RU174354U1

RU174354U1 - Stir friction welding tool

Info

Publication number: RU174354U1
Application number: RU2016145659U
Authority: RU
Inventors: Игорь Васильевич Высоцкий; Сергей Сергеевич Малофеев; Дамир Вагизович Тагиров; Рустам Оскарович Кайбышев
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-10-11

Abstract

Полезная модель инструмент для сварки трением с перемешиванием относится к области сварки трением с перемешиванием.Инструмент состоит из держателя, заплечиков и штыря. Заплечики зафиксированы в держателе посредством упора своим основанием в рабочую поверхность держателя, а также винтом, вкрученным в боковую часть держателя и упирающимся в паз на боковой поверхности заплечиков, а штырь закреплён в заплечиках с помощью штифта, установленного в соосно совмещённые, сквозные отверстия штыря и заплечиков.Предложенная полезная модель за счет конструктивного исполнения позволит обеспечить сохранение точных размерных соотношений высоты штыря относительно заплечиков при частой смене штыря без дополнительной калибровки.A useful model is a friction stir welding tool in the field of stir friction welding. The tool consists of a holder, shoulders and a pin. The shoulders are fixed in the holder by means of an abutment with their base on the working surface of the holder, as well as by a screw screwed into the side of the holder and resting on the groove on the side surface of the shoulders, and the pin is fixed in the shoulders with a pin installed in the coaxially aligned through holes of the pin and shoulders . The proposed utility model, due to the design, will ensure the preservation of accurate dimensional ratios of the height of the pin relative to the shoulders with frequent change of the pin without additional oh calibration.

Description

Полезная модель относится к области сварки трением с перемешиванием. The utility model relates to the field of friction stir welding.

Из уровня техники известен составной инструмент для сварки трением с перемешиванием (US 7357292 B2, опубл. 1504. 2008), состоящий из трёх частей: держателя, заплечиков и штыря, представляющих собой отдельные части, имеющие конусовидный выступ с одной стороны. Для того чтобы получить непосредственно рабочий инструмент, каждую последующую часть вбивают в предыдущую, то есть заплечики вбивают в держатель, а штырь, в свою очередь, вбивают в заплечики.The prior art compound tool for friction stir welding (US 7357292 B2, publ. 1504. 2008), consisting of three parts: holder, shoulders and pin, which are separate parts having a conical protrusion on one side. In order to get a working tool directly, each subsequent part is driven into the previous one, that is, the shoulders are driven into the holder, and the pin, in turn, is driven into the shoulders.

Недостатком представленного инструмента является фиксация составных частей только посредством силы трения, что может привести к их проскальзыванию во время сварки. При частой смене штыря и заплечиков в посадочных местах держателя и заплечиков могут появляться задиры, которые потребуют шлифовки и изменения геометрии составных частей инструмента. Также при таком способе фиксации невозможно обеспечить точность посадки штыря (высоты нижнего края штыря относительно заплечиков), так что при каждой его смене придётся проводить дополнительную калибровку. The disadvantage of this tool is the fixation of the components only by means of friction, which can lead to their slipping during welding. With frequent changes of the pin and shoulders in the seats of the holder and shoulders, scoring may occur, which will require grinding and changing the geometry of the component parts of the tool. Also, with this method of fixation, it is impossible to ensure the accuracy of the pin landing (the height of the lower edge of the pin relative to the shoulders), so that with each change it will have to carry out additional calibration.

Известен инструмент для сварки трением с перемешиванием (RU № 109033, опубл. 10.10.2011), содержащий держатель и исполнительный блок в виде заплечика и штыря. На рабочем конце держателя выполнена полость, в которой размещена цанга со штырем, установленным соосно цанге и зафиксированным в цанге двумя штифтами, при этом цанга закреплена в держателе накидной гайкой, навинчиваемой по резьбе на рабочий конец держателя, причем на торце накидной гайки, обращенном к зоне сварки, выполнен заплечик.A known tool for friction welding with stirring (RU No. 109033, publ. 10.10.2011), containing the holder and the Executive unit in the form of a shoulder and a pin. A cavity is made at the working end of the holder, in which a collet is placed with a pin mounted coaxially to the collet and two pins fixed in the collet, while the collet is fixed in the holder with a union nut screwed onto the working end of the holder, and at the end of the union nut facing the zone welding, shoulder made.

Недостатком указанного инструмента является принципиальная невозможность работать в двух направлениях вращения (то есть по часовой и против часовой стрелки), что бывает необходимо при решении практических задач. Это обусловлено тем, что вращение в сторону, противоположную закручиванию гайки, на рабочем конце которой сделаны заплечики, приведёт к раскручиванию гайки и выпадению штыря, то есть к разрушению инструмента в процессе сварки. К тому же указанный недостаток крепления приведёт к потере размерного соотношения высоты штыря относительно заплечиков при замене штыря или даже в процессе сварки, что ведёт к неизбежной трудоёмкой калибровке инструмента после каждого сварного шва или после каждой замены штыря, для получения сравнимого уровня механических характеристик. The disadvantage of this tool is the fundamental inability to work in two directions of rotation (that is, clockwise and counterclockwise), which is necessary when solving practical problems. This is due to the fact that rotation in the direction opposite to the tightening of the nut, on the working end of which the shoulders are made, will lead to the unscrewing of the nut and loss of the pin, that is, to the destruction of the tool during welding. In addition, the indicated lack of attachment will lead to a loss in the dimensional ratio of the height of the pin relative to the shoulders when replacing the pin or even during the welding process, which leads to the inevitable time-consuming calibration of the tool after each weld or after each replacement of the pin, to obtain a comparable level of mechanical characteristics.

Задачей предлагаемой полезной модели является создание инструмента, позволяющего обеспечить сохранение точных размерных соотношений высоты штыря относительно заплечиков при частой смене штыря без дополнительной калибровки. The objective of the proposed utility model is to create a tool that allows you to maintain accurate dimensional relationships of the height of the pin relative to the shoulders with frequent change of the pin without additional calibration.

Задача решается с помощью предлагаемого инструмента для сварки трением с перемешиванием, состоящего из держателя, заплечиков и штыря, причём заплечики зафиксированы в держателе посредством упора своим основанием в рабочую поверхность держателя, а также винтом, вкрученным в боковую часть держателя и упирающимся в паз на боковой поверхности заплечиков, а штырь закреплён в заплечиках с помощью штифта, установленного в соосно совмещённые сквозные отверстия штыря и заплечиков.The problem is solved using the proposed tool for friction stir welding, consisting of a holder, shoulders and a pin, and the shoulders are fixed in the holder by abutting with their base on the working surface of the holder, as well as by a screw screwed into the side of the holder and resting in a groove on the side surface shoulders, and the pin is fixed in the shoulders with a pin installed in coaxially aligned through holes of the pin and shoulders.

Таким образом, поставленная задача решена с помощью предлагаемой полезной модели - инструмента для сварки трением с перемешиванием, позволяющего сохранять точное соотношение положения рабочей части штыря относительно рабочей части заплечиков при замене штыря без дополнительной калибровки.Thus, the task is solved using the proposed utility model - a friction stir welding tool that allows you to maintain the exact ratio of the position of the working part of the pin relative to the working part of the shoulders when replacing the pin without additional calibration.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена общая схема инструмента для сварки трением с перемешиванием;In FIG. 1 shows a general diagram of a friction stir welding tool;

на фиг. 2 представлено сечение держателя и винта;in FIG. 2 shows a section of a holder and a screw;

на фиг. 3 показано сечение заплечиков, штыря и штифта в сборе.in FIG. Figure 3 shows a cross section of the shoulders, pin, and pin assembly.

Инструмент для сварки трением с перемешиванием состоит из держателя 1, винта 2, штыря 3, заплечиков 4 и штифта 5.A stir friction welding tool consists of a holder 1, a screw 2, a pin 3, a shoulder 4 and a pin 5.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Инструмент для сварки трением с перемешиванием должен быть функциональным, то есть должна быть обеспечена возможность замены и использования различных комбинаций рабочих частей инструмента (штыря 3 и заплечиков 4); простым в эксплуатации, то есть замена рабочих частей не должна вызывать трудностей у персонала и исключать возможные повреждения отдельных частей инструмента в процессе замены; а также обладать высокой надёжностью, под которой понимается достаточная фиксация рабочих частей инструмента для сварки трением с перемешиванием, исключающая проскальзывание или усадку инструмента в процессе сварки.The tool for friction stir welding should be functional, that is, it must be possible to replace and use various combinations of the working parts of the tool (pin 3 and shoulders 4); easy to operate, that is, the replacement of working parts should not cause difficulties for personnel and exclude possible damage to individual parts of the tool during the replacement process; and also have high reliability, which means sufficient fixation of the working parts of the tool for friction stir welding, eliminating slipping or shrinkage of the tool during welding.

Для этого инструмент выполняется в виде трёх отдельных частей, соединяемых между собой: держателя 1 цилиндрической формы, имеющего на боковой поверхности прямоугольный вырез 6, посредством которого происходит фиксация инструмента в конусе сварочной машины, заплечиков 4, фиксируемых в держателе посредством винта 2, и штыря 3, фиксируемого в заплечиках штифтом 5. При этом в держателе 1 проделано сквозное отверстие 14, которое, при необходимости, можно использовать для извлечения штыря 3 и заплечиков 4, а также, при необходимости, для подвода хладагента (при условии изменения конструкции заплечиков 4).For this, the tool is made in the form of three separate parts, interconnected: a holder 1 of a cylindrical shape having a rectangular cutout 6 on the side surface, by means of which the tool is fixed in the cone of the welding machine, the shoulders 4 are fixed in the holder by means of a screw 2, and a pin 3 fixed in the shoulders with a pin 5. At the same time, a through hole 14 is made in the holder 1, which, if necessary, can be used to remove the pin 3 and shoulders 4, and also, if necessary, to supply coolant Ghent (assuming changes shoulders structure 4).

Заплечики 4 опираются основанием 15 непосредственно на рабочую поверхность 13 держателя 1. Так как в процессе сварки трением с перемешиванием прижимная сила, действующая на инструмент по нормали, может достигать нескольких тонн, то этого вполне хватит для надёжной фиксации заплечиков 4. Для полного исключения проскальзывания заплечиков 4 во время сварки, а также надежной фиксации в процессе сборки инструмента, производится их закрепление винтом 2, вкручивающимся в отверстие 12, расположенное на боковой поверхности нижней части держателя 4 и упирающегося в паз 9, вырезанный на боковой поверхности заплечиков 4. Такая конструкция позволит легко произвести замену заплечиков 4 простым откручиванием винта 2. The shoulders 4 are supported by the base 15 directly on the working surface 13 of the holder 1. Since the clamping force acting on the tool normally can reach several tons during friction stir welding, this is quite enough for reliable fixing of the shoulders 4. To completely prevent slipping of the shoulders 4 during welding, as well as reliable fixation during the assembly of the tool, they are secured with a screw 2, screwed into the hole 12, located on the side surface of the lower part of the holder 4 and which extends into a groove 9 cut on the side surface of the shoulders 4. This design will make it easy to replace the shoulders 4 by simply loosening the screw 2.

Известно, что даже небольшое изменение высоты штыря по отношению к заплечикам может повлечь за собой существенное уменьшение прочностных свойств сварного соединения, а также повлиять на появление дефектов в получаемых швах [R.S. Mishra, Z.Y. Ma, Friction stir welding and processing, Materials Scince and Engineering R 2005, v.50, pp. 1-78]. На производстве может потребоваться частая замена штыря, обусловленная изменением толщины соединяемых деталей или необходимостью устранения выходных отверстий в шве. Поэтому для соблюдения точности размерных соотношений при частой смене штыря 3 применяется штифт 5, который жёстко фиксирует штырь 3 в заплечиках 4 при соосном совмещении сквозных отверстий 7 и 10. Причём длина штифта 5 выбирается так, чтобы он не выступал за боковую поверхность заплечиков 4. Такой механизм крепления штыря 3 позволяет не только быстро поменять его, но также исключить усадку относительно заплечиков 4 в момент сварки под действием высоких значений прижимной силы.It is known that even a small change in the height of the pin relative to the shoulders can entail a significant decrease in the strength properties of the welded joint, as well as affect the appearance of defects in the resulting welds [R.S. Mishra, Z.Y. Ma, Friction stir welding and processing, Materials Scince and Engineering R 2005, v. 50, pp. 1-78]. In production, frequent replacement of the pin may be necessary due to a change in the thickness of the parts to be connected or the need to eliminate outlet openings in the seam. Therefore, to maintain dimensional accuracy with frequent change of pin 3, pin 5 is used, which firmly fixes pin 3 in shoulders 4 when the through holes 7 and 10 are aligned coaxially. Moreover, the length of pin 5 is chosen so that it does not protrude beyond the side surface of the shoulders 4. Such the fixing mechanism of the pin 3 allows not only to quickly change it, but also to eliminate shrinkage relative to the shoulders 4 at the time of welding under the action of high values of clamping force.

Геометрия непосредственно рабочих частей 11 заплечиков 4 и рабочих частей 8 штыря 3 определяется исходя из конкретных производственных задач.The geometry of the working parts 11 of the shoulders 4 and the working parts 8 of the pin 3 is determined directly based on specific production tasks.

Таким образом, предложенная полезная модель за счет конструктивного исполнения позволит обеспечить сохранение точных размерных соотношений высоты штыря относительно заплечиков при частой смене штыря без дополнительной калибровки.Thus, the proposed utility model, due to the design, will ensure the preservation of accurate dimensional ratios of the height of the pin relative to the shoulders with frequent change of the pin without additional calibration.

Claims

A friction stir welding tool comprising a holder, shoulders and a pin, characterized in that the shoulders are fixed in the holder by abutting with their base against the working surface of the holder and a screw screwed into the side of the holder and resting in a groove on the side surface of the shoulders, and the pin is fixed in the shoulders with the help of a pin installed in the coaxially aligned through holes of the pin and shoulders.