RU2412034C2 - Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412034C2 RU2412034C2 RU2007134467/02A RU2007134467A RU2412034C2 RU 2412034 C2 RU2412034 C2 RU 2412034C2 RU 2007134467/02 A RU2007134467/02 A RU 2007134467/02A RU 2007134467 A RU2007134467 A RU 2007134467A RU 2412034 C2 RU2412034 C2 RU 2412034C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- edges
- welding
- workpieces
- tool
- welded
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение может быть использовано для выполнения стыковых соединений алюминиевых сплавов. На кромках свариваемых заготовок с обратной стороны выполняют скос в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, катеты которого совмещены с торцевой и обратной стороной заготовок. Величину катета К задают по соотношению K=(0,15-0,40)h, где h - толщина заготовок. Кромки фиксируют на массивной подкладке из материала с низкой теплопроводностью. Сварку осуществляют вращающимся инструментом, состоящим из заплечника и штыря. Штырь в зоне стыка погружают в материал заготовок, а заплечник вводят в контакт с поверхностью заготовок. Инструмент перемещают вдоль стыка свариваемых кромок заготовок со скоростью сварки, при этом рабочий торец штыря инструмента заглубляют в материал заготовок до уровня скоса кромок. Способ обеспечивает повышение прочности соединения за счет устранения в швах дефектов в виде несплошностей при полном проплавлении свариваемых заготовок. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области сварки и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для выполнения стыковых соединений алюминиевых сплавов.
Известен способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов, при котором используется специальный вращающийся инструмент /Eur. Pat. Spec. 0615480 В1. Improvements relating to friction welding / W.M.Thomas, E.D.Nicholas, J.C.Needham. Опубл. 1995/. Специальный вращающийся инструмент состоит из утолщенной части /заплечник/ и выступающей части (штырь). Инструмент в месте стыка вводится в соприкосновение с поверхностью зафиксированных на массивной подкладке соединяемых заготовок. Инструмент вводится таким образом, чтобы штырь внедрился в заготовки, а заплечник коснулся их поверхности. В результате трения штыря и заплечника о заготовку выделяется тепло, которое доводит металл вокруг инструмента до пластичного состояния. Затем инструменту сообщают поступательное движение со скоростью сварки, и материал заготовок, перемещаясь из зоны нагрева в зону охлаждения, огибает штырь и образует соединение.
Недостатком данного способа сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов является образование дефектов в корне шва за счет недостаточного перемешивания металла. Существенным недостатком упомянутого способа является снижение прочности соединения из-за дефектов в корне шва.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, при котором с обратной стороны свариваемых пластин выполняют скос кромок (см. Pat. US 5611479, B23K 20/12. Friction stir welding total penetration technique / Ch. Posen. Опубл. 1997). Наличие скоса кромок с обратной стороны свариваемых пластин улучшает заполнение этой области при течении металла в пластичном состоянии. Скос кромок выполняется в форме равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами, совмещенными с торцевой и обратной поверхностями свариваемой пластины.
Существенным недостатком прототипа является образование несплошностей в металле соединения при его опускании для заполнения области, образованной скосами на свариваемых кромках.
Технический эффект, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении прочности соединения за счет устранении дефектов в швах при полном проплавлении свариваемых пластин.
Указанный технический эффект достигается тем, что при сварке трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов на заготовках 1 с обратной стороны выполняют скос 2 в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, катеты которого совмещены с торцевой и обратной стороной заготовок 1, кромки фиксируют на массивной подкладке 3, а сварку осуществляют вращающимся инструментом, состоящим из заплечника 4 и штыря 5. Штырь 5 в зоне стыка погружают в материал заготовок 1, а заплечник 4 вводят в контакт с поверхностью заготовок 1. После этого инструмент перемещают вдоль свариваемых кромок со скоростью сварки. Способ отличается тем, что величину катета скоса 2 кромок выбирают из соотношения к=(0,15-0,40)h, где h - толщина свариваемых заготовок, рабочий торец штыря 5 заглубляют в материал заготовок 1 до уровня скоса 2 кромок, причем подкладку 3 выполняют из материала 6 с низкой теплопроводностью.
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами:
на фиг.1 представлена схема реализации заявляемого способа;
на фиг.2 - макроструктура соединения на сплаве В-1341 при K=0,12h;
на фиг.3 - макроструктура соединения на сплаве В-1341 при K=0,30h;
на фиг.4 - макроструктура соединения на сплаве В-1341 при K=0,45h;
При величине катета К скоса 2 кромок менее 0,15h в корневой части соединения в процессе сварки не происходит перемешивания металла свариваемых заготовок, разрушения оксидных пленок и образования металлической связи между заготовками (фиг.2). Увеличение катета К скоса 2 кромок до (0,15-0,40)h способствует интенсификации перемешивания металла заготовок в корневой части соединения, разрушению оксидных пленок и повышению прочности сварного соединения (фиг.3). Дальнейшее увеличение катета К скоса 2 кромок более 0,40h сопровождается интенсивным перемешиванием металла в корневой части соединения. Однако в этом случае требуется дополнительный металл для заполнения разделки, образованной скосами на свариваемых заготовках. Этот металл поступает в образовавшуюся разделку из шва под действием инструмента. В данном случае заполнение разделки, образованной скосами кромок соединяемых заготовок, будет сопровождаться возникновением пустот в металле шва (фиг.4). Наличие пустот снижает прочность соединения.
Таким образом, оптимальным является величина скоса свариваемых кромок (0,15-0,40)h.
На формирование соединения и его качество, помимо величины катета К скоса 2 кромок, существенное влияние оказывает глубина погружения штыря в материал соединяемых заготовок 1. Оптимальным следует признать положение штыря 5 инструмента, когда его рабочий торец совмещен с началом катета скоса 2 кромок (точка А на фиг.1). При положении, когда рабочий торец штыря 5 находится выше точки А, в процессе сварки не наблюдается разогрева и перемешивания материала заготовок в области скоса кромок. Это приводит к образованию несплавления в корне шва.
Когда рабочий торец штыря 5 инструмента совмещен с точкой А (фиг.1) или введен в материал глубже, но не более чем на 10% от величины катета скоса кромок, то наблюдается формирование полного проплавления заготовок 1 с заполнением разделки, сформированной скосами кромок соединяемых заготовок. Увеличение глубины введения инструмента в материал заготовок и в разделку, сформированную скосами кромок соединяемых заготовок, приводит к вытеснению пластифицированного материала из-под штыря 5 инструмента с образованием несплошности в корне соединения, что снижает прочность сварного соединения.
Для качественного формирования соединения без дефектов в корневой части шва необходимо обеспечить пребывание металла соединяемых заготовок в этой зоне в пластичном состоянии некоторый промежуток времени. В этом случае обеспечивается перемешивание металла заготовок в корне шва. Для достижения этого эффекта подкладка 3 в зоне соединения на ширине, равной диаметру заплечника, выполнена из материала 6 с низкой теплопроводностью, например из титанового сплава.
Заявляемый способ был опробован при сварке заготовок из алюминиевого сплава В-1341 толщиной 3 мм. Заготовки сваривали стыковым швом. При сварке использовали вертикальный фрезерный станок, оснащенный специальным приспособлением для фиксации свариваемых заготовок. Сварку осуществляли с помощью специального инструмента, состоящего из заплечника диаметром 14 мм и штыря диаметром 3 мм. Глубину погружения штыря в материал заготовок варьировали в зависимости от величины К скоса кромок свариваемых заготовок. Сварку выполняли на скорости 150 мм/мин при частоте вращения инструмента 920 об/мин. Влияние параметров процесса на качество соединения представлено в таблице.
Таблица | |||||||
№ п.п. | h, мм | K | f, мм | D′, мм | σв, МПа | Формирование шва | |
n×h | мм | ||||||
1 | 3 | 0,10h | 0,3 | 2,70 | 14 | 280 | Дефекты в корне шва |
2 | 3 | 0,15h | 0,45 | 2,55 | 14 | 308 | Формирование соединения без дефектов в шве |
3 | 3 | 0,30h | 0,90 | 2,10 | 14 | 317 | |
4 | 3 | 0,40h | 1,20 | 1,80 | 14 | 310 | |
5 | 3 | 0,50h | 1,50 | 1,50 | 14 | 215 | Полости в металле шва |
6 | 3 | 0,30h | 0,9 | 2,10 | 14 | 317 | Соединение без дефектов |
7 | 3 | 0,30h | 0,9 | 2,19 | 14 | 309 | |
8 | 3 | 0,30h | 0,9 | 2,30 | 14 | 285 | Полости в металле шва |
9 | 3 | 0,30h | 0,9 | 2,10 | 15 | 310 | Соединение без дефектов |
10 | 3 | 0,30h | 0,9 | 2,10 | 13 | 277 | Несплавления в корне шва |
Таким образом, заявляемый способ сварки трением с перемешиванием обеспечивает повышение прочности соединения за счет устранения дефектов в корневой части соединения.
Claims (1)
- Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов, при котором на кромках свариваемых заготовок с обратной стороны выполняют скос в виде прямоугольного треугольника, кромки фиксируют на массивной подкладке, а сварку осуществляют вращающимся инструментом, состоящим из заплечника и штыря, причем штырь в зоне стыка погружают в материал заготовок, а заплечник вводят в контакт с поверхностью заготовок, после чего инструмент перемещают вдоль стыка свариваемых кромок заготовок со скоростью сварки, отличающийся тем, что скос кромок выполняют в виде равнобедренного прямоугольного треугольника, катеты которого совмещены с торцевой и обратной сторонами заготовок, величину катета K задают по соотношению K=(0,15-0,40)h, где h - толщина заготовок, при сварке рабочий торец штыря инструмента заглубляют в материал заготовок до уровня скоса кромок, а подкладку выполняют из материала с низкой теплопроводностью.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007134467/02A RU2412034C2 (ru) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007134467/02A RU2412034C2 (ru) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007134467A RU2007134467A (ru) | 2009-03-20 |
RU2412034C2 true RU2412034C2 (ru) | 2011-02-20 |
Family
ID=40544919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007134467/02A RU2412034C2 (ru) | 2007-09-14 | 2007-09-14 | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2412034C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460618C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Способ комбинированной фрикционно-дуговой сварки |
RU2509637C1 (ru) * | 2012-08-28 | 2014-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки перемешиванием |
RU2714008C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-02-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" | Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых конструкций и инструмент для его осуществления |
-
2007
- 2007-09-14 RU RU2007134467/02A patent/RU2412034C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2460618C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2012-09-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Способ комбинированной фрикционно-дуговой сварки |
RU2509637C1 (ru) * | 2012-08-28 | 2014-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки перемешиванием |
RU2714008C1 (ru) * | 2019-03-19 | 2020-02-11 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" | Способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых конструкций и инструмент для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007134467A (ru) | 2009-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6350334B2 (ja) | 接合方法及び複合圧延材の製造方法 | |
US5971252A (en) | Friction stir welding process to repair voids in aluminum alloys | |
KR101250708B1 (ko) | 접합 방법 | |
US6460752B1 (en) | Method of friction stir welding with grooved backing member | |
CZ258696A3 (en) | Welding by friction during motion | |
US20210370433A1 (en) | Method for manufacturing liquid-cooling jacket and friction stir welding method | |
CN104002029B (zh) | 一种改进的平板对接埋弧焊接方法 | |
JP6927163B2 (ja) | 接合方法及び複合圧延材の製造方法 | |
RU2412034C2 (ru) | Способ сварки трением с перемешиванием стыковых соединений алюминиевых сплавов | |
Chiou et al. | A pinless embedded tool used in FSSW and FSW of aluminum alloy | |
CN103894725A (zh) | 一种利用附加顶板产生余高的搅拌摩擦焊接的方法 | |
KR20180003878A (ko) | 마찰교반에 의한 두께가 상이한 이종재료의 접합방법 | |
CN105149789A (zh) | 0.5mm镀锌板角接激光焊接工艺 | |
CN106312295B (zh) | 一种添加中间焊接材料提高铝锂合金焊接接头强度的方法 | |
JP2000042781A (ja) | 凹状欠陥部の補修方法 | |
US20200038997A1 (en) | Method for Producing a Component Assembly, and Component Assembly | |
CN104942428A (zh) | 一种液压缸摩擦焊接的生产工艺 | |
JP2017119305A (ja) | アルミニウム構造部材の製造方法 | |
CN109500486B (zh) | 铝合金厚板卷圆壳体的纵向对接缝的定位及焊接方法 | |
KR20050032129A (ko) | 박판접합용 표면이동 마찰용접방법 | |
JP6429104B2 (ja) | 摩擦撹拌接合体 | |
CN210548811U (zh) | 一种背部穿透且超声工具头支撑辅助的搅拌摩擦焊接装置 | |
RU2496621C1 (ru) | Способ фрикционной сварки вращающимся диском | |
Meng et al. | Effects of rotational velocity on microstructures and mechanical properties of surface compensation friction stir welded 6005A-T6 aluminum alloy | |
RU2787195C1 (ru) | Способ гибридной лазерно-дуговой сварки толстостенных труб |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110915 |