RU2394934C1

RU2394934C1 - Procedure for thermal treatment of welded structures out of aluminium alloys and facility for implementation of this procedure

Info

Publication number: RU2394934C1
Application number: RU2009104537/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Гаврилович Астафьев (RU); Анатолий Гаврилович Астафьев; Игорь Сергеевич Карасев (RU); Игорь Сергеевич Карасев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут")
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-07-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: prior to heat treatment welded structure is positioned into facility consisting of case in form of steel pipe with plates arranged on its ends. One of the plates is stationary, while another travels along axis of the facility. Wedge hold-down devices are mounted on the plates; locating blocks with removable stops are installed in an interval between the plates; there is a setting gap between the removable stops. Present deformations and deviations from geometric shape are corrected by means of screw and wedge hold down devices and also with locating blocks and plates. Upon fixation of specified dimensions and shape of the structure the facility with the structure is placed in a furnace, is heated to temperature 350°C and conditioned during 0.5 hour. Then heating is terminated and the structure is removed from the furnace, when temperature drops to 150°C.

EFFECT: removing internal stresses in welded structure and maintaining its geometric shape.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, а именно к термообработке сварных конструкций из алюминиевых сплавов, и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной, автомобильной и других областях промышленности.The invention relates to the heat treatment of metals and alloys, namely to heat treatment of welded structures made of aluminum alloys, and can be used in aerospace, shipbuilding, automotive and other industries.

Известен способ термообработки алюминиевых сплавов, в том числе сварных конструкций (ПИ 1.2.255-83, Производственная инструкция «Термическая обработка полуфабрикатов и деталей из алюминиевых деформируемых сплавов» (ВИАМ, г.Москва, 1983 г.). Известный способ предусматривает отжиг сварных конструкций в печи для снятия напряжений при температуре 250-350°С. Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает при этом предотвращение и устранение деформаций.A known method of heat treatment of aluminum alloys, including welded structures (PI 1.2.255-83, Production instruction "Heat treatment of semi-finished products and parts from aluminum wrought alloys" (VIAM, Moscow, 1983). The known method involves annealing of welded structures in a furnace for stress relief at a temperature of 250-350 ° C. The disadvantage of this method is that it does not provide for the prevention and elimination of deformations.

Известен способ термообработки и правки сварных алюминиевых конструкций для уменьшения внутренних напряжений и деформаций (ПИ 1.4.1555-2000, Производственная инструкция «Сварка дуговая алюминиевых и магниевых сплавов в среде защитных газов» (НИАТ г.Москва, 2000 г.). Известный способ предусматривает устранение различных видов остаточных деформаций способом местной холодной правки и применением местного нагрева. Недостатком известного способа является то, что пониженное значение модуля упругости алюминиевых сплавов, особенно в сечениях со значительной жесткостью, затрудняет или делает невозможным применение местной холодной правки сварных конструкций. Кроме того, холодная правка приводит к появлению наклепа, что отрицательно сказывается на эксплутационных свойствах изделия. Правка местным нагревом не всегда применима, так как связана со значительными трудностями контроля температуры.A known method of heat treatment and dressing of welded aluminum structures to reduce internal stresses and strains (PI 1.4.1555-2000, Production instruction "Arc welding of aluminum and magnesium alloys in a protective gas environment" (NIAT, Moscow, 2000). The known method provides the elimination of various types of residual deformations by local cold dressing and the use of local heating The disadvantage of this method is that the reduced modulus of elasticity of aluminum alloys, especially in cross sections with Due to its high rigidity, it makes it difficult or impossible to use local cold dressing of welded structures. In addition, cold dressing leads to hardening, which negatively affects the product’s performance. Local dressing is not always applicable, as it is associated with significant temperature control difficulties.

Известен способ термообработки сварных конструкций, совмещенный с термофиксацией (А.Г. Братухин и др. Технология производства титановых самолетных конструкций. - М.: Машиностроение, 1995 г.). Недостатком известного способа является то, что он предусматривает термообработку только титановых сплавов.A known method of heat treatment of welded structures, combined with heat setting (A. G. Bratukhin and other technology for the production of titanium aircraft structures. - M.: Engineering, 1995). The disadvantage of this method is that it provides for the heat treatment of only titanium alloys.

Наиболее близким, принятым за прототип решением, является способ правки длинномерных деталей из легких сплавов (патент РФ №2165814 от 25.02.2001 г., B21D 1/14). Способ заключается в том, что подвергаемую правке деталь устанавливают на базу устройства. Воздействуют на нее правящими инструментами до восстановления номинальных размеров. Совместно нагревают, выдерживают при температуре 200-300°С в зафиксированном состоянии в течение определенного времени. Снимают деталь с базы после совместного охлаждения. Недостатком известного способа является то, что способ предусматривает правку детали в какой-либо определенной плоскости, параллельной «базе», и неприемлем для правки конструкции, состоящей из деталей, находящихся в пространстве в различных плоскостях.The closest solution adopted for the prototype is the method for editing long parts from light alloys (RF patent No. 21585814 dated 02.25.2001, B21D 1/14). The method consists in the fact that the item to be edited is installed on the base of the device. Influenced by ruling tools to restore the nominal size. They are heated together, kept at a temperature of 200-300 ° C in a fixed state for a certain time. Remove the part from the base after co-cooling. The disadvantage of this method is that the method provides for editing parts in any particular plane parallel to the "base", and is unacceptable for editing structures consisting of parts located in space in different planes.

Наиболее радикальным методом снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях является термообработка. Предпочтительной температурой для алюминиевых сплавов является температура 250-350°С, при которой процессы релаксации протекают более активно. За время нагрева в 25-30 минут происходит снижение исходных напряжений почти до нуля. Но при этом происходит и снижение прочности, что приводит к изменению геометрической формы крупногабаритной пространственной конструкции. Таким образом для термообработки крупногабаритной сварной пространственной конструкции необходимо создать условия, при которых конструкция (например, каркас контейнера) при нагреве и выдержке при температуре 250-350°С могла сохранить геометрическую форму, а при охлаждении возвратиться в исходное состояние. Для этого необходимо использовать приспособление из более прочного металла с учетом линейных и объемных расширений как самой термообрабатываемой конструкции, так и приспособления (устройства). Необходимо отметить, что если после сварки могут иметь место незначительные изменения геометрической формы: деформации в виде прогибов, неперпендикулярности, непараллельности, винтообразности и т.п., то в процессе термообработки приспособление позволяет исправить вышеуказанные отклонения формы.The most radical method of reducing residual stresses in welded structures is heat treatment. The preferred temperature for aluminum alloys is a temperature of 250-350 ° C, at which the relaxation processes proceed more actively. During heating in 25-30 minutes, the initial stresses decrease to almost zero. But at the same time, a decrease in strength also occurs, which leads to a change in the geometric shape of the large spatial structure. Thus, for heat treatment of a large-sized welded spatial structure, it is necessary to create conditions under which the structure (for example, the frame of the container), when heated and held at a temperature of 250-350 ° C, could retain its geometric shape and return to its original state upon cooling. For this, it is necessary to use a fixture made of stronger metal, taking into account linear and volumetric extensions of both the heat-treating structure itself and the fixture (device). It should be noted that if minor changes in the geometric shape can take place after welding: deformations in the form of deflections, non-perpendicularity, non-parallelism, screw shape, etc., then during the heat treatment the device allows you to correct the above shape deviations.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа термообработки сварной крупногабаритной конструкции, при котором будет возможно изготавливать сложные сварные пространственные конструкции, снимать внутренние напряжения, выправлять деформации и сохранять геометрическую форму изделия.The objective of the invention is to develop a heat treatment method for a welded large-sized structure, in which it will be possible to produce complex welded spatial structures, relieve internal stresses, correct strains and maintain the geometric shape of the product.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в сохранении геометрической целостности (формы) и размерной стабильности крупногабаритных сварных конструкций из алюминиевых сплавов после термической обработки.The technical result of the invention is to maintain the geometric integrity (shape) and dimensional stability of large welded structures of aluminum alloys after heat treatment.

Поставленная задача достигается тем, что перед термообработкой сварной пространственной конструкции ее закладывают в устройство для фиксации, содержащее корпус, выполненный из стальной трубы, с установленными на концах плитами, одна из которых неподвижна, а вторая имеет возможность перемещения вдоль оси устройства. На плитах установлены клиновые прижимы, в промежутке между плитами расположены ложементы со съемными упорами, между которыми имеется установочный зазор. Сварную конструкцию размещают в устройстве для фиксации, при этом совмещают внутренние поверхности поперечных и продольных элементов сварной конструкции с поверхностями плит и ложементов, закрепляют их клиновыми прижимами к плитам, упорами к ложементам с обеспечением установочного зазора, затем помещают в печь, нагревают до температуры 350°С и выдерживают в течение 0,5 час, охлаждают в печи до температуры 150°С с последующим охлаждением на воздухе.The task is achieved by the fact that before heat treatment of the welded spatial structure, it is laid in a fixing device containing a body made of steel pipe with plates installed at the ends, one of which is stationary, and the second has the ability to move along the axis of the device. Wedge clamps are installed on the plates, lodges with removable stops are located between the plates, between which there is an installation gap. The welded structure is placed in the device for fixing, while the internal surfaces of the transverse and longitudinal elements of the welded structure are combined with the surfaces of the plates and lodgements, fixed with wedge clamps to the plates, stops against the lodgements with the installation clearance, then placed in the furnace, heated to a temperature of 350 ° C and incubated for 0.5 hour, cooled in an oven to a temperature of 150 ° C, followed by cooling in air.

Устройство для термообработки содержит устройство для фиксации сварной конструкции и печь для нагрева. На фиг.1 представлен эскиз сварной конструкции каркаса контейнера. На фиг.2 - эскиз устройства для термообработки сварной конструкции каркаса контейнера (печь для нагрева на эскизе не показана).The heat treatment device comprises a device for fixing a welded structure and a furnace for heating. Figure 1 presents a sketch of the welded structure of the frame of the container. Figure 2 - sketch of the device for heat treatment of the welded structure of the frame of the container (the furnace for heating in the sketch is not shown).

Сварная конструкция каркаса контейнера (фиг.1) состоит из двух параллельных балок 1, соединенных стыковым швом 2 с двумя шпангоутами 3. После сварки в зоне сварных швов 2 возникают напряжения, способствующие деформации балок в виде прогибов, и, как следствие, происходит потеря взаимной параллельности и перпендикулярности сборочных единиц. Дальнейшая сборка контейнера в соответствии с требованиями конструкторской документации невозможна.The welded construction of the container frame (Fig. 1) consists of two parallel beams 1 connected by a butt weld 2 with two frames 3. After welding, stresses arise in the zone of welds 2 that deform the beams in the form of deflections, and, as a result, mutual loss occurs parallelism and perpendicularity of assembly units. Further assembly of the container in accordance with the requirements of the design documentation is not possible.

Устройство для фиксации 4 сварной алюминиевой конструкции каркаса контейнера (фиг.2) состоит из корпуса 5, выполненного из стальной трубы 6, с установленными на концах плитами 7 и 8, одна из которых - 7 - неподвижная, а другая - 8 - может перемещаться вдоль продольной оси устройства. На плитах установлены клиновые прижимы 9, в промежутке между плитами 7 и 8 имеются ложементы 10 со съемными упорами 11, между которыми установочный зазор 12 для размещения параллельных балок каркаса контейнера.The device for fixing 4 of the welded aluminum frame structure of the container (Fig. 2) consists of a body 5 made of steel pipe 6, with plates 7 and 8 mounted at the ends, one of which is 7 stationary and the other 8 can move along longitudinal axis of the device. Wedge clamps 9 are installed on the plates, in the interval between the plates 7 and 8 there are lodges 10 with removable stops 11, between which the installation gap 12 for placing parallel beams of the container frame.

Предлагаемый способ термообработки сварного алюминиевого каркаса осуществляется следующим образом.The proposed method of heat treatment of a welded aluminum frame is as follows.

Каркас закладывают в устройство для фиксации 4, совмещая внутренние поверхности каркаса с поверхностями плит 7 и 8 и ложементами 10, закрепляя клиновыми прижимами 9 к плитам 7 и 8, а упорами 11 - к ложементам 10, обеспечивая параллельность и перпендикулярность поперечных и продольных элементов каркаса (балки и шпангоуты) относительно друг друга. Устанавливают зазор 12 между упорами 11 и наружной поверхностью параллельных балок для возможности перемещения балок в устройстве при нагреве, после чего устройство с каркасом помещают в печь и нагревают до температуры 350°С. Выдерживают в течение 0,5 ч. Устройство с каркасом оставляют в печи до снижения температуры до 150°С. При нагреве в печи алюминиевый каркас вместе со стальным устройством удлиняется и расширяется. При этом конструктивные особенности устройства и материал, из которого оно изготовлено, способствуют линейному перемещению и объемному расширению сварного каркаса в рамках заданных параметров. При воздействии температуры 350°С происходит термическая правка деформаций и релаксация внутренних напряжений. При охлаждении в печи до температуры 150°С продолжается процесс релаксации внутренних напряжений и фиксации геометрической формы каркаса, после чего устройство с каркасом вынимают из печи. При охлаждении конструкции на воздухе происходит процесс стабилизации.The frame is laid in the device for fixing 4, combining the inner surfaces of the frame with the surfaces of the plates 7 and 8 and the lodgements 10, securing with wedge clamps 9 to the plates 7 and 8, and the stops 11 to the lodges 10, ensuring parallelism and perpendicularity of the transverse and longitudinal elements of the frame ( beams and frames) relative to each other. Set the gap 12 between the stops 11 and the outer surface of the parallel beams to be able to move the beams in the device when heated, after which the device with the frame is placed in an oven and heated to a temperature of 350 ° C. Stand for 0.5 hours. The device with the frame is left in the oven until the temperature drops to 150 ° C. When heated in an oven, the aluminum frame with the steel device lengthens and expands. Moreover, the design features of the device and the material from which it is made contribute to the linear movement and volume expansion of the welded frame within the specified parameters. When exposed to a temperature of 350 ° C, thermal straightening of strains and relaxation of internal stresses occur. When cooling in the furnace to a temperature of 150 ° C, the process of relaxation of internal stresses and fixing the geometric shape of the frame continues, after which the device with the frame is removed from the furnace. When the structure is cooled in air, a stabilization process occurs.

Таким образом, пространственная сварная конструкция из алюминиевого сплава при нагреве и охлаждении фиксируется по основным геометрическим параметрам и не меняет своей заданной геометрической целостности. При этом снижаются внутренние напряжения не только в сварных швах, но и в сваренных элементах и, как следствие, в конструкции в целом.Thus, the spatial welded structure of aluminum alloy during heating and cooling is fixed by the basic geometric parameters and does not change its predetermined geometric integrity. At the same time, internal stresses are reduced not only in the welds, but also in the welded elements and, as a result, in the structure as a whole.

Пример эффективности термической обработки сварной алюминиевой конструкции по предложенному способу реализован при изготовлении подвесных контейнеров изделия Су-30МКИ. Сварной каркас контейнера длиной 4000 мм и диаметром 400 мм из сплава АМг6 термообрабатывается для снятия напряжений в сварных соединениях. Полученный результат обеспечивает геометрическую точность в соответствии с конструкторской документацией.An example of the efficiency of heat treatment of a welded aluminum structure according to the proposed method is implemented in the manufacture of hanging containers of the Su-30MKI product. The welded frame of the container with a length of 4000 mm and a diameter of 400 mm from AMg6 alloy is heat treated to relieve stress in welded joints. The result obtained ensures geometric accuracy in accordance with the design documentation.

Claims

1. Device for heat treatment of welded structures made of aluminum alloys, containing a device for fixing a welded structure, consisting of a body made of steel pipe, with plates installed at the ends, one of which is stationary, and the second has the ability to move along the longitudinal axis on the plates wedge clamps are installed, lodges with removable stops are located between the plates, between which there is an installation gap and a furnace for heating a welded structure located in the device for iksatsii.

2. The method of heat treatment of welded structures made of aluminum alloys, including fixing the welded structure by combining the inner surfaces of the transverse and longitudinal elements of the welded structure with the surfaces of the plates and lodgements, fixing them with wedge clamps to the plates, emphasis on the lodgements with the installation gap, then placed in the furnace , heated to 350 ° C, incubated for 0.5 h, cooled in an oven to 150 ° C, followed by cooling in air.