Способ сварки трением

Способ сварки трением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварке металлов трением, в частности к сварке металлов с различными механическими свойствами. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения путем выравнивания деформирующих напряжений сжатия по сечению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образования сварного соединения. Способ сварки трением заготовок включает выполнение на внутренней поверхности осадочной матрицы 3 канавки компенсатора 6 напряжений, а между фаской 5 и компенсатором 6 - деформирующего пояска 7. В процессе проковки сварного шва запрессовывают зону сварного соединения в осадочную матрицу. Запрессовывание ведут до заполнения компенсатора 6 более пластичным металлом заготовки 2. Качество соединения позволяет после сварки производить закалку сварного шва при термообработке инструмента, без трещин. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4479665/27 (22) 05.09,88 (46) 07.07.91. Бюл. ¹ 25 (72) А.Т.Шпак, В.С,Баранцев и П,П.СерединСабатин (53) 621.791, 14(088.8) (56) Сварка трением. Под. ред, В.К»Лебедева и др. — Л,; Машиностроение. 1987, с.42-63. (54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ (57) Изобретение относится к сварке металлов трением, в частности к сварке металлов с различными механическими свойствами.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения путем выравнивания деформирующих напряжений сжатия no ce!

Ж 1660905 А1 (si)s В 23 К 20/12 // В 23 К 103:18 чению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образования сварного соединения, Способ сварки трением заготовкой включает выполнение на внутренней поверхности осадочной матрицы 3 канавки компенсатора 6 напряжений, а между фаской

5 и компенсатором 6 — деформирующего пояска 7. В процессе проковки сварного шва запрессовывают зону сварногосоединения. в осадочную матрицу, Запрессовывание ведут до заполнения компенсатора 6 более пластичным металлом заготовки 2. Качество соединения позволяет после сварки производить закалку сварного шва при термообработке инструмента, без трещин. 5 ил„2 табл.

16б0905

Изобретение относится к сварке металлов трением, в частности к сварке металлов с различными механическими свойствами.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения путем выравнива- 5 ния деформирующих напряжений сжатия по сечению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образования сварного соединения.

На фиг,1 изображена схема осадки до 10 проковочной матрицы и эпюра напряжений сжатия в поперечном сечении сварного шва; на фиг.2 — схема осадки в проковочную матрицу и эп юра сжатия в поперечном сечении сварного шва; на фиг,3 — схема наложе- 15 ния эпюр напряжений сжатия в поперечном сечении сварного шва при осадке до матрицы и в проковочную матрицу; на фиг.4— схема дополнительной осадки с прессованием сварного шва сквозь осадочную матри- 20 цу и эпюра напряжений сжатия в поперечном сечении сварного шва; на фиг.5 — эскиз осадочной матрицы, Способ сварки трением заготовок из материалов с резко различающимися свой- 25 ствами, в частности быстрорежущей 1 (фиг.1) и конструкционной 2 сталей в инструментальном производстве, состоит в следующем, Нагревают заготовки 1 и 2 диаметром D 30 в зоне стыка путем трения их торцов при взаимном вращении и постоянном осевом давлении F<, Затем прекращают вращение заготовок 1 и 2 при достижении в стыке необходимой температуры и пластичности 35 металлов и начинают проковку. Проковка до осадочной матрицы (фиг,1) заключается во взаимной осадке двух заготовок при увеличении осевого давления. При этом распределение напряжений сжатия по сечению в 40 плоскости сварного шва заготовок 1 и 2 происходит согласно эпюре, представленной на фиг.1, При этом значение сжимающих напряжений v<® в центральной зоне сечения сварного шва больше, чем в периферий- 45 ной зоне, и равно в центре

0сж) = 3/2 ут) К . где о — напряжение текучести более пластичного материала (конструкционная сталь) при температуре Т1;

К вЂ” коэффициент, учитывающий сопротивление металла пластической деформации, Следовательно, при осад в Ао проковочной матрицы свариваемость в центральной зоне заготовок 1 и 2 лучше, чем в периферийной зоне. Для улучшения свариваемости заготовок в периферийной зоне создают давление Ру (фиг.2) по наружной поверхности заготовки из более пластичного металла, направленное под углом к плоскости 2 сварного шва заготовок с одновременной осадкой заготовок под действием осевого давления Fz, в результате чего происходит более интенсивная деформация зоны сварного шва в его периферийной зоне. При этом изменяется характер распределения напряжений в контактной зоне, и значение напряжений в центральной зоне будет меньше. чем в периферии

Фж2 =1/2%р К, где ст — напряжение текучести более пластичного материала при температуре Т

% <(т,, так как температура разогрева в стыке Т1> Тр), По периферии контактной зоны напряжение сжатия резко увеличивается за счет давления Pz, ограничивающего дальнейшую деформацию околошовной зоны более пластичного металла.

Таким образом, при проковке в осадочную матрицу происходит улучшение свариваемости в периферии контактной зоны, Из схемы на фиг.3 видно. что на диаметре сечения D x свариваемых заготовок в точках пересечения двух эпюр напряжения сжатия наименьшие и чаще всего недостаточные для свариваемости заготовок. Поэтому при изломе образцов после сварки (для контроля качества сварного шва) на торцевой поверхности наблюдается дефект в виде

"Блестящего кольца" диаметром 0 х.

Для повышения качества сварного шва проводят дополнительную осадку заготовки из более пластичного металла с прессованием сварного LUBG сквозь, осадочную матрицу.

При помощи осевого давления Гз осуществляют дополнительную осадку заготовок, При этом сварной шов совмещают с плоскостью 3 действия постоянного давления Р зпо наружному диаметру заготовок. В результате в контактной зоне сварного шва создаются осевые напряжения сжатия, величина которых определяется по формуле

+c>v3 = 3/2 п, К . Причем осевые напряжения сжатия распределяются по сечению сварного шва равномерно, При дополнительной осадке производят примерно половину всей величины осадки заготовок. Дополнительную осадку производят в осадочной матрице (фиг.5).

Осадочная матрица представляет собой массивную разъемную шайбу 3. в корпусе которой выполнено сквозное центральное отверстие 4. Диаметр отверстия 4 на 1-2 мм больше диаметра свариваемой заготовки 2.

1660905

20

50

В отверстии 4 выполнены формирующая грат фаска 5 с углом 30-45 . В центральном отверстии 4 матрицы выполнен компенсатор 6 напряжений в виде канавки фасонного профиля, объем которой определяется положением сварного шва в начале и конце проковки. Между фаской 5 и компенсатором 6 выполнен деформирующий поясок 7, плавно соединенный с фаской 5 и канавкой компенсатора 6 напряжений, Экспериментально установлено, что наиболее благоприятные условия для выравнивания напряжений сжатия в поперечном сечении сварного шва создаются при выполнении диаметра отверстия, образованного деформирующим пояском 7, равным

d = 1,1 01, где d< — диаметр центрального отверстия матрицы.

Матрицу устанавливают на торцевой стороне зажима 8, в котором устанавливают невращающуюся заготовку 2 из более пластичного материала. Вылет заготовки 2 за торец матрицы 1,5 — 2,5 мм в зависимости от диаметра заготовки 3. Торец заготовки 2, противоположный свариваемому, опирается на основание 9. Заготовку 1 из менее пластичного металла (например, из быстрорежущей стали) закрепляют в приспособлении (не показано), при помощи которого ей сообщается вращательное движение и перемещение вдоль оси по направлению к заготовке 3. Закрепляют заготовки 2 и 1 и осадочную матрицу, затем осуществляют цикл сварки. После разогрева торцевых зон свариваемых заготовок производят проковку. На первой фазе проковки сближают заготовки в осевом направлении с приложением усилия сдавливания. При этом происходит интенсивное выдавливание металла в грат вместе с окисной пленкой, Далее происходит дальнейшая деформация металла свариваемых заготовок, и фаска 5 матрицы заполняется разогретым металлом. При дальнейшем движении заготовки 1 заполненная металлом фаска 4 и деформирующий поясок 7 препятствуют дальнейшему увеличению диаметра заготовки в контактной и околошовной зоне заготовки из более пластичного r-e aa a и проковка плавно переходит в третью фазу.

Продолжают перемещать заготовку 1 по направлению к заготовке 4. Так как заготовка

3 более пластичная, то заготовка 1 деформирует ее. При этом выдавленный обьем металла из околошовной эоны заготовки 2 размещается в компенсаторе 6 напряжений,Цвижение заготовки продолжают до совмещения ее торца с плоскостью наименьшего диаметра деформирующего пояска 7. При этом происходит равномерное. распределение напряжений сжатия по плоскости сварного шва, ограниченного диаметром заготовок. К этому моменту компенсатор 6 напряжений заполняется пластичным металлом. Тем самым создается препятствие дальнейшему продвижению заготовки 1 в осадочну:о матрицу, и заканчивается третья фаза проковки.

Пример. На машине для сварки трением фирмы "Thompson" произведена сварка заготовок — образцов для испытания из сталей Р6М5ФЗ-МП и 38ХС. Диаметр заготовок 40 мм. Количество сваренных заготовок 10 шт, Режимы сварки по предложенному способу представлены в табл.1.

После сварки заготовки подвергнуты термической обработке, а затем механической обработке с заключительной термообработкой и шлифованием доФ34 мм.

Вся партия сваренных предложенным способом заготовок подвергнута исследованию. Изготовлено 10 образцов для испытания на изгиб и 10 образцов для металлографического исследования.

Результаты механических испытаний на изгиб представлены в табл.2.

Металлографическими исследованиями образцов, изготовленных из заготовок, сваренных предложенным способом, в сварном шве и околошовной зоне дефектов в виде карбидных сеток и скоплений карбидов не обнаружено.

Осуществление при проковке дополнительной осадки заготовки иэ более пластичного металла с прессованием зоны сварного шва сквозь осадочную матрицу позволяет выровнять деформирующие напряжения сжатия по сечению сварного шва, Равномерное распределение напряжений по поперечному сечению сварного шва позволяет избежать образования несплошностей в зоне сварки, которые в изломе имеют вид "блестящих колец". Благодаря ликвидации несплошностей в зоне сварки повышается прочность сварного соединения, т.е. его качество.

Особенно важно повышение качества сварного соединения при сварке быстрорежущих и конструкционных сталей в инструментальном производстве. Высокое качество сварного соединения позволяет экономить быстрорежущую сталь, так как в этом случае появляется возможность изготовления хвостовой части инструмента иэ конструкционной стали. Высокое качество сварного соединения исключает поломки инструмента в зоне сварки. что особенно важно для инструмента, работающего с

1660905 качества сварного соединения путем выравнивания деформирующих напряжений сжатия по сечению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образова5 ния сварного соединения, на внутренней поверхности матрицы выполняют канавкукомпенсатор, а между гратоформирующей фаской и канавкой-компенсатором — деформирующий поясок диаметром, равным 1,1

10 диаметра центрального отверстия матрицы, а при проковке дополнительно осаживают заготовку из более пластичного материала до заполнения им канавки компенсаторэ напряжений.

Таблица 1

Значение параметров

Параметры режима сва ки

1,3

Т аблица 2 большими динамическими нагрузками. Более высокое качество сварки позволяет производить закалку сварного шва при термообработке инструмента без трещин.

Формула изобретения

Способ сварки трением заготовок из материалов с резко различающимися механическими свойствами, включающий проковку запрессовкой зоны сварного шва в осадочную матрицу до заполнения металлом ее гратоформирующей фаски, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения

Вылет заготовок: из зажимов шпинделя из осадочной матрицы. мм

Скорость вращения заготон и, об/мин

Удельное давление нагрева зэгоговок, Па

Время нагрева, с

Число фаз проковки

Удельное давление проковки,Ла

Время проковки. с

Величина осадки заготовок, мм; быстрорежущая сталь констоукционнэя сталь

1,5

581

70 — 80

250 — 300

5 — 6

1660905

Составитель В,Зотин иг. 4

Техред M.Ìîðãåíòàë КорректорМ .Кучерявая

Редактор В.Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2082 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5