отношению к начальному значению, осуществляют корректировку осевого усилия Р и частоты вращения сварочного инструмента ω в соответствии с заданными формулами. Сварку осуществляют с использованием сварочного инструмента, который содержит рабочий наконечник и уступ, причем одна из упомянутых деталей является единым целым с корпусом сварочного инструмента, а другая установлена с упором в корпус сварочного инструмента через упругие элементы. Способ обеспечивает гарантированный полный провар корня шва, стабильное формирование бездефектного сварного соединения с минимальными остаточными деформациями свариваемых алюминиевых заготовок. 6 ил., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу сварки трением с перемешиванием и может быть использовано при сварке длинномерных алюминиевых заготовок в виде катаных или прессованных полуфабрикатов переменной толщины.

Известно, что сварка трением с перемешиванием широко используется для получения сварных деталей, узлов и конструкций из металлических материалов. Основными преимуществами этого способа сварки по сравнению с традиционными способами сварки плавлением являются:

во-первых, возможность получения высокопрочных сварных соединений практически равных по прочности основному металлу,

во-вторых, отсутствие в сварных конструкциях остаточных деформаций и поводок, которые неизбежно возникают при сварке плавлением.

Одним из важных технологических требований к процессу сварки трением с перемешиванием является обеспечение определенного расстояния (зазора) между торцом наконечника сварочного инструмента и подложкой, на которой закрепляется свариваемая деталь. Экспериментально установлено, что для получения качественного сварного шва, величина зазора в процессе сварки должна составлять от 0,05 до 0,3 мм.

При увеличении расстояния между торцом наконечника вращающегося сварочного инструмента и подложкой на величину более 0,3 мм, в корне шва возникают дефекты в виде трещин или несплавлений, приводящие к снижению механической прочности и пластичности сварных соединений, выполненных сваркой трением с перемешиванием.

При снижении указанного расстояния до значений меньше 0,05 мм высока вероятность локального перегрева и разупрочнения металла шва, кроме того, при касании наконечником сварочного инструмента технологической подложки происходит ее частичное разрушение с внедрением в корень шва частичек подложки.

Известен способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов [RU 2357843], применяющийся для изготовления сварных конструкций и полуфабрикатов из алюминиевых сплавов судостроительной, авиационной, машиностроительной и других областях промышленности. В указанном патенте предлагается использовать сварочный инструмент с зафиксированными в процессе сварки уступом и наконечником, приведен пример применения способа при сварке стыковых листовых соединений. В этом случае отклонение геометрических размеров (допусков) по толщине свариваемых заготовок не должно превышать указанное максимально допустимое расстояние между торцом наконечника и подложкой, составляющее 0,3 мм. Указанная величина соответствует отклонению по толщине тонкостенных листовых полуфабрикатов, что позволяет успешно применять для их сварки способ сварки по [RU 2357843].

Однако, при сварке этим способом заготовок из прессованных полуфабрикатов возникают сложности, обусловленные тем, что допуски по толщине прессованных полуфабрикатов, как правило, превышают 0,3 мм, и, в большинстве случаев, составляют 0,3-0,6 мм.

Поэтому, при сварке заготовок из прессованных полуфабрикатов способом [RU 2357843] с использованием сварочного инструмента с зафиксированным уступом и наконечником, невозможно получать качественные бездефектные сварные соединения, с гарантированным проваром по всей толщине. Это является существенным недостатком указанного способа.

Частично исключить непровары в корне шва, возникающие при сварке заготовок с большими отклонениями по толщине, можно, применяя сварочный инструмент с выдвигающимся относительно уступа наконечником. Этот способ сварки указан в патентах US 5893507 (Appl. No. 08/904,505), US 2007/0228104 A1 (Appl. No. 11/395,723),

В приведенных изобретениях описывается способ сварки и оборудование, обеспечивающее:

измерение усилия на наконечнике сварочного инструмента,

регулирование рабочей длины наконечника,

определение координаты наконечника относительно поверхности уступа, поверхности свариваемых кромок или подложки.

Известные способы (по патентам US 5893507 US 2007/0228104) позволяют в процессе сварки управлять погружением наконечника в металл для обеспечения требуемой глубины провара свариваемых деталей.

Одновременно, в качестве условия, необходимого для обеспечения полного провара корня шва, задается расстояние между торцом наконечника и подложкой, которое остается постоянным вне зависимости от толщины свариваемой заготовки путем увеличения рабочей длины наконечника в процессе сварки трением с перемешиванием. Требуемая рабочая длина наконечника устанавливается в зависимости от суммарного усилия, действующего на сварочный инструмент.

В качестве прототипа выбран патент US 5718366, при котором наконечник или уступ сварочного инструмента упирается в корпус сварочного инструмента через упругие элементы (пружины). При этом в процессе сварки контролируется только суммарное усилие, действующее на сварочный инструмент, а усилия, действующие на уступ или на наконечник, определяются жесткостью пружин, перераспределяющих усилие с уступа на наконечник.

Приведенные выше изобретения (патенты US 5893507 US 2007/0228104, US 5718366) могут быть эффективно использованы для поддержания положения уступа сварочного инструмента относительно поверхности свариваемых заготовок и коррекции глубины погружения наконечника сварочного инструмента при сварке заготовок переменной толщины. Однако, их существенным недостатком является отсутствие регулирования тепловложения, вносимого в свариваемые кромки сварочным инструментом.

Проведенные исследования [Е.А. Алифиренко, В.И. Павлова, Е.П. Осокин, «Сварка трением с перемешиванием тонкостенных соединений из морского алюминиевого сплава 1561», Мир сварки, 2010 г., №15, с. 30-34] показали, что при заданной скорости сварки и фиксированном положении уступа относительно поверхности свариваемых заготовок, количество тепла, вносимое вращающимся сварочным инструментом в металл, определяется конструктивно-технологическими параметрами сварки - скоростью сварки, частотой вращения сварочного инструмента, диаметром уступа и наконечника. Часть тепла расходуется на разогрев и пластификацию перемещаемого в процессе сварки металла, а остальное тепло отводится в корпус сварочного инструмента, в прилегающие кромки и в подложку.

Таким образом, при сварке заготовок переменной толщины величина теплоотвода не является постоянной и зависит от толщины прилегающих кромок. Увеличение их толщины приводит к ускорению теплоотвода и снижению температуры металла в корневой зоне, что негативно сказывается на формировании соединения: повышается вероятность появления трещин, несплавлений, дефектов типа «kissing bonds».

Экспериментально показано, что при фиксированных параметрах процесса сварки трением с перемешиванием, увеличение толщины свариваемых кромок Al-Mg сплава от 2,0 до 3,0 мм приводит к снижению максимальных температур в зоне сварки ~ на 70°С (с 480 до 410°С), уменьшению эффективной зоны пластического течения металла и образованию дефектов в виде трещин и несплавлений (фигура 1) даже при соответствующей коррекции длины наконечника сварочного инструмента.

И наоборот, уменьшение толщины свариваемых заготовок при неизменных параметрах сварки приводит к избыточному тепловложению и увеличению сварочных деформаций, а также негативно сказывается на формировании сварного соединения: в перегретом металле возникают структурные неоднородности, приводящие к разупрочнению металла (фигура 2).

Таким образом, недостатком известных способов сварки является отсутствие механизма корректировки тепловложения при изменении толщины свариваемых заготовок.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых полуфабрикатов, допускающий изменение толщины свариваемых заготовок в пределах 30%, и обеспечивающий гарантированный полный провар корня шва, стабильное формирование бездефектного сварного соединения с минимальными остаточными деформациями свариваемых алюминиевых заготовок.

Технический результат достигается тем, что способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых заготовок переменной толщины, включает приложение осевого усилия Р, действующего на корпус сварочного инструмента, вращающегося с частотой ω, который содержит рабочий наконечник и уступ, один из которых установлен с упором в корпус сварочного инструмента через упругие элементы, а другой жестко связан с корпусом сварочного инструмента, при этом проводят измерения температуры поверхности сварного шва Т в процессе сварки на удалении позади сварочного инструмента, составляющем от 10 до 100 мм„ осуществляют корректировку тепловложения за счет изменения осевого усилия Р и частоты вращения ω сварочного инструмента при изменении температуры Т более, чем на 2°С от значения Тнач на начальном участке сварного шва по следующим формулам:

Р=Р01(Т-Тнач)

ω=ω02(Т-Тнач), где

Р0 и ω0 - осевое усилие и частота вращения инструмента, соответственно, на предыдущем шаге корректировки,

Тнач - температура на начальном участке сварного шва,

а коэффициенты К1 и К2, соответственно, вычисляют с учетом начальных параметров сварки по следующим формулам:

при 10<1<100 [мм], 1<5<10 [мм], δ - толщина свариваемых кромок.

На схеме (фигура 3) представлены оба варианта крепления сварочного инструмента и показано расположение термографа (5), фиксирующего температуру поверхности сварного шва.

Варианты крепления сварочного инструмента:

ВАРИАНТ А - рабочий наконечник 2 установлен с упором в корпус 1 через упругие элементы 4, а уступ 3 жестко связан с корпусом 1;

ВАРИАНТ Б - уступ 3 установлен с упором в корпус 1 через упругие элементы 4, а рабочий наконечник 2 жестко связан с корпусом сварочного инструмента 1.

Пример реализации изобретения

Выполняли сварку трением с перемешиванием алюминиевых заготовок длиной L (5, фигура 4), равной 300 мм, и переменной толщиной δ (6, фигура 4), равной 3,0 мм, 2,2 мм и 3,0 мм на участках 7, 8, 9 (фигура 4) соответственно. Для сварки использовали сварочный инструмент по варианту Б, в котором наконечник 2 жестко связан с корпусом 1 сварочного инструмента, а уступ 3 установлен с упором в корпус 1 через упругие элементы 4 (фигура 4).

В процессе сварки измеряли температуру сварного шва в зоне, расположенной на расстоянии (10, фигура 4), равном 20 мм позади сварочного инструмента с помощью термографа 11 (фигура 4) с разрешающей способностью 0,05°С.

Начальные параметры сварки составляли ω=500 об/мин, Р=1800 кг.

После прохождения начального участка 12 (фигура 4), равного 30 мм от места внедрения сварочного инструмента фиксировали значение температуры на начальном участке Тнач=64,2°С.

Для приведенных параметров сварки определили значения коэффициентов К1 и К2:

В процессе сварки проводили контроль значений температуры Т с частотой 1 измерение в секунду. При превышении отклонения Т от Тнач на величину большую чем 2°С, проводили расчет по формулам (1) и (2) и осуществляли соответствующую корректировку осевого усилия Р и частоты вращения ω

где Р0 и ω0 - значения осевого усилия и частоты вращения сварочного инструмента на предыдущем шаге корректировки.

Диаграмма изменения параметров процесса сварки представлена на фигуре 5.

Использование сварочного инструмента с уступом, установленным с упором в корпус через упругие элементы, контроль температуры металла в процессе сварки, корректировка тепловложения путем изменения осевого усилия и частоты вращения сварочного инструмента, регулирование заглубления наконечника сварочного инструмента обеспечили качественное формирование сварного соединения на протяжении всей длины свариваемой заготовки с переменной толщиной свариваемых кромок в пределах от 2,2 до 3,0 мм.

Макроструктура поперечного сечения сварного соединения на разных участках указана на фигуре 6.


СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 251.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2d

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476836
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c32

Устройство для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления. Устройство содержит датчик с емкостным чувствительным элементом с обкладками конденсатора и экранами, усилитель заряда, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476841
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c33

Устройство для измерения давления, температуры и теплового потока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления. Техническим результатом изобретения является расширение области применения, повышение информативности и точности измерения давления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476842
Дата охранного документа: 27.02.2013
Показаны записи 1-10 из 44.
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.08.2013
№216.012.6084

Способ брикетирования металлической стружки

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано преимущественно при изготовлении брикет-электродов для электрошлакового переплава (ЭШП). Металлическую стружку дробят до получения элементов двух фракций, смешивают фракции, осуществляют очистку смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490340
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.6aab

Способ изготовления заготовки обечайки активной зоны корпуса реактора типа ввэр

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных обечаек корпусов реакторов типа ВВЭР-1000. Изготавливают цельнокованую заготовку длиной не менее длины обечайки с учетом технологических припусков. Толщина стенки заготовки превышает толщину стенки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492958
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.10.2013
№216.012.7a16

Система защиты от эрозионно-коррозионного разрушения корпусов морских судов и сооружений

Изобретение относится к системам защиты от эрозионно-коррозионного разрушения подводной поверхности корпусов морских судов, морских сооружений освоения шельфа замерзающих морей, например морских стационарных и плавучих буровых платформ, и может быть использовано в другой морской технике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496916
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.08.2014
№216.012.eaf1

Способ изготовления листов и плит из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к металлургии деформируемых термически неупрочняемых алюминиевых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформируемых полуфабрикатов в морской и авиакосмической технике, транспортном и химическом машиностроении, в т.ч. в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525953
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.10.2014
№216.012.ff21

Способ тонкой очистки аргона от примесей азота

Предлагаемое техническое решение относится к области очистки инертных газов от газообразных примесей с помощью химических реагентов в промышленных установках, предназначенных для высокотемпературной обработки химически активных материалов. Предлагается способ тонкой очистки аргона от примесей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531169
Дата охранного документа: 20.10.2014
10.03.2015
№216.013.2f53

Жаропрочная коррозионностойкая сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным коррозионностойким сталям, используемым в атомной энергетике и машиностроении в установках, эксплуатирующихся длительное время при температурах 500-600°C. Сталь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543583
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.03.2015
№216.013.2f55

Способ термической обработки полуфабрикатов из стали мартенситного класса

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к технологии термической обработки полуфабрикатов из стали мартенситного класса, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих в условиях Крайнего Севера и Сибири, например контейнеров для перевозки отработавшего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543585
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.03.2015
№216.013.2f57

Жаропрочный сплав на никелевой основе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для элементов, используемых в атомной энергетике, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, работающих при высоких температурах. Жаропрочный сплав на никелевой основе содержит, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543587
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.04.2015
№216.013.3e08

Способ брикетирования металлической стружки

Изобретение относится к области брикетирования металлической стружки и может быть использовано при изготовлении брикетов для дальнейшей переработки, например, ковкой или электрошлаковым переплавом. Стружку измельчают, прессуют и осуществляют электроразрядное спекание с одновременным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547368
Дата охранного документа: 10.04.2015
+ добавить свой РИД