RU2609571C1

RU2609571C1 - Method for multilayer deposit welding of monocoque

Info

Publication number: RU2609571C1
Application number: RU2015130286A
Authority: RU
Inventors: Валерий Викторович Барыгин
Original assignee: Валерий Викторович Барыгин
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-02-02

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to a method of producing multilayer monocoque and can be used in transportation and aircraft engineering. The layer-by-layer electronic drawing of the monocoque is made. The monocoque is deposit-welded by a laser beam on a substrate, perpendicular to the longitudinal axis of the monocoque, successively layer by layer according to the electronic drawing. Deposit welding using a laser beam is performed using a wire having a square cross-section, a given composition and cross dimension. Deposit welding of the next layer includes partial fusion of interfaced surfaces in the area of the next contact of automatically fed wire and substrate or previously deposit-welded layer so as to enable metallurgical bonding thereof. The laser beam can be continuous or pulsed.

EFFECT: invention provides accuracy of laser deposit welding of monocoque due to partial fusion of the deposit-welded sire on the interfaced surface and reduces work on further finishing processing of the monocoque surfaces.

2 dwg, 1 ex

Description

Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к способам создания монококов, в основном применяемых в транспортной и авиационной технике.The claimed technical solution relates to the field of engineering, and in particular to methods for creating monocoque, mainly used in transport and aircraft.

Монокок - это цельная оболочка, являющаяся достаточно прочной для того, чтобы воспринимать и передавать нагрузки. Монокок с минимумом подкрепляющих конструктивных элементов - шпангоутов, лонжеронов, стрингеров, называют усиленным монококом.A monocoque is a one-piece shell that is strong enough to absorb and transmit loads. A monocoque with a minimum of supporting structural elements - frames, spars, stringers, is called a reinforced monocoque.

Прототипом заявляемого технического решения является заявка на изобретение РФ №: 2013149841 от 08.11.2013 г., МПК-7: В29С 63/00, B23K 26/342. B23K 101/04, опубликованная 20.05.2015 г. и описывающая способ изготовления многослойной монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки заданной конфигурации и аэродинамической формы с внутренними силовыми элементами, включающий лазерную многослойную наплавку слоев на подложку, отличающийся тем, что сначала выполняют послойный электронный чертеж изготавливаемой конструкции, подложку располагают в вертикальной плоскости и осуществляют на нее последовательно слой за слоем наплавку оболочки с внутренними силовыми элементами согласно электронному чертежу по меньшей мере одной рабочей лазерной головкой, которую перемещают в вертикальной плоскости с автоматической подачей проволоки из материала слоев и поступательно перемещают относительно продольной оси изготавливаемой конструкции, которую в процессе наплавки фиксируют по мере ее изготовления механизированными опорами, при этом в процессе наплавки изменяют ширину наплавляемого участка путем поступательного и продольного движения лазерного луча с заданной амплитудой.The prototype of the proposed technical solution is the application for the invention of the Russian Federation No.: 2013149841 dated 11/08/2013, IPC-7: В29С 63/00, B23K 26/342. B23K 101/04, published on 05/20/2015 and describing a method for manufacturing a multilayer monocoque structure in the form of a single continuous shell of a given configuration and aerodynamic shape with internal force elements, including laser multilayer deposition of layers on a substrate, characterized in that a layered electronic drawing is first performed of the fabricated structure, the substrate is placed in a vertical plane and the shell is surfaced sequentially layer by layer with the internal power elements according to it it is clear to the electronic drawing of at least one working laser head, which is moved in a vertical plane with automatic wire feed from the material of the layers and progressively moved relative to the longitudinal axis of the fabricated structure, which is fixed in the process of surfacing with mechanized supports, while changing during welding the width of the deposited area by translational and longitudinal motion of the laser beam with a given amplitude.

Общие признаки прототипа и заявляемого технического решения: наличие подложки для выполнения работ по лазерному наплавлению, процесс наплавления монокока.Common features of the prototype and the claimed technical solution: the presence of a substrate for laser fusion, the process of monocoque fusion.

Отличие заявляемого технического решения от прототипа заключается в том, что в заявляемом техническом решении раскрыты возможности создания способа многослойного наплавления монокока, при котором происходит частичное расплавление автоматически подающейся проволоки по стыкуемой с монококом поверхности.The difference between the claimed technical solution and the prototype lies in the fact that the claimed technical solution discloses the possibility of creating a method for multilayer deposition of monocoque, in which there is a partial melting of the automatically fed wire along the surface joined to the monocoque.

Цель разработки заявляемого технического решения - усовершенствование способа наплавления монокока, при котором осуществляется его более точное изготовление.The purpose of the development of the proposed technical solution is the improvement of the method of deposition of monocoque, in which it is more accurately manufactured.

Техническая задача - разработка способа, позволяющего увеличить точность лазерного наплавления монокока за счет частичного расплавления наплавляемой проволоки по стыкуемой поверхности.The technical task is to develop a method that allows to increase the accuracy of laser deposition of monocoque due to the partial melting of the weld wire along the abutting surface.

Технический результат применения заявляемого способа - увеличение точности наплавления и сокращение работ по дальнейшей финишной обработке поверхностей монокока.The technical result of the application of the proposed method is an increase in the deposition accuracy and a reduction in the work on further finishing processing of monocoque surfaces.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что способ наплавления монокока включает выполнение послойного электронного чертежа монокока, наплавление монокока на подложке, установленной перпендикулярно продольной оси монокока последовательно слой за слоем согласно электронному чертежу посредством рабочей головки, причем наплавление рабочей головкой слоя монокока происходит в процессе плавления лазерным лучом автоматически подающейся проволоки заданного профиля, состава и характерного поперечного размера, при этом наплавление рабочей головкой очередного слоя происходит в процессе частичного расплавления стыкуемых поверхностей в зоне последующего соприкосновения автоматически подающейся проволоки и подложки или ранее наплавленного слоя настолько, чтобы их металлургически связать, при этом лазерный луч может быть как непрерывным, так и импульсным или вместо лазерного луча используют электронный луч.The essence of the claimed technical solution consists in the fact that the monocoque deposition method involves performing a layered electronic monocoque drawing, monocoque deposition on a substrate mounted perpendicular to the monocoque longitudinal axis sequentially layer by layer according to the electronic drawing by means of a working head, wherein the monocoque layer is fused with the working head during melting a laser beam automatically feed wire of a given profile, composition and characteristic transverse size, while melting by the working head of the next layer occurs during the partial melting of the joined surfaces in the area of the subsequent contact of the automatically feeding wire and the substrate or the previously deposited layer so that they are metallurgically bonded, while the laser beam can be either continuous or pulsed or instead of using a laser beam, an electronic Ray.

Сущность заявляемого технического решения проиллюстрирована чертежами: схемой заявляемого способа фиг. 1 и примера конкретного выполнения фиг. 2, где:The essence of the claimed technical solution is illustrated by drawings: a diagram of the proposed method of FIG. 1 and an example of a specific embodiment of FIG. 2, where:

1 - проволока;1 - wire;

2 - монокок:2 - monocoque:

3 - лазерный луч;3 - a laser beam;

4 - области оплавления стыкуемых поверхностей;4 - areas of fusion of abutting surfaces;

5 - сплавленные поверхности проволоки и монокока;5 - fused surface of the wire and monocoque;

6 - подложка;6 - substrate;

7 – продольная ось.7 - longitudinal axis.

ПРИМЕР конкретного выполнения способа изготовления монококаEXAMPLE of a specific implementation of the method of manufacturing a monocoque

Задача: Изготовить (показано на чертеже Фиг. 2) монокок 2 диаметром 1000 мм и длиной 1000 мм на подложке 6, представляющий собой стальную цилиндрическую оболочку толщиной 1,5 мм.Objective: To make (shown in the drawing of Fig. 2) a monocoque 2 with a diameter of 1000 mm and a length of 1000 mm on a substrate 6, which is a steel cylindrical shell with a thickness of 1.5 mm.

Технический процесс изготовления монокока заключается в следующем: изготавливают с помощью системы AutoCAD 3D-модель чертежа монокока.The technical process of manufacturing a monocoque is as follows: a 3D model of a monocoque drawing is made using the AutoCAD system.

В вертикальной плоскости неподвижно устанавливают металлическую подложку 6 представляющую собой фланец диаметром 1000 мм из стального листа толщиной 5 мм, таким образом, чтобы через ее геометрический центр О перпендикулярно ее плоскости проходила продольная ось 7 (далее в примере - Строительная ось) будущего монокока 2. Технологическое оборудование, на котором установлена лазерная головка с автоматически подающим проволоку устройством (далее в примере - Рабочая Головка), устанавливают с возможностью перемещения вдоль Строительной оси 7 монокока 2.In the vertical plane, a metal substrate 6 is fixedly mounted, which is a flange with a diameter of 1000 mm from a steel sheet with a thickness of 5 mm, so that the longitudinal axis 7 (hereinafter referred to as the Construction axis) of the future monocoque passes through its geometric center O perpendicular to its plane. equipment on which a laser head is installed with a device automatically feeding wire (hereinafter referred to as the Working Head) is installed with the possibility of movement along the Construction axis 7 mon Eye 2.

3D-модель разбивают на слои толщиной 1,5 мм в плоскости, перпендикулярной Строительной оси монокока 2.The 3D model is divided into layers with a thickness of 1.5 mm in a plane perpendicular to the Building axis of the monocoque 2.

Рабочей Головкой на подложке последовательно слой за слоем наплавляют монокок 2 согласно 3D модели чертежа. Наплавление Рабочей Головкой металлического слоя происходит в процессе плавления лазерным лучом 3 автоматически подающейся стальной проволоки 1 квадратного сечения со стороной 1,5 мм, при этом наплавление рабочей головкой очередного слоя происходит в процессе частичного расплавления стыкуемых поверхностей 4 в зоне последующего соприкосновения автоматически подающейся проволоки и подложки или ранее наплавленного слоя на глубину примерно 25-30% от длины стороны сечения проволоки с целью, чтобы их металлургически связать 5.Working head on the substrate sequentially layer by layer surfaced monocoque 2 according to the 3D model of the drawing. The working head is fused with a metal layer during melting by a laser beam 3 of automatically fed steel wire 1 of square cross section with a side of 1.5 mm, while the working layer is fused with the next layer in the process of partial melting of the joined surfaces 4 in the area of the subsequent contact of the automatically fed wire and substrate or previously deposited layer to a depth of about 25-30% of the length of the side of the cross-section of the wire in order to metallurgically bind them 5.

Мощность лазера около 500 Ватт.Laser power is about 500 watts.

Рабочая Головка, совершив наплавление на подложке 6 сталью 1-го слоя монокока шириной 1,5 мм вокруг Строительной оси по диаметру монокока 2, последовательно наплавляет (согласно чертежа) 2-й слой и так далее до завершения.The Working Head, having deposited on the substrate 6 with steel of the 1st layer of monocoque with a width of 1.5 mm around the Construction axis along the diameter of monocoque 2, sequentially melts (according to the drawing) the 2nd layer and so on until completion.

В уровне техники не обнаружено подобного сочетания технической эффективности и экономичности, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».The prior art has not found such a combination of technical efficiency and economy, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty", "inventive step" and "industrial applicability".

Технический результат применения заявляемого технического решения заключается в создании более точного способа изготовления монокока в виде единой непрерывной оболочки за счет того, что каждый наплавляемый слой после наплавления имеет деформацию лишь в области оплавления стыкуемых поверхностей.The technical result of the application of the proposed technical solution is to create a more accurate method of manufacturing monocoque in the form of a single continuous shell due to the fact that each deposited layer after deposition has deformation only in the area of fusion of the joined surfaces.

Claims

A method of manufacturing a multilayer monocoque, including creating a 3D model of monocoque with layering in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the monocoque, arranging the substrate in a plane perpendicular to the axis of the monocoque, and depositing the monocoque on the substrate sequentially layer by layer according to the 3D model using a laser head, moreover, fusing the monocoque layer is performed in the process of melting by a laser beam of an automatically supplied wire of a given profile, composition and cross-sectional size, different t m, which is used for fusing the wire of square cross-section, wherein the fusing is performed with partial melting of the abutting surface, first - feed wire and the substrate, and then - the said wire and the previous deposited layer, wherein the fusing is performed in a continuous or pulsed laser beam.