RU2025236C1

RU2025236C1 - Method of making laminate panels

Info

Publication number: RU2025236C1
Authority: RU
Inventors: Р.В. Сафиуллин; О.А. Руденко; Р.Я. Лутфуллин
Original assignee: Институт проблем сверхпластичности металлов РАН
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: metal forming. SUBSTANCE: method of making panels comprises steps of assembling sheet blanks to a pack, mutually joining them by welding according to a predetermined pattern, and also joining them with reinforcing members, placing between envelopes, heating up to a superductility temperature and forming by feeding pressure between the sheets of a filler till formation of panel cells by these sheets and by the reinforcing members. The filler is being assembled of four sheets at sustaining their total thickness. Inner sheets are being mutually joined by welding, outer sheets are being pressed to the inner sheets, for example by vacuumizing the space between them. A diameter of s center of a welded joint of the inner sheets of the filler is being selected, equal to a thickness of a rib of the panel. EFFECT: enhanced quality of panels. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и диффузионной сварки и может быть использовано для изготовления методом совмещенной сверхпластической формовки и диффузионной сварки сложнопрофильных изделий типа панелей. The invention relates to the field of metal forming and diffusion welding and can be used for fabrication by the method of combined superplastic molding and diffusion welding of complex products such as panels.

Известен способ изготовления панелей, при котором изготавливают пакет из двух сверхпластичных листовых заготовок, пакет сваривают по контуру с установкой внутрь газопроводящего трубопровода. Соединяют листы пакета прерывистой сваркой и устанавливают его между листами обшивок в штамп. После нагрева штампа до температуры сверхпластичности подают инертный газ между листами пакета. Заполняя пакет, газ формообразует ячейки, которые, встречаясь друг с другом и листами обшивок, диффузионно свариваются, образуя единую монолитную конструкцию. Способ является наиболее распространенным по своей простой и нетрудоемкой технологии. Наряду с преимуществами способ имеет существенный недостаток, заключающийся в утонении стенок наполнителя в угловой и околошовной зонах, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик панели. Особенно значительно утонение в околошовной зоне, вызванное необходимостью огибать наполнителю недеформирующийся сварной шов. A known method of manufacturing panels, in which a package is made of two superplastic sheet blanks, the package is welded along the circuit with the installation inside the gas pipeline. Connect the sheets of the package by intermittent welding and install it between the sheets of plating in a stamp. After heating the stamp to a superplastic temperature, an inert gas is supplied between the sheets of the bag. Filling the bag, the gas forms cells, which, meeting with each other and the sheathing sheets, are diffusion welded to form a single monolithic structure. The method is the most common in its simple and time-consuming technology. Along with the advantages, the method has a significant drawback, namely, thinning the walls of the filler in the corner and heat-affected zones, which leads to a deterioration in the operational characteristics of the panel. Particularly significant is the thinning in the heat-affected zone caused by the need to bend around the filler a non-deformable weld.

За прототип выбран способ изготовления панелей, при котором изготавливают пакет наполнителя из двух сверхпластичных листовых заготовок, соединяют сваркой по определенному рисунку между собой и с армирующими элементами в виде дополнительных полосок металла, помещают в штамп между листами обшивок, нагревают до температуры сверхпластичности и формуют подачей инертного газа в полость наполнителя до образования наполнителем и дополнительными полосками ячеек, и диффузионной сварки контактирующих поверхностей. Применение дополнительных полосок позволяет уменьшить утонение наполнителя в угловой зоне ячеек и усилить ребра панелей. For the prototype, a method of manufacturing panels was chosen, in which a filler bag is made of two superplastic sheet blanks, welded together according to a specific pattern with each other and with reinforcing elements in the form of additional metal strips, placed in a stamp between the sheathing sheets, heated to a superplasticity temperature and formed by applying an inert gas into the cavity of the filler to the formation of filler and additional strips of cells, and diffusion welding of the contacting surfaces. The use of additional strips allows to reduce the thinning of the filler in the corner zone of the cells and to strengthen the edges of the panels.

Недостатки способа - повышение трудоемкости изготовления изделия, пониженный коэффициент использования материала, обусловленные изготовлением и установкой дополнительных полос, невозможность получения качественного диффузионного соединения в месте контакта дополнительных полос с листами обшивок, а также сохранение утонения в околошовной зоне, где развиваются максимальные деформации, которое наиболее значительно снижает прочность панели и может привести к прорыву листов наполнителя на стадии изготовления панели. The disadvantages of the method are the increased complexity of manufacturing the product, the reduced coefficient of use of the material due to the manufacture and installation of additional strips, the inability to obtain high-quality diffusion joints at the contact point of the additional strips with the sheathing sheets, as well as the preservation of thinning in the heat-affected zone, where maximum deformations develop, which is most significant reduces the strength of the panel and can lead to breakthrough of the filler sheets at the stage of manufacture of the panel.

Цель изобретения - повышение качества, снижение трудоемкости и расхода материала. The purpose of the invention is improving quality, reducing the complexity and consumption of material.

Для достижения этой цели в способе получения панелей, при котором листовые заготовки наполнителя собирают в пакет, соединяют между собой по определенному рисунку, а также соединяют с армирующими элементами, устанавливают между обшивками, нагревают до температуры сверхпластичности и производят формовку путем подачи давления между листами наполнителя до образования последними и армирующими элементами ячеек панели, в отличие от прототипа, наполнитель собирают из четырех листов. По определенному рисунку соединяют внутренние листы наполнителя, а внешние листы прижимают к внутренним, например вакуумируя пространство между ними. Рекомендуется диаметр ядра сварного соединения внутренних листов наполнителя выбирать равным толщине ребра панели. Повышение качества достигается за счет усиления ребра панели. Прототип, также предусматривает усиление ребра панели за счет дополнительных полосок металла, свариваемых совместно с листами наполнителя, но в процессе формовки дополнительным полоскам, как и наполнителю, также необходимо огибать сварной шов, что приводит к их совместному утонению. Таким образом способ-прототип не решает полностью поставленную задачу. В предлагаемом решении свариваются только внутренние листы наполнителя, а внешние листы, накладываемые на внутренние без сварного соединения, в процессе формовки заполняют пространство над сварным швом, устраняя при этом необходимость внутренним листам огибать шов, что приводит к полной ликвидации утонений. С целью дальнейшего повышения качества изготовления панелей рекомендуется подбирать режим сварки такой, чтобы ядро сварного соединения было равно толщине ребра панели. Учитывая, что ребро панели складывается из двух толщин листов наполнителя, с учетом его деформации, можно записать условие связывающее диаметр сварного ядра с толщиной листов наполнителя в виде:
d_я = 2 δ_н (1- ε ), (1) где d_я - диаметр ядра сварного соединения,
δ_н - толщина заготовки наполнителя;
ε- деформация наполнителя.To achieve this goal, in a method for producing panels, in which the sheet blanks of the filler are assembled into a bag, connected to each other according to a certain pattern, and also connected to reinforcing elements, installed between the skin, heated to a superplastic temperature and molding by applying pressure between the sheets of filler to the formation of the last and reinforcing elements of the panel cells, in contrast to the prototype, the filler is collected from four sheets. According to a certain pattern, the inner sheets of the filler are connected, and the outer sheets are pressed against the inner, for example by vacuuming the space between them. It is recommended that the core diameter of the welded joint of the inner filler sheets be chosen equal to the thickness of the panel edge. Improving the quality is achieved by reinforcing the edges of the panel. The prototype also provides for reinforcing the edges of the panel due to additional strips of metal welded together with the filler sheets, but in the process of forming additional strips, like the filler, it is also necessary to bend around the weld, which leads to their joint thinning. Thus, the prototype method does not solve the complete task. In the proposed solution, only the inner sheets of the filler are welded, and the outer sheets, superimposed on the inner without a welded joint, fill the space above the weld during the molding process, eliminating the need for the inner sheets to bend around the seam, which leads to the complete elimination of thinning. In order to further improve the quality of panel manufacturing, it is recommended to select a welding mode such that the core of the welded joint is equal to the thickness of the panel edge. Given that the edge of the panel is composed of two thicknesses of the filler sheets, taking into account its deformation, we can write the condition connecting the diameter of the welded core with the thickness of the filler sheets in the form:
d _i = 2 δ _n (1- ε), (1) where d _i is the diameter of the core of the welded joint,
δ _n - the thickness of the filler blank;
ε- deformation of the filler.

В случае когда длина ячейки много больше ее ширины:
ε = 1 -

В случае квадратных ячеек:
ε = 1 -

, где ε_i - линейная деформация наполнителя
ε_l = ln

1+

где Н - высота панели;
В - ширина панели.In the case when the cell length is much larger than its width:
ε = 1 -

In the case of square cells:
ε = 1 -

where ε _i is the linear deformation of the filler
ε _l = ln

1+

where H is the height of the panel;
B is the width of the panel.

Для получения достаточно надежного сварного соединения, в случае использования наиболее распространенных способов сварки, таких как аргонно-дуговая и электроконтактная, при минимальных затратах энергии, необходимо, чтобы диаметр ядра сварного соединения был равен 2 - 3 толщинам свариваемых листов:
d_я = k δ_внутр, (2) где δ_внутр - толщина внутреннего листа;
k = 2 - 3 - коэффициент.To obtain a sufficiently reliable welded joint, in the case of using the most common welding methods, such as argon-arc and electric contact, with minimal energy consumption, it is necessary that the diameter of the core of the welded joint be equal to 2 to 3 thicknesses of the sheets to be welded:
d _i = k δ _int , (2) where δ _int is the thickness of the inner sheet;
k = 2 - 3 is the coefficient.

Находя из условия (2) толщину внутреннего листа, определяем толщину внешнего, как разность между заданной толщиной наполнителя и толщиной внутреннего листа. При соблюдении приведенных условий возможно получение панелей с ребрами постоянной толщины. Finding from condition (2) the thickness of the inner sheet, we determine the thickness of the outer, as the difference between the specified thickness of the filler and the thickness of the inner sheet. Subject to the above conditions, it is possible to obtain panels with ribs of constant thickness.

Данный способ позволяет снизить трудоемкость изготовления панели, так как отпадает необходимость изготавливать, точно устанавливать и сваривать дополнительные армирующие элементы, повысить коэффициент использования материала, так как не предусматривается применение дополнительного металла, а повышение качества достигается за счет перераспределения металла самого наполнителя. Применение наполнения из более тонких листов, у которых в состоянии поставки выше качество исходной структуры, положительно влияет на процесс формообразования панели и образование диффузионного соединения. This method allows to reduce the complexity of manufacturing the panel, since there is no need to manufacture, accurately install and weld additional reinforcing elements, to increase the utilization of the material, since the use of additional metal is not provided, and the improvement of quality is achieved due to the redistribution of the metal of the filler itself. The use of filling from thinner sheets, in which the quality of the initial structure is higher in the delivery state, positively affects the process of forming the panel and the formation of a diffusion compound.

При просмотре источников научно-технической и патентной литературы решений со сходными признаками обнаружено не было. When viewing the sources of scientific, technical and patent literature, solutions with similar characteristics were not found.

Известно использование дополнительных листов при изготовлении трехслойных панелей, но эти листы расположены над листами обшивки и служат для борьбы с характерными для трехслойных панелей дефектами утяжинами в местах соединения обшивки с наполнителем или для упрощения оснастки. В предлагаемом решении дополнительные листы помещаются на наполнитель и являются его частью, не изменяя заданную толщину, и решают новую задачу - уменьшение утонения в околошовной и угловых зонах ячеек наполнителя без снижения коэффициента использования материала и усложнения технологического процесса. It is known to use additional sheets in the manufacture of three-layer panels, but these sheets are located above the sheathing sheets and serve to combat the characteristic weights characteristic for three-layer panels at the joints of the sheathing with the filler or to simplify the equipment. In the proposed solution, additional sheets are placed on the filler and are part of it, without changing the specified thickness, and solve a new problem - reducing thinning in the heat-affected zone and corner zones of the filler cells without reducing the utilization of the material and complicating the process.

На фиг.1 представлена установка, поясняющая способ изготовления панели; на фиг.2 - устранение утонения в околошовной зоне. Figure 1 presents the installation explaining the method of manufacturing the panel; figure 2 - the elimination of thinning in the heat-affected zone.

Оснастка состоит из верхней 1 и нижней 2 частей штампа, к которым крепятся силовые плиты 3 и 4. Трубопроводы 5 и 6 предназначены для продува полости штампа 7 инертным газом. Через трубопровод 8 подводится давление между внутренними листами наполнителя 9 и 10. Вакуум между внутренними и внешними листами 11 и 12 наполнителя откачивается через трубопровод 13 и 14. Листы наполнителя устанавливают между листами обшивок 15 и 16 через прокладные элементы 17 и 18. На фиг.2 иллюстрируется достигаемый эффект в области сварного ядра 19 и зоне термического влияния 20. The equipment consists of the upper 1 and lower 2 parts of the stamp, to which the power plates 3 and 4 are attached. Pipelines 5 and 6 are designed to purge the cavity of the stamp 7 with inert gas. Through the pipe 8, pressure is supplied between the inner sheets of the filler 9 and 10. The vacuum between the inner and outer sheets 11 and 12 of the filler is pumped out through the pipe 13 and 14. The sheets of filler are installed between the sheets of the casing 15 and 16 through the gasket elements 17 and 18. In figure 2 illustrates the achieved effect in the region of the weld core 19 and the heat-affected zone 20.

Способ осуществляется следующим образом. Листовые заготовки внутренних листов наполнителя 9 и 10 собирают в пакет соединяют сваркой между собой по заданному рисунку, затем на внутренние листы накладывают внешние 11 и 12 и устанавливают между обшивками 15 и 16, откачивают вакуум между внутренними и внешними листами наполнителя и производят формовку подачей давления инертного газа между внутренними листами. На стадии огибания наполнителем (фиг. 2) сварного ядра 19 развиваются максимальные деформации, чему способствует локализация их в зоне термического влияния сварного соединения 20. Наличие между внутренними листами 9, 10 внешних листов 11 и 12 предотвращает огибание наполнителем сварного ядра и препятствует, таким образом, возникновению утонений, что при соблюдении условия (1) позволяет получать панели с ребрами постоянной толщины. Применение составного наполнителя из тонких листов, с более качественной исходной структурой, способствует созданию условий, положительно влияющих на процесс формообразования ячеек, что также позволяет значительно уменьшить утонение в угловых зонах ячеек. Вышесказанное позволяет сделать вывод, что проблема, связанная с устранением утонений наполнителя, практически решается полностью. The method is as follows. The sheet blanks of the inner sheets of filler 9 and 10 are assembled into a bag connected by welding according to a given pattern, then the outer sheets 11 and 12 are applied to the inner sheets and installed between the casing 15 and 16, the vacuum is pumped out between the inner and outer sheets of the filler and molding is performed by applying an inert pressure gas between the inner sheets. At the stage of enveloping the filler (Fig. 2) of the weld core 19 maximum deformations develop, which helps to localize them in the heat affected zone of the welded joint 20. The presence of outer sheets 11 and 12 between the inner sheets 9, 10 prevents the filler from bending around the weld core and thus prevents , the occurrence of thinning, which, subject to condition (1), allows obtaining panels with ribs of constant thickness. The use of a composite filler of thin sheets, with a better initial structure, helps to create conditions that positively affect the process of cell formation, which also can significantly reduce thinning in the corner zones of the cells. The above allows us to conclude that the problem associated with the elimination of thinning of the filler is almost completely solved.

П р и м е р. Изготавливают многослойную панель из титанового сплава ОТ4-1 высотой 20 мм, шириной ячейки 40 мм, суммарной толщиной наполнителя 0,8 мм. Из условия (1) определяют необходимый диаметр ядра сварного соединения, который равен 0,82 мм, из условия (2) определяется толщина внутреннего листа наполнителя - 0,27 мм, толщина внешнего листа равна - 0,53 мм. Выбираем наиболее близкие по толщине листы из имеющихся в сортаменте - внутренний лист 0,3 мм, внешний - 0,5 мм. Листовые заготовки внутренних листов наполнителя 9, 10 соединяют между собой электроконтактной сваркой в определенных местах, с обоих сторон накладывают внешние листы 11 и 12. После этого пакет герметизируют по контуру с установкой внутрь трубопроводов, между внутренними листами 9 и 10 - трубопровод 8, между внутренним листом 9 и внешним 11 - трубопровод 13, между внутренним листом 10 и внешним 12 - трубопровод 14. Устанавливают пакет наполнителя между обшивками 15 и 16 через прокладные элементы 17 и 18 в штамп. Лист верхней обшивки зажимают между верхней 1 и нижней 2 частями штампа, нагревают до 860^оС, в процессе нагрева продувают полость штампа 7 аргоном через трубопроводы 5, 6 давлением 0,03 атм для удаления воздуха и удержания листа верхней обшивки от провисания, одновременно откачивают вакуум через трубопроводы 13 и 14. По окончании нагрева формуют наполнитель подавая давление 20 атм через трубопровод 8. После формообразования ячеек производят диффузионное соединение контактирующих поверхностей, охлаждают и извлекают готовую панель из оснастки.PRI me R. A multilayer panel is made of OT4-1 titanium alloy with a height of 20 mm, a cell width of 40 mm, and a total filler thickness of 0.8 mm. From condition (1), the required diameter of the core of the welded joint is determined, which is 0.82 mm, from condition (2), the thickness of the inner filler sheet is determined to be 0.27 mm, and the thickness of the outer sheet is 0.53 mm. We select the sheets that are closest in thickness from those available in the assortment - the inner sheet is 0.3 mm, the outer - 0.5 mm. Sheet blanks of the inner sheets of the filler 9, 10 are interconnected by electric welding in certain places, on both sides the outer sheets 11 and 12 are applied. After that, the bag is sealed along the circuit with installation inside the pipelines, between the inner sheets 9 and 10 - the pipe 8, between the inner sheet 9 and external 11 - pipe 13, between the internal sheet 10 and external 12 - pipe 14. Install a package of filler between the casing 15 and 16 through the gasket elements 17 and 18 in the stamp. Upper cladding sheet 1 is clamped between the upper and lower parts of the die 2 heated to 860 ^{° C,} in the process of heating the die cavity 7 purged with argon through conduits 5, 6 a pressure of 0.03 atm for air removal and retention of the top sheet from sagging skin, simultaneously evacuated vacuum through pipelines 13 and 14. At the end of heating, the filler is molded by applying a pressure of 20 atm through piping 8. After forming the cells, the contact surfaces are diffusely connected, cooled, and the finished panel is removed from the tooling.

Применение предлагаемого способа изготовления панелей позволяет значительно повысить качество изготовления панели, увеличить коэффициент использования металла, а также снизить трудоемкость процесса изготовления по сравнению с прототипом в 1,54 раза и снизить себестоимость на 35%. The application of the proposed method of manufacturing panels can significantly improve the quality of manufacture of the panel, increase the utilization of metal, as well as reduce the complexity of the manufacturing process compared to the prototype 1.54 times and reduce the cost by 35%.

Claims

1. METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-LAYERED PANELS, in which the filler sheets are assembled into a bag, connected by welding according to a certain pattern, as well as with reinforcing elements, installed between the casing, heated to a superplasticity temperature and formed by creating pressure between the filler sheets to form the latter, as well as reinforcing elements of panel cells, characterized in that, in order to improve quality, reduce the complexity and consumption of material, the filler is collected from four sheets while maintaining it given total thickness, wherein the combined welding only the inner sheet and the outer sheet is pressed against the inner.

2. The method according to claim 1, characterized in that the diameter of the core of the welded joint of the inner sheets of the filler is equal to the thickness of the edges of the panel.