RU2570249C1 - Method to manufacture ribbed shells - Google Patents

Method to manufacture ribbed shells Download PDF

Info

Publication number
RU2570249C1
RU2570249C1 RU2014138731/02A RU2014138731A RU2570249C1 RU 2570249 C1 RU2570249 C1 RU 2570249C1 RU 2014138731/02 A RU2014138731/02 A RU 2014138731/02A RU 2014138731 A RU2014138731 A RU 2014138731A RU 2570249 C1 RU2570249 C1 RU 2570249C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sheet
ribs
grooves
welding
shell
Prior art date
Application number
RU2014138731/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Кулик
Анатолий Владимирович Гудков
Николай Игоревич Созонович
Николай Иванович Макаревский
Александр Викторович Шаров
Никита Олегович Картузов
Ростислав Владимирович Машко
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш"
Priority to RU2014138731/02A priority Critical patent/RU2570249C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570249C1 publication Critical patent/RU2570249C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: previously on a shell sheet they make grooves by pressure working with a rotary tool to form a flash at two sides of the grooves. Welded ends of ribs are made as sharpened by shape of the groove. Then the sharpened ends of ribs are arranged in grooves of the sheet, and the shell sheet is welded with ribs at two sides of ribs using the flash as an additive material. The groove is made with depth from 0.5 to 0.6 of sheet thickness.
EFFECT: invention makes it possible to ensure strength of a sheet-rib welded joint.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области сборочно-сварочного производства и может быть использовано при изготовлении оребренных обечаек, применяемых для производства широкого спектра изделий, например корпусов и топливных баков летательных аппаратов, цистерн для транспортирования и хранения различных сред и пр.The invention relates to the field of assembly and welding production and can be used in the manufacture of finned shells used for the production of a wide range of products, for example, hulls and fuel tanks of aircraft, tanks for transportation and storage of various environments, etc.

Известен способ изготовления сварных тонкостенных конических обечаек с ребрами жесткости, согласно которому осуществляют формирование сегментов обечайки, образование на них ребер жесткости путем отгибания продольных кромок сегментов, размещение сегментов на съемных опорных пластинах каркаса с образованием конической поверхности и с зазорами между боковыми кромками смежных опорных пластин и сварку смежных сегментов друг с другом по линии продольных кромок, образующих ребра.A known method of manufacturing a welded thin-walled conical shells with stiffeners, according to which the segments of the shell are formed, the formation of stiffeners on them by bending the longitudinal edges of the segments, placing the segments on removable support plates of the frame with the formation of a conical surface and with gaps between the side edges of adjacent support plates and welding adjacent segments with each other along the line of longitudinal edges forming the ribs.

(см. патент РФ №2510686, кл. В23K 31/02, 2014 г.).(see RF patent No. 2510686, CL B23K 31/02, 2014).

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он имеет весьма ограниченную область применения, так как может быть использован только для изготовления только тонкостенных обечаек с продольными ребрами.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that it has a very limited scope, since it can be used only for the manufacture of thin-walled shells with longitudinal ribs.

Известен способ изготовления ребристых панелей, при котором на металлический лист устанавливают набор ребер, фиксируют и приваривают набор к листу, причем перед сваркой выполняют разделку кромок с каждой стороны ребра, фиксацию ребер набора относительно листа производят гидравлическим прижимом с образованием зазора, приварку каждого ребра набора осуществляют поочередно с противоположных сторон, причем перед выполнением первого прохода сварки в разделку со стороны, противоположной сварке, устанавливают вдоль и поджимают поперек привариваемого ребра формирующую подкладку в виде планки-обоймы с размещенным в ней набором подпружиненных керамических подкладок, а после выполнения первого прохода сварки подкладку удаляют, при этом формирующая подкладка имеет треугольную форму с углом при основании, равным углу разделки кромки, а ее вершины скруглены по радиусу, равному зазору между ребром и листом.There is a known method of manufacturing ribbed panels, in which a set of ribs is mounted on a metal sheet, the set is fixed and welded to the sheet, and before welding, the edges are cut on each side of the ribs, the set ribs are fixed relative to the sheet by hydraulic clamping to form a gap, each set of the ribs is welded alternately from opposite sides, and before performing the first welding pass into the groove from the side opposite to the welding, they are installed along and pressed across the ribs to be welded forming a lining in the form of a strap-holder with a set of spring-loaded ceramic pads placed in it, and after the first pass of welding, the lining is removed, while the forming lining has a triangular shape with an angle at the base equal to the angle of cutting of the edge, and its vertices are rounded radially equal to the gap between the rib and the sheet.

(см. патент РФ №2483848, кл. В23K 39/035, 2013 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent No. 2483848, class B23K 39/035, 2013) is the closest analogue.

В результате анализа известного способа необходимо отметить, что он весьма сложен в реализации, обладает ограниченными технологическими возможностями, так как применим, в основном, для сварки материалов из алюминиевых сплавов АМг6. Используемая в способе многопроходная «заливка» разделки расплавленным присадочным материалом по рабочему сечению сварного соединения будет иметь прочность переплавленного присадочного материала, то есть более низкую по сравнению с прочностью основного материала. Кроме того, весьма энергозатратный и длительный процесс сварки по данному способу с расплавлением металла сварочной ванны приводит к разупрочнению основного материала свариваемых кромок, оказавшихся в зоне термического влияния в процессе сварки (примерно 60 мм от оси сварочного шва с каждой его стороны). Это уменьшает прочность сварного шва и приводит к необходимости использовать листы и ребра увеличенной толщины, что увеличивает массу изделия, а это нежелательно для изделий, используемых для изготовления летательных аппаратов.As a result of the analysis of the known method, it should be noted that it is very difficult to implement, has limited technological capabilities, as it is mainly used for welding materials from aluminum alloys AMg6. The multi-pass “pouring” of cutting with molten filler material in the working section of the welded joint used in the method will have the strength of the melted filler material, that is, lower than the strength of the base material. In addition, a very energy-consuming and lengthy welding process according to this method with molten metal in the weld pool leads to softening of the main material of the welded edges, which appeared in the heat-affected zone during the welding process (approximately 60 mm from the axis of the weld on each side of it). This reduces the strength of the weld and leads to the need to use sheets and ribs of increased thickness, which increases the mass of the product, and this is undesirable for products used for the manufacture of aircraft.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа изготовления оребренных обечаек достаточно простого в осуществлении, позволяющего обеспечить прочность сварного соединения «лист-ребро», а также получение обечайки с минимальной массой.The technical result of the present invention is the development of a method of manufacturing finned shells quite simple to implement, which allows to ensure the strength of the welded joint "sheet-rib", as well as obtaining a shell with a minimum weight.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе изготовления оребренных обечаек, согласно которому на лист обечайки устанавливают ребра и осуществляют сварку листа и ребер, новым является то, что на листе давлением с использованием вращающегося инструмента выполняют канавки, с образованием облоя по двум их сторонам, а на одном из торцов ребер - заострение по форме канавки, заостренные торцы ребер располагают в канавках листа, а сварку листа с ребрами осуществляют по двум сторонам ребер с использованием облоя в качестве присадочного материала, при этом глубина канавок на листе составляет 0,5-0,6 толщины листа.The specified technical result is ensured by the fact that in the method of manufacturing finned shells, according to which ribs are installed on the shell sheet and the sheet and ribs are welded, it is new that grooves are made on the sheet using pressure using a rotating tool, with the formation of a flap on both sides of them, and at one of the ends of the ribs there is a sharpening in the shape of a groove, the pointed ends of the ribs are placed in the grooves of the sheet, and welding of the sheet with ribs is carried out on two sides of the ribs using a burr as filler material, while the depth of the grooves on the sheet is 0.5-0.6 sheet thickness.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг. 1 показан процесс выполнения канавок под ребра на листе обечайки;- in FIG. 1 shows the process of making grooves for ribs on a shell sheet;

- на фиг. 2 представлено аксонометрическое изображение листа обечайки с выполненной на нем канавкой;- in FIG. 2 is a perspective view of a shell sheet with a groove thereon;

- на фиг. 3 показан вид с торца листа обечайки с выполненной на нем канавкой;- in FIG. 3 shows an end view of a shell sheet with a groove made thereon;

- на фиг. 4 показано сварное соединение листа с ребром.- in FIG. 4 shows a welded joint of a sheet with a rib.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.The claimed method is as follows.

Согласно заявленному способу первоначально на листе 1 обечайки выполняют продольные и/или поперечные канавки 2 (если обечайка имеет цилиндрическую форму, то кольцевые). Количество и расположение канавок определяется количеством и расположением ребер, заданных конструкторской документацией. Канавки могут быть выполнены на стандартном оборудовании, например на фрезерных или строгальных станках, в суппортах которых установлены инструментальные головки, несущие деформирующий вращающийся инструмент, например, деформирующий ролик 3, имеющий возможность вращения при выполнении канавки 2. Как показали исследования, выполнение канавок выдавливанием, с использованием вращающегося ролика, в отличие от выполнения канавки резанием или давильным инструментом, не имеющим возможности вращения, позволяет сохранить структурную однородность материала листа 1, что минимально уменьшает его прочность и жесткость, а также получить на листе с двух сторон канавки достаточное количество облоя 4, служащего присадочным материалом в процессе сварки листа 1 с ребрами 5. Предпочтительно, чтобы количество облоя 4 с двух сторон канавки было одинаково, так как это обеспечивает при сварке листа с ребром получение сварных швов одинаковых характеристик. Поэтому рабочая поверхность ролика 3 должна быть симметричной относительно его оси симметрии (ось О-О).According to the claimed method, initially on the shell sheet 1, longitudinal and / or transverse grooves 2 are made (if the shell has a cylindrical shape, then annular). The number and location of the grooves is determined by the number and location of the ribs defined by the design documentation. Grooves can be made on standard equipment, for example, milling or planing machines, in the calipers of which tool heads are installed that carry a deforming rotating tool, for example, a deforming roller 3 that can rotate when grooves are made 2. As shown by studies, grooves are extruded by using a rotating roller, in contrast to groove cutting or a pressing tool that does not have the ability to rotate, allows you to maintain structural homogeneity the material of the sheet 1, which minimizes its strength and stiffness, and also to obtain on the sheet from both sides of the groove a sufficient amount of flake 4, which serves as filler material during welding of sheet 1 with ribs 5. It is preferable that the amount of flake 4 on both sides of the groove be the same, since this ensures that welds of the same characteristics are obtained when welding a sheet with a rib. Therefore, the working surface of the roller 3 should be symmetrical about its axis of symmetry (axis O-O).

Весьма важным для заявленного способа является глубина h канавки 2. Если канавка будет достаточно глубокой, то это ослабляет прочность листа 1, а если слишком мелкой, то прочность сварного соединения листа с ребром будет невысокой. В результате исследований установлено, что глубина канавки должна находиться в пределах 0,5-0,6 толщины (Н) листа, то есть h=0,5-0,6 Н. Меньшая глубина не позволяет получить достаточного для сварки количества присадочного материала, а большая - значительно ослабляет прочность листа 1. Канавка в сечении имеет форму клина с углом заострения α, который определен экспериментально и выбирается близким к 90°, а именно находится в пределах 85°-95°.Very important for the claimed method is the depth h of the groove 2. If the groove is deep enough, this weakens the strength of the sheet 1, and if it is too shallow, then the strength of the welded joint of the sheet with the edge will be low. As a result of studies, it was found that the depth of the groove should be in the range of 0.5-0.6 thickness (N) of the sheet, that is, h = 0.5-0.6 N. The smaller depth does not allow to obtain sufficient filler material for welding, and large - significantly weakens the strength of the sheet 1. The groove in the section has the shape of a wedge with a taper angle α, which is determined experimentally and is selected close to 90 °, namely it is in the range of 85 ° -95 °.

Торец ребра (ребер) 5 перед сваркой с листом 1 известным образом, например фрезерованием или обработкой давлением, заостряют под углом α, равным углу выполненной на листе канавки 2. Заострение на ребрах может быть выполнено обработкой давлением с образованием облоя вдоль ребра. В данном случае облой, как и облой, полученный на листе 1, используется в качестве присадочного материала при сварке листа с ребрами. Увеличение количества присадочного материала позволяет увеличить толщину сварных швов, а следовательно, прочность сварного соединения.The end face of the ribs (ribs) 5 before welding with the sheet 1 in a known manner, for example, by milling or pressure treatment, is sharpened at an angle α equal to the angle of the groove 2 made on the sheet. The sharpening on the ribs can be performed by pressure treatment with the formation of a burr along the rib. In this case, the flashing, like the flashing obtained on sheet 1, is used as a filler material when welding a sheet with ribs. The increase in the amount of filler material allows to increase the thickness of the welds, and therefore, the strength of the welded joint.

Таким образом, для реализации способа подготавливают лист 1, выполняя в нем сетку канавок 2, подготавливают ребра 5, заостряя их торец, контактирующий с листом. Далее лист 1 укладывают на стол стандартного сборочно-сварочного стенда, в образованные в нем канавки заостренными торцами устанавливают ребра 5 и фиксируют их в заданном положении известным образом, например, гидравлическими прижимами. Осуществляют сварку, например, электронно-лучевую, приваривая с двух сторон ребра 5 к листу 1, используя облой 4 в качестве присадочного материала. Процесс сварки является стандартным и не представляет сложностей для специалистов.Thus, to implement the method, sheet 1 is prepared by performing a grid of grooves 2 therein, ribs 5 are prepared, sharpening their end face in contact with the sheet. Next, sheet 1 is laid on the table of a standard assembly-welding stand, ribs 5 are mounted in the grooves formed therein and the ribs 5 are fixed and fixed in a predetermined position in a known manner, for example, by hydraulic clamps. Carry out welding, for example, electron beam, welding on both sides of the ribs 5 to the sheet 1, using the casing 4 as a filler material. The welding process is standard and not difficult for specialists.

В результате получается оребренная обечайка. Ребра на ней могут быть расположены как с одной, так и с двух сторон. Это не меняет сущности заявленного способа. Соединением таких обечаек посредством, например, сварки, могут быть изготовлены изделия, например корпуса топливных баков летательных аппаратов.The result is a ribbed shell. Ribs on it can be located both on one or both sides. This does not change the essence of the claimed method. By connecting such shells by means of, for example, welding, products, for example, aircraft fuel tank bodies, can be manufactured.

Весьма важно также и то, что в процессе электронно-лучевой сварки плавление сварочной ванны происходит в узкой зоне и ширина шва составляет не более 2-3 мм. Использование в качестве присадочного материала облоя из того же материала, что и само изделие, позволяет обеспечить оптимальные условия сварки и минимизировать зону разупрочнения и повысить прочность сварного шва.It is also very important that in the process of electron beam welding, the weld pool melts in a narrow zone and the seam width is no more than 2-3 mm. The use of filler material of the same material as the product itself as filler material makes it possible to ensure optimal welding conditions and minimize the softening zone and increase the strength of the weld.

Сущность заявленного способа будет более понятна из приведенного ниже примера. Изготавливали листовую обечайку для сварки топливного бака ракетного двигателя. The essence of the claimed method will be more clear from the example below. A sheet shell was made for welding the fuel tank of a rocket engine.

Материал листа - сплав АМг6ННП с пределом прочности (σ)=42 кгс/мм2.The sheet material is AMg6NNP alloy with a tensile strength (σ) = 42 kgf / mm 2 .

Размеры листа: длина 5966 мм, ширина 1600 мм, толщина 15 мм.Sheet dimensions: length 5966 mm, width 1600 mm, thickness 15 mm.

Материала ребер - сплав АМг6ННП с пределом прочности (σ)=42 кгс/мм2.The material of the ribs is AMg6NNP alloy with a tensile strength (σ) = 42 kgf / mm 2 .

Размеры ребер: длина 1600 мм, ширина 70 мм, толщина 8 мм.Rib dimensions: length 1600 mm, width 70 mm, thickness 8 mm.

Расположение ребер - продольное, с равным шагом.The location of the ribs is longitudinal, with equal pitch.

На фрезерном станке вращающимся инструментом, в качестве которого использовали ролик, выполняли десять продольных канавок, глубиной 7,5 мм с углом α, равным 90°. На фрезерном станке формировали острые кромки торца ребер. Устанавливали ребра в канавках листа и фиксировали их прижимами, оставляя одну сторону ребра свободной для обеспечения сварки с данной стороны. Электронно-лучевой сваркой осуществляли с одной стороны сварку листа с ребрами, используя облой в качестве присадочного материала. Затем переустанавливали прижимы и аналогично осуществляли сварку листа с ребрами с другой их стороны.On a milling machine with a rotating tool, which was used as a roller, ten longitudinal grooves were made, with a depth of 7.5 mm and an angle α equal to 90 °. The sharp edges of the edges of the ribs were formed on the milling machine. The ribs were installed in the grooves of the sheet and fixed with their clamps, leaving one side of the ribs free to ensure welding from this side. Electron beam welding was performed on one side of the welding sheet with ribs, using a flash as a filler material. Then the clamps were reinstalled and, likewise, the sheet was welded with ribs on their other side.

В итоге получили обечайку с заданным количеством и расположением ребер, которая имеет прочностные характеристики сварного шва, практически одинаковые с прочностными характеристиками основного материала.As a result, we got a shell with a given number and arrangement of ribs, which has the strength characteristics of the weld, almost the same as the strength characteristics of the base material.

Способ весьма прост в осуществлении. Для его реализации используется стандартное оборудование.The method is very simple to implement. For its implementation, standard equipment is used.

Claims (1)

Способ изготовления оребренных обечаек, включающий установку ребер на лист обечайки и сварку листа обечайки и ребер, отличающийся тем, что предварительно на листе обечайки выполняют канавки, при этом канавки выполняют обработкой давлением вращающимся инструментом с образованием облоя по двум сторонам канавок, причем свариваемые торцы ребер выполняют заостренными по форме канавки, затем заостренные торцы ребер располагают в канавках листа и осуществляют сварку листа обечайки с ребрами по двум сторонам ребер с использованием облоя в качестве присадочного материала, при этом канавку выполняют глубиной от 0,5 до 0,6 толщины листа. A method of manufacturing finned shells, including installing ribs on the shell sheet and welding the shell sheet and ribs, characterized in that the grooves are preliminarily made on the shell sheet, the grooves being machined by pressure with a rotating tool to form a burr on both sides of the grooves, and the welded ends of the ribs pointed in the shape of a groove, then the pointed ends of the ribs are placed in the grooves of the sheet and the sheet of the shell is welded with ribs on two sides of the ribs using a flash in quality of filler material, while the groove is performed with a depth of from 0.5 to 0.6 sheet thickness.
RU2014138731/02A 2014-09-26 2014-09-26 Method to manufacture ribbed shells RU2570249C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014138731/02A RU2570249C1 (en) 2014-09-26 2014-09-26 Method to manufacture ribbed shells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014138731/02A RU2570249C1 (en) 2014-09-26 2014-09-26 Method to manufacture ribbed shells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2570249C1 true RU2570249C1 (en) 2015-12-10

Family

ID=54846513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014138731/02A RU2570249C1 (en) 2014-09-26 2014-09-26 Method to manufacture ribbed shells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570249C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761841C1 (en) * 2021-02-05 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for manufacturing ribbed panels from dissimilar alloys

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU700308A1 (en) * 1976-12-14 1979-11-30 Предприятие П/Я В-2481 Toe joint
RU2105647C1 (en) * 1996-02-20 1998-02-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Спин" Method of high-frequency welding of sections of surface-rib type
JP2002361469A (en) * 2001-06-12 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Welding method
RU2483848C1 (en) * 2012-01-19 2013-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Method of making ribbed panels

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU700308A1 (en) * 1976-12-14 1979-11-30 Предприятие П/Я В-2481 Toe joint
RU2105647C1 (en) * 1996-02-20 1998-02-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Спин" Method of high-frequency welding of sections of surface-rib type
JP2002361469A (en) * 2001-06-12 2002-12-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Welding method
RU2483848C1 (en) * 2012-01-19 2013-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Method of making ribbed panels

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2761841C1 (en) * 2021-02-05 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for manufacturing ribbed panels from dissimilar alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6350334B2 (en) Joining method and composite rolled material manufacturing method
US20070057015A1 (en) Tapered friction stir welding and processing tool
JP5601210B2 (en) Joining method and joining tool
KR20120111945A (en) Method of an apparatus for friction stir spot welding with adapted number of shoulders with respect to thicknesses of plates to be spot welded
JP2009148821A (en) Friction-stir weldment and system and method for producing the same
JP6927163B2 (en) Joining method and manufacturing method of composite rolled material
RU2570249C1 (en) Method to manufacture ribbed shells
JP6017205B2 (en) Method for manufacturing y-type weld crack test plate
RU2314902C2 (en) Friction welding method by means of rotating disc tool
JP2012236205A (en) Method for repairing mold
KR101687250B1 (en) Method for Friction Stir Welding
US20180207746A1 (en) Friction stir welding method
Ahmed et al. On increasing productivity of micro-friction stir welding with aid of tool shoulder micro-features
US6161751A (en) Method of joining metal strip ends together using a consumable insert
KR20150085769A (en) Welding method of butt joint
US20200398360A1 (en) System and method for forming a weld along a length
CN109664024B (en) Laser welding method for repairing surface or internal defect of parent metal
JP6809436B2 (en) Joining method and manufacturing method of composite rolled material
Kim et al. A feasibility study on the three-dimensional friction stir welding of aluminum 5083-O thin plate
Jassim et al. Effect of tool rotational direction and welding speed on the quality of friction stir welded Al-Mg Alloy 5052-O
RU2496621C1 (en) Method of friction welding by rotary disc
RU2444425C2 (en) Method of repairing fractures in metal structures
JP6747365B2 (en) Joining method
RU2560814C2 (en) Making of edges of sheet blanks by cutting for welding of sheet blanks
WO2010022930A1 (en) Device for preparing the end faces of thin-walled jackets for welding

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner