RO130621B1 - Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor () - Google Patents

Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor () Download PDF

Info

Publication number
RO130621B1
RO130621B1 RO201400254A RO201400254A RO130621B1 RO 130621 B1 RO130621 B1 RO 130621B1 RO 201400254 A RO201400254 A RO 201400254A RO 201400254 A RO201400254 A RO 201400254A RO 130621 B1 RO130621 B1 RO 130621B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
metal
active element
friction
soldering
bonding
Prior art date
Application number
RO201400254A
Other languages
English (en)
Other versions
RO130621A2 (ro
Inventor
Radu Cojocaru
Victor Verbiţchi
Horia Florin Daşcău
Lia Nicoleta Boţilă
Cristian Ciucă
Original Assignee
Institutul Nat De Cercetare Dezvoltare In Sudura Si Incercari De Materiale Isim Timisoara
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Nat De Cercetare Dezvoltare In Sudura Si Incercari De Materiale Isim Timisoara filed Critical Institutul Nat De Cercetare Dezvoltare In Sudura Si Incercari De Materiale Isim Timisoara
Priority to RO201400254A priority Critical patent/RO130621B1/ro
Publication of RO130621A2 publication Critical patent/RO130621A2/ro
Publication of RO130621B1 publication Critical patent/RO130621B1/ro

Links

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

Invenția se referă la un procedeu de îmbinare prin lipire cu element activ rotitor a anumitor materiale de bază metalice.
Procedeul utilizează frecarea metal-metal în scopul topirii metalului de adaos, pentru lipirea moale a unor table de metal de bază, similare sau disimilare. Principiul procedeului constă în apăsarea, rotirea și deplasarea unui element activ rotitor, pe suprafața unor table suprapuse, din metale de bază.
în prezent se cunosc în tehnica actuală unele procedee de îmbinare prin lipire moale (la temperatura de 23O...35O°C) a materialelor metalice, utilizând aliaje de adaos: lipire cu ciocan de lipit având încălzire cu combustibili fosili, sau având încălzire electrică; lipire cu pistolul de lipit cu încălzire electrică; lipire cu pistolul de lipit cu termostat; lipire în baia de aliaj cu val; lipire cu flacără de gaz combustibil; lipire în cuptor cu vid; lipire în cuptor cu atmosferă controlată; lipire în baie de aliaj cu procesare ultrasonică; lipire cu laser etc.
în procesele de lipire nu trebuie atinsă o temperatură foarte ridicată a metalelor de bază, ci numai temperatura de topire a metalului de adaos. în cazul temperaturii prea mari există chiar riscul volatilizării anumitor componente ale aliajului de adaos, ceea ce duce la neconformități în privința îndeplinirii cerințelor tehnice ale îmbinării. Pentru anumite aplicații de lipire a unor piese de dimensiuni relativ mari nu este necesară concentrarea energiei, ci este mai adecvată distribuirea energiei pe o anumită zonă, unde se amplasează metalul de adaos, și unde trebuie realizată îmbinarea. în acest caz este importantă realizarea unei anumite valori a densității de energie pe suprafață.
Utilizarea unei surse concentrate de energie sau a unei surse de temperatură prea ridicată conduce la creșterea temperaturii metalului de bază și la anumite variații rapide de temperatură în timpul procesului de lipire, ceea ce are drept consecință producerea unor modificări structurale ale metalului de bază, modificări care nu se află complet sub controlul executantului îmbinării. De asemenea, cantitatea de căldură acumulată în metalul de bază provoacă deformații ale metalului de bază, iar acestea cauzează probleme tehnologice dificile, întrucât este necesară îndreptarea tablelor sau a pieselor de metal de bază, ceea ce necesită utilaje și dispozitive speciale, precum și timp de lucru suplimentar, care contribuie la creșterea costului lucrării de îmbinare.
Procedeele cu energie ridicată (flacără, arc electric etc.) au dezavantajul că nu permit un control suficient asupra desfășurării procesului de sudare, și pot produce la supraîncălziri locale, cu volatilizarea unor componente, formarea de constituenți fragili ca urmare a variațiilor rapide de temperatură, tensiuni interne și deformații ale metalelor de bază.
Din documentul EP 2689882 A2 este cunoscut un procedeu de îmbinare a două sau mai multe materiale similare sau disimilare, prin utilizarea unei îmbinări de sudare prin frecare în puncte (friction spot welding), cu material de adaos consumabil, având caracteristici superioare, cuprinzând etapele:
a) crearea unei cavități în centrul suprafeței de sudat suprapuse, a unui prim material și a unui al doilea material, prin îndepărtarea unei porțiuni de geometrie predefinită din acesta, cel puțin la unul dintre materiale, pentru a forma o zonă de îmbinare;
b) adăugarea fie a unui material de armătură, fie a unui element de aliere sau a unei combinații a celor două, în cavitatea creată în zona de îmbinare;
c) penetrarea unui material de umplutură cilindrică, conică, cu o geometrie asemănătoare cu cea a cavității menționate în regiunea de îmbinare, prin rotirea materialului de umplutură cilindrică sau conică în combinație cu forța de compresiune;
d) interblocarea materialului de umplutură cilindrică-conică, devenită tronconică, cu cel puțin unul dintre primul și cel de-al doilea material, care poate fi sudabil cu materialul de umplutură pentru a forma o legătură inter-materială;
RO 130621 Β1
e) sudarea primului material cu al doilea material, prin umplerea cavității formate în 1 zona de îmbinare cu materialul de umplutură cilindrică-conică devenită tronconică;
f) generarea unei structuri de compoziție la interfața de sudură, cu proprietățile 3 materialului de interfață.
De asemenea, documentul JP 2007253172 (A) prezintă un procedeu de sudare prin 5 frecare cu element activ rotitor (FSW-friction știr welding) a unui prim material metalic (aliaj de aluminiu) și a unui al doilea material metalic (oțel), având punct de topire mai ridicat decât 7 punctul de topire al primului material metalic, și care are un strat de acoperire depus prin placare, caracterizat prin aceea că pe suprafața primului material metalic, în zona regiunii 9 de contact cu cel de-al doilea material metalic, este aplicat un știft rotitor, ce realizează sudarea celor două materiale prin introducerea și amestecarea prin frecare, și difuzarea 11 stratului de acoperire în fluxul din material plasticizat al celui de-al doilea material metalic, precum și răcirea zonei de joncțiune astfel formată. 13
Documentul US 7905383 B1 prezintă un procedeu de sudare prin frecare cu element activ rotitor (FSW), pentru fabricarea unui material compozit cu matrice metalică, prin care 15 o suprafață metalică din cupru, argint sau nichel este depusă pe particule de armare (pulbere de oxid de aluminiu sau de carbură de siliciu) prin placare neelectrică, particulele de armare, 17 acoperite cu metal cu o fracție de volum adecvată, fiind introduse în spațiul dintre două plăci metalice sau două plăci compozite cu matrice metalică (MMC), care sunt îmbinate prin 19 sudare prin frecare cu element activ rotitor (FSW), formând un metal de sudură cap la cap, ce conține particule de armare acoperite cu metal, care formează un aliaj cu legătură 21 metalurgică cu materialele de bază.
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în stabilirea unor parametri 23 caracteristici unui procedeu de lipire, care să permită realizarea de îmbinări, conform anumitor cerințe tehnice, utilizând aliaj pentru lipire de joasă temperatură și flux decapant, 25 ca materiale de adaos, având consum relativ redus de energie, și deformații minime la table sau piese de metal de bază cu grosimea de câțiva milimetri. 27
Procedeul conform invenției, de lipire prin frecare cu element activ rotitor (FSS), rezolvă această problemă tehnică prin aceea că realizează lipirea prin frecare a unui prim 29 material metalic tip tablă superioară (amplasată sus), și a unui al doilea material metalic tip tablă inferioară (amplasată jos), prin includerea între cele două table a unui material de 31 adaos (metal și flux) subțire, cu temperatură joasă de topire, și acționarea cu un element activ rotitor pe suprafața tablei superioare, în zona de contact cu materialul de adaos și cu 33 cel de-al doilea material metalic tip tablă inferioară, până la topirea metalului de adaos, și apoi răcirea zonei de joncțiune astfel formată. 35
Conform invenției, elementul activ rotitor exercită o forță de apăsare F = 10...20 kN, are o turație n = 900...1500 rot/min și se deplasează cu o viteză de avans 37 v = 50...200 mm/min, pentru o grosime a tablelor superioară și inferioară de 1..3 mm, iar materialul de adaos are o temperatură de topire de 230o...350oC și este introdus sub formă 39 de bandă, tablă sau folie între cele două table de lipit, în interiorul unui interstițiu, în cantitatea necesară umplerii interstițiului cu materialul de adaos la topirea acestuia. 41
Avantajele invenției rezultă din faptul că procedeul de lipire prin frecare cu element activ rotitor utilizează frecarea metal-metal ca sursă de căldură nepoluantă, cu efect 43 tehnologic corespunzător pentru distribuirea energiei termice pe zona de lucru, unde are loc topirea metalului de adaos, curgerea acestuia în interstițiul de lipire, urmată de solidificarea 45 metalului de adaos și de realizarea îmbinării metalelor de bază, similare sau disimilare.
RO 130621 Β1
Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:
- procedeul de lipire prin frecare cu element activ rotitor (FSS) realizează îmbinări corespunzătoare, utilizând metal de adaos pentru lipire moale, de joasă temperatură,
23O...35O°C, amplasat într-o zonă din interstițiul de îmbinare, prin aportul de energie termică al fenomenului de frecare metal-metal, ca sursă de energie adecvată cerințelor tehnice ale unui procedeu de lipire cu aliaje având temperatura de topire relativ joasă;
- procedeul realizează îmbinări corespunzătoare, prin lipire cu metal de adaos, fără supraîncălzirea pieselor de îmbinat din metale de bază și a metalului de adaos, ceea ce ar putea reduce nivelul de calitate al îmbinării, dar și randamentul energetic al procedeului de lipire;
- controlul asupra formei, dimensiunilor, aspectului, caracteristicilor tehnice și proprietățilorîmbinării prin lipire este asigurat prin: parametrii procedeului tehnologic de lipire prin frecare (forța de apăsare, turația și viteza de deplasare ale elementului activ rotitor), forma și dimensiunile pieselor sau tablelor de îmbinat; forma și dimensiunile dispozitivului de fixare a pieselor de îmbinat; concepția, forma, dimensiunile și caracteristicile tehnice ale echipamentului de îmbinare prin frecare, precum și ceilalți factori secundari sau nenominalizați care intervin în procesul de lipire prin frecare.
Prin combinarea adecvată a tuturor acestor parametri și factori se pot obține rezultate corespunzătoare ale procedeului de lipire prin frecare cu element activ rotitor, respectiv, îmbinări corespunzătoare;
- deformația pieselor de metal de bază care se îmbină prin procedeul de lipire prin frecare este neglijabilă, deoarece energia termică este distribuită în mod adecvat pentru topire, fără concentrare excesivă; pe lângă aceasta, dispozitivul de fixare a tablelor sau pieselor de îmbinat împiedică deformarea acestora;
- se pot executa corecții individuale ale fiecărui parametru, cu ponderea sa specifică asupra efectelor cumulative ale procedeului.
De asemenea, procedeul este ecologic, întrucât el nu utilizează și nu produce substanțe toxice, nici gaze cu efect de seră, în măsura în care materialele de adaos sunt ecologice.
Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu figura ce prezintă principiul procedeului de lipire prin frecare cu element activ rotitor.
Lipirea prin frecare cu element activ rotitor (autorii propun denumirea în limba engleză: „friction știr soldering, prescurtat FSS) este caracterizată în primul rând prin distribuirea energiei termice dezvoltate de procesul de frecare metal-metal pe o anumită suprafață, în jurul locului de acționare a elementului activ rotitor, în funcție de parametrii procesului, prin care are loc topirea metalului de adaos și curgerea acestuia între tablele de îmbinat, urmate de solidificarea metalului de adaos pe măsură ce elementul activ rotitor se îndepărtează de zona menționată, care se răcește, realizând o îmbinare prin lipire moale, fără topirea metalelor de bază, sub efectul unui gradient de temperatură între zona supusă frecării și zona adiacentă. în acest mod îmbinările pot fi executate practic la o temperatură joasă, cu încălzire redusă a pieselor de metal de bază, în raport cu toată masa acestora, fapt care permite ca deformațiile să fie minime. Lipirea prin frecare cu element activ rotitor (FSS) are un randament energetic relativ ridicat, deoarece căldura dezvoltată prin frecare este localizată în zona în care are loc frecarea, iar o parte din fluxul termic poate fi trecută prin metalul de adaos, înainte de a trece spre zonele adiacente ale metalelor de bază și ale dispozitivului de fixare, unde se produce disiparea căldurii, cealaltă parte din căldura produsă fiind disipată direct în mediul ambiant, de la elementul activ rotitor. Comparativ cu alte procedee, în cazul procedeului FSS este utilizată direct o sursă de căldură, fără a fi necesare transformări din alte forme de energie, ce reduc randamentul total.
RO 130621 Β1
Lipirea necesită încălzirea metalului de bază la o temperatură inferioară temperaturii 1 de topire a acestuia, dar suficientă pentru topirea metalului de adaos și curgerea acestuia în interstițiul de îmbinare, unde se produce solidificarea metalului de adaos, și se realizează 3 îmbinarea. Procedeul de frecare propus pentru realizarea lipirii îndeplinește aceste cerințe.
Având în vedere aspectele prezentate mai sus, procesul de frecare, controlat prin 5 anumiți parametri, se dovedește a fi o sursă de energie adecvată, având valoarea necesară a densității de energie pe suprafață, care asigură o distribuire corespunzătoare a energiei Ί termice în zona îmbinării prin lipire de joasă temperatură.
Energia liniară caracteristică a procedeului este relativ ridicată, în domeniul 9
1.6.. .4.8 kJ/mm, la o putere instalată mai redusă a echipamentului de îmbinare prin frecare, comparativ cu alte procedee, pentru aplicații similare. Aceasta permite un efect termic 11 adecvat și un randament energetic corespunzător, pentru executarea unorîmbinări prin lipire ale unor piese din anumite materiale (oțel, cupru, aluminiu, alamă și alte aliaje etc.), având 13 grosimea (s 1 și s2) de 1,0...3,5 mm, respectiv, având un interstițiu de îmbinare de minimum δ = 0,05...0,15 mm (ca formă de pregătire a îmbinării), care permite pătrunderea prin efect 15 de capilaritate a metalului de adaos topit, în scopul executării îmbinării prin lipire cu metal de adaos. 17
Procedeul de lipire prin frecare cu element activ rotitor prezintă un aport direct de energie termică, cu distribuire spațială adecvată, conform cerințelor specifice ale unui proces 19 de lipire, în scopul topirii și curgerii metalului de adaos în interstițiul îmbinării, pentru realizarea îmbinării. Procedeul de lipire descris nu produce temperatură mai ridicată decât 21 temperatura de topire a metalului de adaos, ceea ce ar cauza pierderi de energie și ar reduce randamentul energetic al procedeului. 23
Prin conceperea si execuția adecvată a elementului activ rotitor (scula specifică a procedeului), respectiv, a dispozitivului de fixare a pieselor de îmbinat pe masa de lucru a 25 echipamentului de frecare, precum și prin configurația corespunzătoare a pieselor de îmbinat, se poate asigura un traseu favorabil al fluxului de energie termică, astfel încât 27 acesta să treacă prin metalul de adaos care trebuie topit, în scopul executării unei lipituri corespunzătoare pe toată secțiunea transversală a interstițiului sau rostului pregătit pentru 29 îmbinare, iar pierderile de energie prin disipare în mediul ambiant să fie reduse.
Procedeul de lipire prin frecare cu element activ rotitor (FSS), conform invenției, se 31 realizează cu ajutorul unui element activ rotitor 1, care exercită o forță de apăsare (2) F de 10-20 kN, are o turație (3) n = 900...1500 rot/min și se deplasează cu viteza de avans (4) 33 vs = 50...200 mm/min, astfel încât forța de apăsare, turația și viteza de avans sunt parametrii tehnologici ai procedeului de lipire, care produc un fenomen de frecare metal-metal, ca sursă 35 locală de căldură 5 pe o tablă superioară 6 din metal de bază, de grosime 1,0...3,0 mm, suprapusă peste o tablă inferioară 7 din metal de bază, de grosime 1,0...3,0 mm, metalele 37 de bază menționate putând fi similare sau disimilare, între cele două table fiind amplasată o bandă, tablă sau folie de material de adaos 8 (metal și flux) de joasă temperatură de topire, 39
230.. .350°C, în interiorul unui interstițiu 9, astfel încât metalul de adaos se topește sub efectul fluxului termic (10) Φ, produs de sursa locală de căldură 5, realizată de fenomenul 41 de frecare, iar apoi metalul de adaos topit curge și pătrunde prin efect de capilaritate pe toată secțiunea interstițiului 9, după care are loc solidificarea metalului de adaos și realizarea 43 îmbinării prin lipire 11, pe măsură ce sursa de căldură 5, constituită de fenomenul de frecare locală, se îndepărtează de zona considerată. Astfel, procesul de lipire continuă în zona 45 următoare, pe direcția vitezei de avans, în așa fel încât în final se realizează o îmbinare prin lipire, având caracteristici mecanice corespunzătoare, fără defecte din categoriile: lipsă de 47
RO 130621 Β1 topire, lipsă de umectare, lipsă de material, sufluri, retasuri, fisuri, incluziuni etc., respectiv, fără deformați! ale pieselor de metal de bază, ceea ce este posibil datorită distribuției adecvate a fluxului termic produs de fenomenul de frecare, distribuție datorată soluției de concepere și execuție a elementului activ rotitor 1 (scula specifică a procedeului), a dispozitivului de fixare 12 a tablelor de metale de bază, precum și a pieselor din tablele 6, 7 de îmbinat.
Invenția poate fi aplicată industrial la lipirea prin frecare cu element activ rotitor, oferind o variantă tehnologică pentru realizarea îmbinărilor prin lipire cu aliaj de joasă temperatură de topire (23O...35O°C), permițând îmbunătățirea din punct de vedere calitativ a îmbinărilor, în anumite aplicații, în funcție de forma și dimensiunile pieselor de îmbinat și ale ansamblului care se execută. Stabilirea experimentală a valorilor optime ale parametrilor procedeului de lipire prin frecare este o fază a elaborării tehnologiei de fabricație în funcție de tipul și grosimea materialelor de bază, de tipul și forma de utilizare a materialului de adaos (metal și flux), precum și de celelalte cerințe ale documentației tehnice.
Aplicațiile posibile sunt mai ales în domeniile industriei electrotehnice și industriei electronice, la execuția unor piese de contact, elemente de asamblare, carcase, ecrane etc., confecționate din table de cupru, oțel, aluminiu, alamă și alte aliaje, având grosimea de 1,0...3,0 mm, respectiv, lungimea și lățimea minimă de aproximativ 10...50 mm. Valorile maxime ale lungimii și lățimii sunt limitate numai de dispozitivul de fixare necesar. Procedeul se pretează la mecanizare și automatizare, pe un echipament specializat.
Sunt posibile și anumite aplicații la execuția unor elemente de instalații de încălzire, de apă, de gaz, sanitare, frigorifice sau de climatizare, precum și la fabricarea unor obiecte decorative și ornamentale.

Claims (1)

  1. Revendicare 1
    Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor (FSS), ce realizează lipirea prin 3 frecare a unui prim material metalic tip tablă superioară (6), și a unui al doilea material metalic tip tablă inferioară (7), prin includerea între cele două table (6, 7) a unui material de 5 adaos (8) tip metal și flux subțire, cu temperatură joasă de topire, și acționarea cu un element activ rotitor (1) pe suprafața tablei superioare (6), în zona de contact cu materialul 7 de adaos (8) și cu cel de-al doilea material metalic tip tablă inferioară (7), până la topirea materialului de adaos (8), și apoi răcirea zonei de joncțiune astfel formată, caracterizat prin 9 aceea că elementul activ rotitor (1) exercită o forță de apăsare F = 10...20 kN, are o turație n = 900...1500 rot/min, și se deplasează cu o viteză de avans v = 50...200 mm/min, pentru 11 o grosime a tablelor superioară (6) și inferioară (7) de 1,0..3,0 mm, iar materialul de adaos (8) are o temperatură de topire de 230°...350°C, și este introdus sub formă de bandă, tablă 13 sau folie între cele două table (6 și 7) de lipit, în interiorul unui interstițiu (9), în cantitatea necesară umplerii interstițiului (9) cu materialul de adaos (8) la topirea acestuia, urmată de 15 realizarea îmbinării prin lipire (11).
RO201400254A 2014-04-02 2014-04-02 Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor () RO130621B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201400254A RO130621B1 (ro) 2014-04-02 2014-04-02 Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor ()

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201400254A RO130621B1 (ro) 2014-04-02 2014-04-02 Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor ()

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO130621A2 RO130621A2 (ro) 2015-10-30
RO130621B1 true RO130621B1 (ro) 2019-11-29

Family

ID=54344758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201400254A RO130621B1 (ro) 2014-04-02 2014-04-02 Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor ()

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO130621B1 (ro)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107309564B (zh) * 2017-08-03 2020-02-18 常州工学院 一种用于钢-铝异种金属热致搅拌摩擦点钎焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
RO130621A2 (ro) 2015-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102699535B (zh) 镁与钢异种金属超音频脉冲激光熔钎焊接焊丝及焊接方法
CN107999916B (zh) 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法
CN103934584B (zh) 一种适于铝钢异种材料搭接的钎焊辅助搅拌摩擦焊方法
Zhang et al. Study on welding–brazing of copper and stainless steel using tungsten/metal gas suspended arc welding
US9289842B2 (en) Structure and method of bonding copper and aluminum
CN104191057A (zh) 一种多孔金属基体复合钎料合金钎焊接头的制备方法
JP2016537201A5 (ro)
CN105643138B (zh) 不同材料的瞬态液相连接
CN102528243A (zh) 钛-铝异种合金tig电弧预热的电弧熔钎焊焊接方法
US9452490B2 (en) Method for connecting different types of metallic joining partners using a radiation source
CN102145420A (zh) 一种异种合金激光深熔钎焊方法
CN103639589B (zh) 一种铝-钢放热焊接方法
CN101885095B (zh) 镁合金的粉末介质扩散反应电阻钎焊方法
CN102091873A (zh) 在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法
KR101869523B1 (ko) 분말 및 포일을 이용한 재료 용착
CN102601527A (zh) 一种镁基复合材料焊接方法
CN102528286A (zh) 一种合金元素调控镁/钢焊接方法
MY144422A (en) Microwave brazing process
CN107297569B (zh) 一种钛铜异质金属接头焊接方法
US10576565B2 (en) Laser welding of copper with reaction materials
CN102974925A (zh) 一种通过tig电弧协同加热优化铝/钢mig钎焊接头方法
KR20120031857A (ko) 이종재 접합방법
RU2016125308A (ru) Способ изготовления заготовки для режущего инструмента и соответствующая заготовка
RO130621B1 (ro) Procedeu de lipire prin frecare cu element activ rotitor ()
RU2016125309A (ru) Способ изготовления заготовки для режущего инструмента и соответствующая заготовка