RU2342236C2

RU2342236C2 - Method for friction welding of cylindrical stocks

Info

Publication number: RU2342236C2
Application number: RU2006145563/02A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Шилло (RU); Геннадий Васильевич Шилло; Николай Валентинович Макаров (RU); Николай Валентинович Макаров; Виктор Алексеевич Капралов (RU); Виктор Алексеевич Капралов; Игорь Борисович Люкс (RU); Игорь Борисович Люкс; Тамара Николаевна Смирнова (RU); Тамара Николаевна Смирнова
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-12-27
Also published as: RU2006145563A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: stocks are installed along line of their connection tightly to each other, and rotary welding tool that contains casing with support collar and working rod is inserted into initial section of connection point. While tool is moved along connection line, friction heat is generated and plasticised area of connected parts material is created. Welding tool is installed with longitudinal displacement in relation to normal line to welded surfaces along welding direction. Value of longitudinal displacement of welding tool in relation to normal line to welded surfaces is selected within the limits of 0.5÷5.0 of working rod diameter.

EFFECT: creation of welded seam that is uniform in structure, free of defects, tight and strong.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии неразъемного соединения (сварки) и может быть использовано в ракетостроении, самолетостроении, судостроении, в других отраслях машиностроения и строительства для соединения элементов конструкций типа емкостей, панелей, профилей и т.д.The invention relates to the field of technology of one-piece connection (welding) and can be used in rocket science, aircraft manufacturing, shipbuilding, in other branches of mechanical engineering and construction for connecting structural elements such as tanks, panels, profiles, etc.

Аналогом к предлагаемому в качестве изобретения способу можно считать «Способ сварки трением с перемешиванием» по патенту №2126738, В23К 20/12, 27.02.1999, который основан на усиленном течении пластифицированного материала в горизонтальном и вертикальном направлениях относительно примыкающих сборочных деталей. На пластифицированный материал действуют давлением, перпендикулярным соединяемым поверхностям деталей, с одновременным обеспечением течения материала вдоль пальца щупа в вертикальном направлении, при этом пластифицированный материал затвердевает позади щупа.An analogue to the method proposed as an invention can be considered the “Friction welding with stirring” according to patent No. 2126738, B23K 20/12, 02.27.1999, which is based on the increased flow of plasticized material in horizontal and vertical directions relative to adjacent assembly parts. The plasticized material is acted upon by pressure perpendicular to the joined surfaces of the parts, while ensuring that the material flows along the probe finger in the vertical direction, while the plasticized material hardens behind the probe.

Пластифицированный теплом трения металл свариваемых кромок течет хаотично, разрозненными потоками с выраженной границей между ними, являющейся вероятным местом разрушения шва, при его многократном нагружении.The metal of the welded edges plasticized by the heat of friction flows randomly, with disparate flows with a pronounced boundary between them, which is a likely site of fracture of the weld when it is repeatedly loaded.

Этот недостаток частично устранен в «Способе сварки трением и инструменте для его осуществления» по патенту РФ №2277465, В23К 20/12, при котором свариваемые поверхности устанавливают по линии их соединения, сварку осуществляют вращающимся инструментом в форме оправки, торец которой имеет опорную поверхность и выступающий рабочий стержень, путем погружения последнего в стык соединяемых элементов и перемещения его вдоль линии стыка с обеспечением генерирования тепла трения и создания пластифицированной зоны материала соединяемых деталей, при этом на пластифицированную зону действуют давлением, создаваемым опорной торцевой поверхностью оправки за счет ее отклонения от плоскости, перпендикулярной оси вращения оправки на угол 0,5-5,0 град.This drawback is partially eliminated in the "Method of friction welding and a tool for its implementation" according to the patent of Russian Federation No. 2277465, V23K 20/12, in which the surfaces to be welded are installed along the line of their connection, welding is performed by a rotating tool in the form of a mandrel, the end of which has a supporting surface and protruding working rod, by immersing the latter in the joint of the elements to be joined and moving it along the line of the joint to ensure the generation of heat of friction and create a plasticized zone of the material of the connected parts, and this affects the plasticized zone by the pressure created by the supporting end surface of the mandrel due to its deviation from the plane perpendicular to the axis of rotation of the mandrel at an angle of 0.5-5.0 degrees.

Данный способ позволяет повысить качество шва за счет создания плотной мелкозернистой его структуры и отсутствия микродефектов. Но и он не позволяет производить стыковое соединение деталей округлых форм.This method allows to improve the quality of the seam due to the creation of a dense fine-grained structure and the absence of microdefects. But even it does not allow the butt joint of parts of rounded shapes.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению можно считать способ сварки металлов трением с перемешиванием (WO 93/10935, В23К 20/12). Согласно этому способу вращающийся сварочный инструмент, заканчивающийся в нижней его части стержнем с опорным буртом, погружают в стык между торцами соединяемых элементов и перемещают его вдоль линии стыка, перенося нагретый ротационным трением материал в зону, освобождаемую позади движущегося инструмента, вращающегося вокруг своей оси нормально к поверхности соединяемых деталей.The closest analogue to the proposed technical solution can be considered a method of welding metals by friction with stirring (WO 93/10935, V23K 20/12). According to this method, a rotating welding tool, ending in its lower part with a rod with a supporting collar, is immersed in the joint between the ends of the connected elements and moved along the joint line, transferring the material heated by rotational friction to the area released behind the moving tool, rotating normally around its axis surfaces of the connected parts.

Применение такого способа сварки для соединения кольцевых или округлых стыков не обеспечивает получения сварных швов, однородных по составу и бездефектных.The use of such a welding method for connecting annular or rounded joints does not provide welds that are uniform in composition and defect-free.

Задачей данного изобретения является создание способа сварки стыков цилиндрических заготовок с техническим результатом получения однородного по составу, бездефектного, плотнопрочного сварного шва.The objective of the invention is to provide a method for welding the joints of cylindrical billets with the technical result of obtaining a uniform composition, defect-free, tight weld.

Поставленная задача решается в результате того, что в способе фрикционной сварки цилиндрических заготовок, включающем размещение заготовок по линии их соединения вплотную друг к другу, введение в начальный участок места соединения вращающегося сварочного инструмента, состоящего из корпуса с опорным буртом и рабочего стержня, его перемещение вдоль линии стыка с обеспечением генерирования тепла трения и создания пластифицированной зоны материала соединяемых деталей, сварочный инструмент устанавливают с продольным смещением относительно нормали к свариваемым поверхностям по направлению сварки.The problem is solved as a result of the fact that in the method of friction welding of cylindrical workpieces, including placing the workpieces along the line of their connection close to each other, introducing a rotating welding tool consisting of a body with a support collar and a working rod into the initial section, moving it along junction lines to ensure the generation of heat of friction and create a plasticized zone of the material of the parts to be joined, the welding tool is installed with a longitudinal displacement no normal to the surfaces to be welded in the direction of welding.

А также поставленная задача решается тем, что величина продольного смещения сварочного инструмента относительно нормали к свариваемым поверхностям выбирается в пределах 0,5-5 диаметра рабочего стержня.And also the task is solved in that the longitudinal displacement of the welding tool relative to the normal to the surfaces to be welded is selected within 0.5-5 of the diameter of the working rod.

На фиг.1 показана схема предлагаемого процесса сварки; на фиг.2 - концевая часть инструмента с разрезом по оси сварочного инструмента.Figure 1 shows a diagram of the proposed welding process; figure 2 - the end part of the tool with a cut along the axis of the welding tool.

По предлагаемой схеме свариваемые цилиндрические поверхности 1 и 2 закреплены в сварочной оснастке (на фиг.1 не показана).According to the proposed scheme, the welded cylindrical surfaces 1 and 2 are fixed in a welding tool (not shown in figure 1).

Сварочный инструмент состоит из корпуса 3, торец которого имеет опорную поверхность 4 и выступающий рабочий стержень 5.The welding tool consists of a housing 3, the end of which has a supporting surface 4 and a protruding working rod 5.

Для воздействия на пластифицированную зону 6 ось 7 вращения сварочного инструмента смещена в продольном направлении относительно нормали 8 к свариваемым поверхностям 1 и 2 на величину 9 по направлению сварки 10.To affect the plasticized zone 6, the axis of rotation of the welding tool 7 is shifted in the longitudinal direction relative to the normal 8 to the surfaces to be welded 1 and 2 by a value of 9 in the direction of welding 10.

Процесс по предлагаемому способу сварки осуществляется в следующей последовательности:The process of the proposed welding method is carried out in the following sequence:

Свариваемые заготовки 1 и 2 округлой, например цилиндрической, формы устанавливают в сварочной оснастке по линии их соединения вплотную друг к другу, подводят рабочий стержень 5 к стыку свариваемых кромок и устанавливают его по нормали 8 к поверхности стыка, смещают в продольном направлении вперед по направлению сварки 10 на величину 9.The welded workpieces 1 and 2 of a rounded, for example cylindrical, shape are installed in the welding tool along the line of their connection close to each other, the working rod 5 is brought to the joint of the edges to be welded and installed along normal 8 to the surface of the joint, they are shifted longitudinally forward in the welding direction 10 by a value of 9.

Вводят сварочный инструмент в начальный участок места соединения, включают вращение корпуса 3 сварочного инструмента относительно оси 7 и вращение свариваемых изделий.The welding tool is introduced into the initial portion of the junction, the rotation of the housing 3 of the welding tool relative to axis 7 and the rotation of the welded products are included.

Создают сварочное усилие, при котором разогреваемый теплом трения материал заготовок 1 и 2 пластифицируется и под воздействием рабочего стержня 5 выдавливается в направлении его свободного конца в пластифицированную зону 6 и при продвижении рабочего стержня 5 вдоль стыка заготовок застывает, образуя сварной шов.A welding force is created in which the material of workpieces 1 and 2 heated by friction heat is plasticized and squeezed out in the direction of its free end into the plasticized zone 6 under the influence of the working rod 5, and when the working rod 5 moves along the workpiece junction, it freezes, forming a weld.

Установка корпуса 3 сварочного инструмента с продольным смещением относительно нормали к свариваемым поверхностям по направлению сварки создает необходимый градиент давления на выходе пластифицированного металла из-под опорной поверхности 4 в зону 6, расположенную позади сварочного инструмента.The installation of the body 3 of the welding tool with a longitudinal offset relative to the normal to the surfaces to be welded in the direction of welding creates the necessary pressure gradient at the outlet of the plasticized metal from under the supporting surface 4 to the zone 6 located behind the welding tool.

Величина продольного смещения сварочного инструмента относительно нормали к свариваемым поверхностям зависит от радиуса кривизны стыка, выбирается в пределах 0,5÷5 от диаметра рабочего стержня 5 и уточняется при отладке процесса.The magnitude of the longitudinal displacement of the welding tool relative to the normal to the surfaces to be welded depends on the radius of curvature of the joint, is selected within 0.5 ÷ 5 of the diameter of the working rod 5 and is specified when debugging the process.

По технологии с использованием предлагаемого способа были выполнены плотнопрочные продольные и кольцевые швы емкостной конструкции из алюминиевых сплавов АМг6 и 1201 толщиной 3 мм в одноименном и разноименном сочетаниях.According to the technology using the proposed method, tight longitudinal and circumferential seams of the capacitive structure were made of aluminum alloys AMg6 and 1201 with a thickness of 3 mm in the same and unlike combinations.

Таким образом, предлагаемый способ сварки позволяет обеспечить направленное течение пластифицированного теплом трения металла свариваемых кромок, постоянную силу воздействия на пластифицированный металл, перемещение потока масс пластифицированного материала в определенном направлении и образование однородного по составу, бездефектного, плотнопрочного сварного шва.Thus, the proposed welding method allows to provide directional flow of heat-plasticized friction of the metal of the welded edges, a constant force acting on the plasticized metal, the movement of the mass flow of plasticized material in a certain direction and the formation of a uniform, defect-free, high-strength weld.

Claims

1. The method of friction welding of cylindrical billets, including placing the billets along the line of their connection close to each other, introducing into the initial section of the junction of a rotating welding tool consisting of a body with a supporting collar and a working rod, moving it along the joint line to ensure friction heat generation and creating a plasticized zone of the material of the parts to be joined, characterized in that the welding tool is installed with a longitudinal offset relative to the normal to the welded surface ited in the direction of welding.

2. The method according to claim 1, characterized in that the longitudinal displacement of the welding tool relative to the normal to the surfaces to be welded is selected within 0.5 ÷ 5.0 of the diameter of the working rod.