Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки

Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА для УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ, включающий нагрев заготовки в зонах расположения узлов и пучностей колебаний до температуры закалки , выдержку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, повторный нагрев и выдержку со смещением нагреваемых зон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, закалку и отпуск , отличающийся тем, что, с целью повышения, эффективности самоотключения колебаний в установленном диапазоне частот в процессе сварки, нагрев под закалку в зонах узлов и пучностей колебаний каждой полуволны производят с последовательным смещением одной относительно соседней на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны .колебаний в процессе сварки к числу полуволн, укладывающихся по длине .инструмента.

GOO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEGflYEiËÈН

„.SU(„) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОВ ЯТЕКИй И ОПа Ы(ТИй

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3385270/22-02 (22) 25 °,01 ° 82 (46) 23. 06. 83. Бюл. Р 23 (72) A.M. Григорьев, А. Г. Крючок, В.Г. Крючок и И.П. Янович (71) Белорусский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии (53) 621.785.79(088.8) (56) 1. Еремин, В.Е. Влияние ультразвуковых колебаний на процесс термической обработки стали. Автореф. канд. дис. Минск, 1968, с. 5 6,10-11 °

2. Авторское свидетельство СССР, 9 594189, кл. С 21 D 1/04, 1976. (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ OBPASOTКИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

СВАРКИ, включающий нагрев заготовки в зонах расположения узлов и пучg(5g 21 D 9/221 С 21 D 1/04 ноетей колебаний до температуры закалки, выдержку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, повторный нагрев и выдержку со смеШением нагреваемых эон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, закалку и отпуск, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения. эффективности самоотключения колебаний в установленном диапазоне частот в процессе сварки, нагрев под закалку в зонах узлов и пучностей колебаний каждой полуволны производят с последовательным смещением одной относительно соседней на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны в . колебаний в процессе сварки к числу полуволн, укладывающихся по длине, инструмента.

1024513

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может найти . применение в сварочном производстве, например при изготовлении инструментов для ультразвуковой сварки, а также в медицине.

Известен способ термической обработки инструментов с неоднородной по сечению структурой, полученной, например, под действием токов высокой частоты (l) .

1О

Этот способ повышает предел выносливости по сравнению с инструментами с однородной структурой на 60-70%, но не обеспечивает воэможности самоотключения колебаний инстумента в момент завершения процесса обработки.

Известен способ термической обработки инструментов для ультразвуковой сварки, включающий нагрев заготовки. до температуры закалки, выдержку при температуре закалки с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск Я.

K недостаткам указанного способа относится низкая чувствительность материала инструмента к изменению параметров в процессе выполняемой им операции. При изменении частоты колебаний в момент образования соеди.нения происходит смещение эон узлов и пучностей иэ областей, соответствующих их расположению при термообработке, что вызывает дополнительную расстройку системы. Однако такая расстройка недостаточна для сварочного инструмента. Диапазон дополнительного изменения частоты за счет изменения структуры лежит в очень широких пределах и не обеспечивает достаточно резкого отключения колебаний после выхода частоты за допусти- 40 мые технологический установленные пределы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и.достигаемому результату является способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки, включающий, нагрев заготовки до температуры закалки в зонах расположения узлов и пучностей колебаний, выдержку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний и повторным нагревом со смещением нагреваемых эон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, выдержку под действием ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск (2J .

Известный способ повышает четкость самоотключения колебаний при выходе частоты за установленные пределы.

Однако, несмотря на наличие в инстру-4() менте структурного барьера, не обеспечивается мгновенное отключение колебаний при строго фиксированной допустимой частоте. При изменении длины.волны колебаний в инструменте . б5 происходит равномерное смещение, на1 пример, зон узлов в эоны со структурой, соответствующей пучностям колебаний, Это вызывает одинаковые волновые сопротивления (P С) в зонах узлов и пучностей колебаний по всей длине инструмента. Чувствительность инструмента к самоотключению колебаний в известном способе определяется только интерференцией колебаний, обусловленной, коэффициентом отражения волн в структурном барьере при переходе колебаний иэ структуры с одним волновым сопротивлением в среду с отличающимся сопротивлением.

Целью изобретения является повыше" ние эффективности самоотключения колебаний в установленном диапазоне частот в процессе сварки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки для ультразвуковой сварки инструментов, включающему нагреву заготовки в зонах расположения узлов и пучностей колебаний до темйературы закалки, выдержку с одновре" менным наложением ультразвуковых колебаний, повторный нагрев и выдержку со смещением нагреваемых зон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, закалку и отпуск, нагрев под закалку в зонах узлов и пучностей колебаний каждой полуволны производят с последовательным смещением одной относительно соседней на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны колебаний в процессе сварки к числу полуволн, укладывающихся по длине инструмента.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку инструмента устанавливают в двух конццентраторах ультразвуковых колебаний, частота и фаза колебаний которых совпадает (при нагРеве в индуктор) с частотой и фазой токов высокой частоты индуктора.

При этом длину зоны нагрева, т.е. длину индуктора для каждых полуволн вдоль оси инструмента, выбирают равной величине смещения зон узлов и пучностей в каждой полуволне в процессе эксплуатации, в частности равной разности длин полуволн в начале и конце сварки и уменьшенной на величину, равную отношению этой разности к числу полуволн, распространяющихся в инструменте. Нагрев заготовки на закалку осуществляют, перемещая индуктор, и производят нагрев локально, начиная с приторцевой части инструмента, затем перемещают индуктор в соседнюю пучность полуволн,т.е. ra расстояние, равное одному из крайних допустимых значений длины полуволн колебаний (т.е. частоты) в процессе сварки. Нагрев в зонах пучностей

1024513 производят с наложением колебаний по частоте, совпадающей с частотой индуктора и равной частоте (наибольшей или наименьшей) в зависимости от выбора первоначального расстояния между пучностями полуволн, возникающей в процессе сварки.

После закалки этих зон производят смещение индуктора (но уже меньшей длины) на расстояние, равное отношению изменения длины полуволны колебаний в процессе сварки к числу полуволн„ распространяющихся в инструменте. Нагревают зону пучности, накладывают колебания, осуществляют закалку и продолжают выполнять нагрев в остальных участках пучностей вдоль оси инструмента с уменьшаемым по длине индуктором и расстоянием между пучностями в каждой последующей полуволне.

Затем аналогичный процесс повторяют при нагреве зон узлов колебаний.

После осуществления первичной зонной закалки выполняют описанный технологический процесс,но со смещением колебаний на 1/4 длины их первоначального распространения,т.е.около пучностей колебаний создают зоны узлов, и наоборот. Затем выполняют низкий отпуск заготовки инструмента и передают ее на механическую обработку.

Сущность способа заключается в следующем. В процессе сварки существует допустимое значение изменения частоты колебаний (длины волны)., которое не влияет на качество образования сварного соединения. Изменение частоты колебаний выше или ниже установленного предела будет разрушать уже образовавшееся сварное соединение. Поэтому частота колебаний (длина волны) должна лежать в пределах определенного допуска, а ввод ультразвуковой энергии в, зону сварки должен прекращаться при изменении частоты колебаний выше или ниже допустимой, т.е. после образования сварного соединения и ухода (смещения) узлов и пучностей за пределы допуска.

При изменении частот за пределы установленного допуска, т.е ° в соответствии с длинами зон закалки в каждой полуволне, например, узлы смещаются иэ эон, соответствующих их физическому характеру свойствами, в зону со структурой, благоприятной только для распространения колебаний в пучностях волн, и наобсрот. Таким образом возникает барьер на пути распространения волны в инструменте, который приводит к мгновенному затуханию колебаний, т.е. уменьшает амплитуду колебаний до нуля. При этом по сравнению с известным способом, происходит неравномерное смещение волны в инструменте на разных по дли не полуволновых участках, концы которых имеют разное волновое сопротивление для падающей и отраженной волн.

Согласно известному способу изменение частоты (длины волны) в зоне сварки приводит к одинаковому смещению зон узлов и пучностей вдоль инструмента в структуры с одинаковым волновым сопротивлением. В предложенном способе по всей длине инструмента волновое сопротивление во всех зонах узлов и пучностей при смещении будет различным на одной частоте.

Поэтому различным будет и фазовый

15 сдвиг между падающей и отраженной волнами, а также будет происходить интерференция волновых сопротивлений на границе каждой полуволны колебаний. Минимальное изменение частоты в

2О процессе сварки, т.е. длины волны, приводит к значительным смещениям зон узлов и пучностей колебаний, и происходит наложение одной полуволны колебаний на другую по длине инструмента. Основной эффект расстройки достигается эа счет интерференции волны при прохождении иэ одной волновой зоны в другую, а также при отражении этой волны от участков с разным волновым сопротивлением. Это .происходит из-за того, что две иучности каждой полуволны при изменениичастоты оказываются расположенными в зонах с различной твердостью и структурой.

З5 Такой способ термической обработки . при расстройке частоты вызывает цепную реакцию расстройки с увеличивающейся по закону арифметической про-. грессии интерференцией колебатель- .

4р ного режима. И поэтому, если эффект растройки частоты (длины-волны), амплитуды в известном способе обработки принять равным единице, то в предлагаемом способе, например для трех-, 45 полуволнового инструмента, он будет„ минимум в 3 раза выше.

Пример. По предлагаемому способу изготовлен трехполуволновой инструмент из стали Х12М с длиной

200 мм на частоту 20 кГц для сварки в пределах изменения частоты 20 :2 кГц.

Изменение частоты в пределах 20% от эксплуатационной частоты (изменение в процессе сварки) приводит к изменению длины полуволны колебаний на 15 мм. Нагрев заготовки инструмента в зонах узлов и пучностей осу.ществляли индукторами с длинами

15 мм (первая полуволна), 10 мм (вто60 рая полуволна), 5 мм (третья полуволна). Длины полуволн выбирались рав-. ными: первая — 75 мм, вторая — 65 мм, . третья — 60 мм, что соответствовало длинам полуволн для частот 22 кГц

-65 . (60 мм), а для 18 кГц — 75 мм. Зоны

1024513

1 способ частота отключения колебаний {верхний и нижний пределы) 21,6 21,9 21,5 22,4

184186187177

22,5

22,4

Известный 21,9

18,2 !

Предложенный 22,1

17,8

17,6

22,0 22,0 21,9 21,9 22,1

22,1

18,1 18,2 18,0

18,1

18,0

18,0

Составител P. Клыкова

Техред С.Иигунова Корректор A. Дзятко.

Редактор О. Йоловка

Заказ 4338/25 . Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 3-35, Раушская наб„, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 узлов и пучностей нагревали до 1000192ООС индукторами на частотах соответственно 18 20 и 22 кГц с использованием преобразователя ПИС-6. После нагрева эон выполняли закалку. Затем полностью повторяли процесс, нагрева с тремя длинами полуволн, смещенных по, отношению к первоначальному расположению соответственно на 1/8 полуволны при 18 кГц. Затем выполняли закалку в масле, отпуск при

160 С - в течение одного часа и

Таким образом, в предлагаемом способе инструмент обеспечивает колебания в заданном диапазоне частот, который составляет 22 1-18,2 кГц, ® т.е. превышает заданный верхний предел только на 0,1 кГц, а нижний ие доходит на 0,1 кГц. При обработке инструмента согласно известному способу превышение нижнего предела составляет 0,4 кГц, а превышение верхнего - 0,5 кГц. Следовательно, предложенный способ обеспечивает стропередавали заготовку на механическую обработку.

В лабораторных условиях проведены сравнительные испытания предЯагаемого и известного способов тврми ческой обработки. Инструменты бвыи изготовлены на частоту 20+2 кГц из стали Ю2И. Результаты исйытаний (при каждом испытании оценивали среднюю частоту отключения колебаний по 18 замерам) представлены в таблице.!

1 гое соблюдение режимов для самоотключения колебаний, что в свою очередь позволяет повысить качество воспроизведения сварных соединений.

Экономический эффект при групповой сварке приборов на установках типа ЭИ-434 при стоимости блоков управления 1,4 тыс. руб. составит в год для шести установок около

10 тыс. руб. (причем эта сумма не учитывает повышения процента выхода ,годных приборов).