RU2247639C1 - Method for friction welding of aluminum alloy butt joints - Google Patents
Method for friction welding of aluminum alloy butt joints Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247639C1 RU2247639C1 RU2003115625/02A RU2003115625A RU2247639C1 RU 2247639 C1 RU2247639 C1 RU 2247639C1 RU 2003115625/02 A RU2003115625/02 A RU 2003115625/02A RU 2003115625 A RU2003115625 A RU 2003115625A RU 2247639 C1 RU2247639 C1 RU 2247639C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- tool
- butt
- welding
- opening
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в стыковых соединениях алюминиевых сплавов, имеющих низкую свариваемость.The invention relates to the field of welding and can be used in butt joints of aluminum alloys having low weldability.
Известен способ сварки трением цилиндрических деталей (W.M.Thomas, E.D.Nicholas, E.R.Watts and D.G.Staines. Friction Based Welding Technology for Aluminium. Materials Science Forum Vols. 396-402 (2002) pp. 1543-1548. 2002. Trans Tech Pablications, Switzerland. Fig.1a). Соединяемые детали располагают так, чтобы обеспечить сухое трение в контакте между ними. При быстром вращении на стыкуемых поверхностях разрушаются поверхностные загрязнения, зоны стыка разогревается до пластичного состояния материала и при осадке формируется соединение. Недостатком данного способа сварки является его ограниченность в использовании только для соединения цилиндрических деталей и образование грата в зоне соединения. Формирование грата требует проведения механической обработки стыка после сварки.A known method of friction welding of cylindrical parts (WMThomas, EDNicholas, ERWatts and DGStaines. Friction Based Welding Technology for Aluminum. Materials Science Forum Vols. 396-402 (2002) pp. 1543-1548. 2002. Trans Tech Pablications, Switzerland Fig. 1a). The parts to be joined are arranged to provide dry friction in contact between them. With rapid rotation on abutting surfaces, surface contaminants are destroyed, the joints are heated to the plastic state of the material and a joint is formed during upsetting. The disadvantage of this welding method is its limited use only for connecting cylindrical parts and the formation of burrs in the connection zone. The formation of burrs requires mechanical processing of the joint after welding.
Известен способ сварки трением с перемешиванием (патент Великобритании №9125978.8), при котором сварку осуществляют в три этапа. На первом этапе вращающийся с высокой скоростью инструмент цилиндрической или ступенчатой формы с заплечником погружают в стык соединяемых деталей на глубину, примерно равную их толщине. Когда заплечник инструмента войдет в контакт с поверхностью деталей, погружение останавливают и включают перемещение инструмента вдоль линии соединения. На третьем этапе (по окончании сварки) вращающийся инструмент поднимают и выводят из стыка. Недостатком данного метода сварки трением с перемешиванием является повышенный износ инструмента при его введении в стык деталей, а также его поломки в процессе сварки листов толщиной 5-6 мм из-за недостаточного разогрева корневой части соединения.A known method of friction stir welding (UK patent No. 9125978.8), in which welding is carried out in three stages. At the first stage, a cylindrical or step-shaped tool with a shoulder rotating at high speed is immersed in the joint of the parts to be joined to a depth approximately equal to their thickness. When the shoulder of the tool comes into contact with the surface of the parts, immersion is stopped and the tool is moved along the connection line. At the third stage (at the end of welding), the rotating tool is lifted and removed from the joint. The disadvantage of this method of friction stir welding is the increased wear of the tool when it is inserted into the joint of the parts, as well as its breakage during welding of sheets 5-6 mm thick due to insufficient heating of the root part of the joint.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ сварки трением с перемешиванием, при котором предварительно в стыке соединяемых деталей выполняют сквозное отверстие диаметром больше диаметра наконечника инструмента (W.M.Thomas, E.D.Nicholas, E.R.Watts, D.G.Staines. Friction Based Welding Technology for Aluminium. Materials Science Forum Vols. 2002. pp. 1543-1548). Затем вращающийся инструмент погружают в отверстие до соприкосновения заплечника с поверхностью деталей. Когда заплечник инструмента войдет в контакт с поверхностью деталей, погружение останавливают и включают перемещение инструмента вдоль линии соединения. Недостатком данного способа является частый выход инструмента из строя из-за скалывания наконечника в корневой части соединения, а также послойное расположение оксидных пленок в сварном шве. Последнее явление приводит к существенному снижению прочностных свойств соединений, особенно при циклических нагрузках.The closest in technical essence to the claimed one is a method of friction stir welding, in which a through hole with a diameter greater than the diameter of the tool tip is preliminarily made at the junction of the parts to be joined (WMThomas, EDNicholas, ERWatts, DGStaines. Friction Based Welding Technology for Aluminum. Materials Science Forum Vols. 2002. pp. 1543-1548). Then the rotating tool is immersed in the hole until the shoulder contacts the surface of the parts. When the shoulder of the tool comes into contact with the surface of the parts, immersion is stopped and the tool is moved along the connection line. The disadvantage of this method is the frequent failure of the tool due to chipping of the tip in the root of the connection, as well as the layer-by-layer arrangement of oxide films in the weld. The latter phenomenon leads to a significant decrease in the strength properties of the compounds, especially with cyclic loads.
Предлагаемый способ сварки трением стыковых соединений из алюминиевых сплавов обеспечивает полное проплавление деталей, формирует корень шва более равномерной формы при минимальном технологическом припуске. Этот технологический прием не требует увеличения толщины заготовок, что уменьшает затраты на последующую механическую обработку сварного соединения. Подобранное соотношение скорости вращения инструмента и скорости его перемещения вдоль стыка соединяемых деталей способствует качественному формированию их соединения и мелкодисперсному распределению фрагментов оксидных пленок.The proposed method of friction welding of butt joints of aluminum alloys ensures complete penetration of the parts, forms the root of the seam of a more uniform shape with minimal technological allowance. This technique does not require an increase in the thickness of the workpieces, which reduces the cost of subsequent machining of the welded joint. The selected ratio of the speed of rotation of the tool and the speed of its movement along the junction of the parts to be joined promotes the qualitative formation of their connection and the finely dispersed distribution of fragments of oxide films.
Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, обеспечивается путем выполнения на стыке свариваемых деталей сквозного отверстия под углом α к нормали к поверхности деталей, в которое погружают вращающийся инструмент, состоящий из наконечника в виде тела вращения с заплечником, до контакта последнего с поверхностью деталей, причем угол α оси сквозного отверстия определяется соотношением α=(0,8-1,0)δ, при диаметре отверстия заданном в пределах D=d+(0,10-0,15) мм, глубина погружения наконечника вращающегося инструмента в отверстие составляет (0,90-0,95) δ, где δ - толщина деталей, а скорость перемещения вращающегося инструмента вдоль стыка деталей регулируется в пределах 0,20-0,35 мм/об.The technical result to which this invention is directed is achieved by making a through hole at the joint of the parts to be welded at an angle α to the normal to the surface of the parts into which a rotating tool consisting of a tip in the form of a body of revolution with a shoulder is immersed until the latter contacts the surface of the parts moreover, the angle α of the axis of the through hole is determined by the ratio α = (0.8-1.0) δ, with the hole diameter specified in the range D = d + (0.10-0.15) mm, the immersion depth of the tip of the rotating tool and the hole is (0,90-0,95) δ, where δ - thickness of the parts and movement speed of the rotary tool along the joint parts is adjustable between 0.20-0.35 mm / rev.
Подробнее сущность заявляемого способа поясняется чертежами:In more detail the essence of the proposed method is illustrated by drawings:
на фиг.1 - изображена принципиальная схема выполнения способа (начало процесса);figure 1 - shows a schematic diagram of the method (the beginning of the process);
на фиг.2 - показана схема формирования соединения в процессе перемещения инструмента;figure 2 - shows a diagram of the formation of the connection in the process of moving the tool;
на фиг.3 - внешний вид корневой части соединения при различной величине заглубления инструмента;figure 3 - appearance of the root part of the connection with different values of the depth of the tool;
на фиг.4 - микроструктура в зоне соединения сплава 1460.figure 4 - microstructure in the joint zone of the alloy 1460.
Предложенный способ сварки трением осуществляется следующим образом.The proposed method of friction welding is as follows.
Детали 1 устанавливают в сварочном приспособлении (на чертеже не показано). В плоскости их стыка деталей под углом α к нормали к их поверхности выполняют сквозное отверстие 2 диаметром на 0,1-0,15 мм больше диаметра наконечника инструмента 3. Величину угла задают в пределах (0,8-1,0) δ, где δ - толщина деталей. Затем в отверстие 2 помещают инструмент 3, состоящий из наконечника 4 в виде тела вращения и заплечника 5. Наконечник 4 заглубляют в отверстие 2 на 0,90-0,95 толщины деталей до контакта заплечника 5 с поверхностью детали. Затем инструмент 3 приводят во вращение и задают его перемещение вдоль линии стыка деталей в пределах 0,20-0,35 мм/об. При перемещении вращающегося инструмента 3 металл 6, разогретый за счет трения заплечника 5 о поверхность деталей, в твердожидком состоянии поступает вдоль образующей наконечника 4 и формирует проплав 7. Формирование проплава 7 осуществляется за счет металла технологического припуска 8 (фиг.2).Parts 1 are installed in a welding fixture (not shown in the drawing). In the plane of their junction of parts at an angle α to the normal to their surface, a through hole 2 with a diameter of 0.1-0.15 mm is larger than the diameter of the tip of the
При величине угла α менее 0,8δ наблюдается частота поломок и износ инструмента, характерный для случая сварки без предварительного выполнения сквозного отверстия. В случае, если величина угла превышает 1,0δ, наблюдаются возмущения в переносе металла на периферийной части заплечника 5 и формирование в центральной части шва несплошностей.When the angle α is less than 0.8δ, the frequency of breakdowns and tool wear is observed, which is typical for the case of welding without first making a through hole. If the angle exceeds 1.0δ, disturbances are observed in the metal transfer on the peripheral part of the
Величина заглубления вращающегося инструмента 3 в толщину детали определяет качество формирования корневой части шва. При заглублении менее 0,90δ наблюдается неполное проплавление деталей, что недопустимо для ответственных конструкций. При заглублении вращающегося инструмента 3 более 0,95δ происходит интенсивное вытеснение металла в отверстие 2 и формирование корня шва неравномерной формы с высотой проплава до 2-3 мм. Это приводит к увеличению необходимого технологического припуска со стороны воздействия заплечника 5 и соответствующего увеличения толщины заготовок и затрат на механическую обработку их после сварки. В ряде случаев при ограничении толщины заготовок это условие выполнить невозможно. Поэтому оптимальным следует считать заглубление инструмента 0,90-0,95 толщины деталей.The depth of the
На качество формирования соединения и распределение фрагментов оксидных пленок в нем оказывает существенное влияние соотношение скорости вращения инструмента 3 и скорости его перемещения вдоль стыка деталей. При перемещении указанного инструмента вдоль стыка со скорость менее 0,20 мм/об наблюдается перегрев металла в зоне соединения, образование зон с повышенным содержанием фрагментов оксидных пленок в металле шва. В конечном итоге, указанные явления сказываются на снижении механических свойств сварных соединений. Увеличение скорости перемещения инструмента 3 более 0,35 мм/об приводит к формированию микропустот в шве и повышению частоты выхода упомянутого инструмента из строя по причине поломки.The quality of the formation of the compound and the distribution of fragments of oxide films in it is significantly affected by the ratio of the rotation speed of the
Были проведены эксперименты по сварке образцов из сплавов Д16 и 1460 толщиной 3 мм. Сварку образцов осуществляли на фрезерном станке, оснащенном специальным фиксирующим приспособлением для установки образцов. Для сварки применяли инструмент 3, состоящий из конического наконечника 4 высотой 3,5 мм (с основаниями 3,0 и 3,5 мм) и заплечника 5 диаметром 12 мм. Инструмент изготовляли из жаропрочного сплава ХН55ВМКТЮ. Рабочая часть заплечника 5 выполнялась полированной. При сварке скорость вращения инструмента 3 составляла 900 об/мин. Полученные результаты приведены в таблице.Experiments were conducted on welding samples of alloys D16 and 1460 with a thickness of 3 mm. Welding of samples was carried out on a milling machine equipped with a special fixing device for installing samples. For welding,
Эксперименты показали, что при изменении величины заглубления инструмента 3 в отверстие 2 изменяется характер формирования корня шва. Так при заглублении инструмента менее 0,90 δ (2,7 мм) в корне шва формируется непровар (фиг.3а). При заглублении на уровне (0,90-0,95) δ в корне шва формируется равномерный валик (фиг.3б), а величина припуска с лицевой стороны соединения составляет 1-1,5 мм. При заглублении более 0,95 δ (2,85 мм) корневой валик формируется неравномерным с отдельными утолщениями, а величина необходимого припуска с лицевой стороны возрастает до 2,7-3,1 мм (фиг.3в).The experiments showed that when the depth of the
Использование данного способа позволяет получить сварные соединения высокого качества из алюминиевых сплавов с низкой свариваемостью. Качество получаемых соединений подтверждается исследованиями микроструктуры сварных соединений сплава 1460 (фиг.4).Using this method allows to obtain high quality welded joints from aluminum alloys with low weldability. The quality of the compounds obtained is confirmed by studies of the microstructure of welded joints of alloy 1460 (figure 4).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115625/02A RU2247639C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115625/02A RU2247639C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003115625A RU2003115625A (en) | 2004-12-27 |
RU2247639C1 true RU2247639C1 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=35364574
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003115625/02A RU2247639C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2247639C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2441735C2 (en) * | 2006-05-15 | 2012-02-10 | Дзе Уэлдинг Инститьют | Method of friction stir welding and connection of two details made according to this method |
RU2443526C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of jointing heterogeneous materials |
RU2634402C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Friction welding method with aluminium wrought alloys mixing |
RU2679787C1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-02-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HIGH-STRENGTH ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS OF THE Al-Cu-Li SYSTEM BUTT JOINTS FRICTION WITH MIXING WELDING METHOD |
RU2746930C1 (en) * | 2020-10-23 | 2021-04-22 | Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") | Device and tool for friction welding with mixing of mainly sheet workpieces made of titanium and its alloys |
RU2775418C1 (en) * | 2021-11-18 | 2022-06-30 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method for obtaining a metal sheet |
-
2003
- 2003-05-27 RU RU2003115625/02A patent/RU2247639C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
W.M.THOMAS et al. Friction Based Welding Technology for Aluminium. Materials Scence Forum Vols. 2002. p.p.1543-1548. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2441735C2 (en) * | 2006-05-15 | 2012-02-10 | Дзе Уэлдинг Инститьют | Method of friction stir welding and connection of two details made according to this method |
RU2443526C1 (en) * | 2010-08-23 | 2012-02-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Method of jointing heterogeneous materials |
RU2634402C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-10-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Friction welding method with aluminium wrought alloys mixing |
RU2679787C1 (en) * | 2017-12-13 | 2019-02-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | HIGH-STRENGTH ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS OF THE Al-Cu-Li SYSTEM BUTT JOINTS FRICTION WITH MIXING WELDING METHOD |
RU2746930C1 (en) * | 2020-10-23 | 2021-04-22 | Закрытое Акционерное Общество "Чебоксарское Предприятие "Сеспель" (ЗАО "Чебоксарское Предприятие "Сеспель") | Device and tool for friction welding with mixing of mainly sheet workpieces made of titanium and its alloys |
RU2775418C1 (en) * | 2021-11-18 | 2022-06-30 | Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method for obtaining a metal sheet |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8016179B2 (en) | Friction stir welding tool having a scroll-free concentric region | |
US7275675B1 (en) | Friction stir weld tools | |
US5971252A (en) | Friction stir welding process to repair voids in aluminum alloys | |
US7401723B2 (en) | Advanced friction stir welding tools | |
US7581665B2 (en) | Methods and apparatus for retractable pin friction stir welding and spot welding | |
US20180043465A1 (en) | Joining method and method for manufacturing composite rolled material | |
US6230958B1 (en) | Friction pull plug welding: dual chamfered plate hole | |
US20040195291A1 (en) | FSW tool | |
US20040035914A1 (en) | Apparatus and method for friction stir welding utilizing a grooved pin | |
JP2003320465A (en) | Taper friction agitation welding tool | |
US20070057015A1 (en) | Tapered friction stir welding and processing tool | |
WO2020095483A1 (en) | Liquid-cooled jacket manufacturing method and friction stir welding method | |
JP2003048082A (en) | Friction stir welding device | |
US9956645B2 (en) | Tube profile machining process | |
WO2011127057A1 (en) | Friction stir welding tool | |
US20210346979A1 (en) | Joining method | |
US10272519B2 (en) | Conical pins for the structural repair of defects | |
US20020027156A1 (en) | Friction pull plug welding: dual chamfered plate hole | |
RU2247639C1 (en) | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints | |
RU2330749C2 (en) | Method of friction welding with material mixing and device for welding | |
RU2686494C1 (en) | Method of friction welding with mixing of joints of aluminium alloys | |
RU2634389C1 (en) | Method of friction welding with mixing of aluminium alloys | |
RU2350443C2 (en) | Method for friction welding of aluminium alloys | |
JP6809436B2 (en) | Joining method and manufacturing method of composite rolled material | |
RU2277465C1 (en) | Friction welding method and tool for its implementing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20210121 |