Способ холодной сварки металлов внахлестку

Способ холодной сварки металлов внахлестку

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ро763052 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 240778 (21)2648049/25-27 (51)М. Кл,з с присоединением заявки ¹

В 23 К 20/00

Государственный комитет

С(:СР

9о делам и обретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1 0980 Бюллетень М З4

Дата опубликования описания 20. 09. 80 (53) УДК 621. 791. .12(088.8) Г.А.Клименко, А.В.Горовой, И.С.Гантмахер, П.В.Ярощук, В.И.Мнишенко и В.П.Витвицкий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Опытно-конструкторско-технологическое бюро института металлофиэики АН Украинской ССР (g41 СПОСОБ ХОЛОДНОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ

ВНАХЛЕСТКУ

Изобретение относится к способам холодной сварки, а более точно — к способу сварки пластичных металлов внахлестку, включающему вдавливание рабочего ьыступа пуансона.

Предлагаемое изобретение может быть эффективно применено при точечной и шовной сварке листовых металлов, электрических шинопроводов, при герметизации электровакуумных приборов, в телескопических соединениях трубчатых изделий.

При сварке вдавливанием рабочего выступа пуансона на плоской опоре деталь, примыкающая к опоре, удлиня- 15 ется, а деталь, контактирующая с пуансоном, вспучивается. Это приводит к возникновению нежелательных растягивающих напряжений в момент формирования соединения, что обусловлива- -0 ет его низкое качество и прочность (1).

Качество соединения пластических материалов повышается, когда перед вдавливанием пуансона металл на поверхности контакта дополнительно рас- тягивают. Такую операцию осуществляют, например, путем изгиба свариваемых деталей указанным пуансоном. Затем в процессе вдавливания пуансона на них получают одностороннюю выпук- 30 лость, перемещая выдавливаемый пуансоном металл в выемку на матрице„ которую располагают соосно с пуансоном. При этом, при обеспечении утонения стенки в трубчатой части выпуклости возможна сварка и менее пластичных по сравнению с алюминием и медью металлов за счет создания в деформационном очаге под пуансоном схемы всестороннего неравномерного сжатия.

Известен способ холодной сварки металлов внахлестку, включающий вдавливание пуансона и образование на изделии односторонней выпуклости перемещением выдавливаемого пуансоном металла в выемку на матрице (2).

Оптимальная схема деформирования в известном епособе имеет следующие параметры: диаметр углубления сварочной точки составляет 1,255, диаметр выпуклости 1,9S, а глубина вдавливания превышает 1,1S, где S — суммарная толщина свариваекьтх деталей.

При глубине вдавливания, превышающей 1,1S, пуансон как бы просекает толщину свариваемых деталей, образуется трубчатая часть выпуклости, высота которой, например, при, степени деформации с=бОЪ, составляет 0,75

763052

На Фиг. приняты следующие обозначения:

d — диаметр углубления сварной точки;

D — диаметр выпуклости; внутренний диаметр углубле1 ния кольцевого сварного шва;

d — наружный диаметр углубления Х кольцевого сварного шва;

0 — внутренний диаметр выпуклос1 ти;

65 0 — наружный диаметр выпуклости;

1 .

60 (по расчету). Большая глубина вдавливания рабочего выступа пуансона при значительном утонении стенки трубчатой части выпуклости приводит к уменьшению прочности сварного соединения, а следовательно, и к понижению качества.

3а счет несоответствия объемов выемки и выпуклости, объем которой всегда меньше объема выемки, а точнее, за счет того, что объем выдавленного пуансоном металла всегда меньше объема выемки и размещения в выемке части рабочего выступа пуансона, при сварке по известному способу образуется механический замок. В его зоне происходит дополнительный пережим утоненного металла, причем чем больше замок, тем сильнее пережимается металл.

Большая глубина вдавливания и деформация сварного шва при образовании замка снижают качество соединения, в частности его прочностные свойства и особенно резко — при знакопеременных нагрузках в агрессивных и корроэионных средах.

Кроме того, известный способ не обеспечивает высокую прочность сварного шва при соединении толстолистовых деталей из пластичных металлов, поскольку большая глубина вдавливания рабочего выступа пуансона ослабляет трубчатую часть выпуклости, а при большом поперечном размере последней (Д=1,9S) невозможно разместить необходимое для обеспечения равнопрочности количество сварных точек на изделии.

Отсутствие связи между параметрами сварки, а именно между глубиной вдавливания пуансона, высотой выпуклости и величиной деформации, необходимой для сварки металлов, снижает эффективность внедрения известного способа из-за необходимости эмпирического подбора перечисленных параметров.

Целью изобретения является повышение качества соединения и эффективности способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе холодной сварки металлов внахлестку, включающем вдавление рабочего выступа пуансона и образование на иэделии односторонней выпуклости перемещением выдавливаемого пуансоном металла в выемку на матрице, пуансон вдавливают на 0,7-1 суммарной толщины свариваемых деталей, а выпуклость выполняют .равной 0,850,99 объема выдавленного пуансоном металла и высотой 0,1-0,4 указанной толщины, при этом глубина вдавливания пуансона (1 ) и высота выпуклости (с ) связаны соотношением =Е+д, где Е - деформация, необходимая для сварки металлов.

Меньшее значение глубины вдавливания, равное 0,7S, определяется минимальной деформацией Е, которая обычно не превышает 0,6S, и минимальной высотой выпуклости (0,1S).

При сварке металлов = 0,6-:0Ä9S (60 90%). Для исключения просекания пуансоном свариваемых деталей при

5 больших значениях следует задаваться меньшей относительной высотой выпуклости, при меньших значениях большей относительной высотой выпуклости, но так, чтобы сумма этих величин не превышала единицу в относительных единицах или суммарную толщину свариваемых деталей в абсолютных единицах. Если объем выдавленного пуансоном металла будет превышать объем выпуклости, которая формуется выемкой на матрице, то при сварке по предлагаемому способу в деформационном очаге будет возникать схема напряженного состояния, соответствующая неравномерному всестороннему сжа30 тию. Величина превышения зависит от упруго-пластических свойств свариваемых металлов, жесткости и конфигурации выемки матрицы. Чем сложнее конФигурация выемки матрицы и чем выше упомянутые сзойства металлов, тем

25 большее количество металла следует выдавливать. В рамках разброса свойств металла превышение величины объема выпуклости на 15Ъ объемам выдавленного металла является обоснованным.

Зная относительную деформацию E необходимую для сварки, и задаваясь относительной высотой выпуклости d иэ соотношения = и + F., устанавливают относительную глубину () вдавливания пуансона, далее вычисляют абсолютные величины и д, после чего находят объем металла, выдавленного пуансоном и поперечные размеры выпуклости, подбирают соответствую40 щий инструмент и производят сварку.

Способ прост в осуществлении, обеспечивает качественное соединение, устраняет деформацию шва, улучшает внешний вид изделия.

45 На фиг. 1 изображена схема сварки при вдавливании круглого пуансона (круглая сварная точка); на Фиг. 2 схема сварки при вдавливании кольцевого пуансона (кольцевой шов на

50 плоской поверхнсоти); на фиг. 3 схема сварки при вдавливании трубчатого пуансона (кольцевой шов на цилиндрической поверхности).

763052

ЗО

iiD В.сР=n Ж«, cp cp ср ; с 4 где n= o,es —.оя9

Д.,- (3) э - г

55 ьо

b — ширина углубления кольцевого сварного шва;

 — ширина выпуклости;

S — суммарная толщина свариваемых деталей;

d - наружный диаметр иэделия; .

d4 — внУтренний диаметр изделия, в месте шва;

0> — внутренний диаметр изделия.

Поперечные размеры выпуклости (соответственно D и В) определяются из равенства объемов выдавленного пуансоном металла и металла выпуклости. Приводим расчет и полученные формулы: для круглой сварной точки (см. фиг.1)

ЧЪ ф — д =и k Г, n=ОЬЬ â€”:0,99

4 ю

D(„ ) /2,d (>) для кольцевого сварного шва (см. фиг. 2)

gd =ntid Ь где и=085 — . 099

cp cp

0 — средний диаметр выпуклости;

4 — средний диаметр углубления сварного шва Dc> = dcp

В = и — ° Ь

Я (2) для кольцевого сварного шва на цилиндрической поверхности (cM.ôèã.3) П р к м е р 1 . Круглая сварная точка (см. фкг. 1 .) Необходимо сварить точечной сваркой алюминиевые детали толщиной 10 мм (суммарная толщина 5=20 мм). Для сварки алюминия необходима деформация =0,6S (60%). Если д =0,25, тогда глубина вдавливания пуансона составляет

0,8S, что меньше суммарной толщины.

Следовательно, значения высоты выпуклости и глубины вдавливания пуансона равны 4 мм и 16 MM соответственно.

Принимают диаметр углубления сварной точки d равным 12 мм. Тогда по формуле ()) при п=0,9 находят диаметр выпуклости D=22,8 =23 мм. Подбирают инструмент и производят сварку.

Пример 2 . Кольцевой шов на плоской поверхности (см. фиг. 2).

Необходимо сварить кольцевым швом на плоской поверхности алюминиевые детали суммарной толщиной 5=6 мм. Высоту выпуклости принимают равной б =0,3S, а необходимую для сварки алюминия деформацию — равной 8 =0,65. Глубина вдавливания пуансона = + =0,95.

Следовательно, X =5,4 мм и d ==1,8 мм.

Принимают ширину углубления сварного шва b=3 мм. Тогда по формуле (2) при п=0,9 находят ширину выпуклости

B=8,1 8 мм.

По параметрам сварного шва погбираем соответствующий инструмент и производим сварку.

Пример 3 . Кольцевой шов на цилиндрической поверхности (см.фкг.3)

Необходимо сварить кольцевым швом на цилиндрической поверхности трубчатые алюминиевые детали толщиной

4 мм (суммарная толщина равна 5=8 мм) диаметрами 30х38 и 38х46 мм.

Высоту sbrrrywxocTH (о ) равной 0,35, а Е =0,6S. Абсолютная глубина вдавливания пуансона =0,95, следовательно, д =2,4 мм, а Х =7,2 мм.

На фиг. 3 видно, что 01=30 мм, а

6 =46 мл. Принимаем ширину углубления кольцевого шва Ь=4 мм. Тогда по формуле (3) при п=0,9 находим

B=15,1815

По параметрам сварного шва подбирают соответствующий инструмент и производят сварку.

Если диаметр илк ширина выпуклости получаются большими, то необходимо уменьшить диаметр или ширину углубления сварного шва клк увеличить высоту выпуклости, а если диаметр или ширина выпуклости получаются малымк, то необходимо увеличить диаметр клк ширину углубления сварного шва илк уменьшить высоту выпуклости.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа по сравнению с аналоги гнымк заключаются в повышении качества соединенкя за счет устранения деформации металла шва, что обеспечивает повышение прочности соединения, к в повышении степени экономичностк способа за счет простоты технкческих приемов осуществления к yc=aновленкя надежных соотношений между параметрами сварки.

Формула изобретения

Способ холодной сварки металлов внахлестку, включающий вдавливанке рабочего выступа пуансона и образование на изделии односторонней выпуклости перемещением выдавливаемого пуансоном металла в выемку на матрице, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения и эффективности способа, пуансон вдавливают на 0,7-1 суммарной толщины сварива мых деталей„ а выпуклость выполняют равной 0„85-0,99 объема выдавленного пуансоном металла и высотой 0,1-0,4 указанной толщины, при этом глубина вдавливания пуансона (Х ) и высота выпуклости (d ) связаны соотношением

5 = --д +Я где Я вЂ” деформацкя, необходимая для сварки металлов.

763052

Сос-. .à =,::-. ел.:. ",, Блодавская

Редактор Н.Вирко »е.<рад ."=-.::.- .:;...пулина Корректор Г.Решетник

Заказ 6197/11 !т. зах:. 116! l Подписное

БНИЧПИ Го.-",дарственного комитета СССР

,1Q дел : %1ç.".»! р.".:I 6, и открытий

11303» м.=,- «: —: .. ";,-,:, . i .-.,:„:ш-кая Ha5., д. 4/5 филиап ППП пятен."., г. у город, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Баранов И.Б. Колодная сварка пластичных металлов, Л.,"Машиностроение", 1969, с. 44-46.

2. Дубровский Е.Ф. и др. Оптимальная схема деформирования разнородных металлов при точечной холодной сварке с грушевидной формой шва "Сварочное производство", Р 4, 1969, с. 31-33.