RU2621514C2 - Инструмент для сварки трением с перемешиванием - Google Patents
Инструмент для сварки трением с перемешиванием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621514C2 RU2621514C2 RU2015150496A RU2015150496A RU2621514C2 RU 2621514 C2 RU2621514 C2 RU 2621514C2 RU 2015150496 A RU2015150496 A RU 2015150496A RU 2015150496 A RU2015150496 A RU 2015150496A RU 2621514 C2 RU2621514 C2 RU 2621514C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- support collar
- working
- working surface
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для сварки трением с перемешиванием (СТП) вращающимся инструментом. Инструмент для СТП изготовлен из быстрорежущей стали и выполнен в виде сплошного стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения. Рабочая часть выполнена с опорным буртом и снабжена рабочим стержнем, на боковой поверхности которого выполнены рельефные канавки. Вогнутая рабочая поверхность опорного бурта имеет форму усеченного конуса. Кромки опорного бурта расположены в плоскости, отклоненной от нормали к оси вращения инструмента на угол α, составляющий в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей от 1 до 15 градусов. Рабочая поверхность опорного бурта наклонена относительно упомянутой плоскости опорного бурта на угол γ. Ось симметрии рабочей поверхности опорного бурта наклонена к оси вращения инструмента на угол γ'. Углы γ и γ' в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей составляют от 5 до 15 градусов. За счет улучшения течения и перемешивания пластифицированного металла и создания дополнительного проковочного усилия инструмент обеспечивает получение высококачественного сварного шва. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к вращающимся инструментам для сварки трением с перемешиванием.
Изобретение может быть использовано в различных отраслях машиностроения для сварки различных металлов, типовых соединений и толщин в диапазоне от 2 мм до 75 мм при изготовлении конструкций типа тел вращения - обечаек, баков, каркасно-модульных конструкций.
Наиболее близким к заявленному является инструмент для сварки трением с перемешиванием по патенту РФ №2126738, кл. В23К 20/12, от 27.02.1999, принимаемый в качестве прототипа. Известный инструмент состоит из цилиндрического корпуса, верхняя часть которого соединена с источником энергии для обеспечения его вращения, а на нижнем торце выполнен опорный бурт с вогнутой рабочей поверхностью, на которой закреплен палец с резьбообразной конфигурацией его рабочей поверхности.
Недостатками прототипа являются:
1. Ослабление конструкции инструмента в месте крепления пальца, а следовательно, и снижение рабочего ресурса инструмента в целом.
2. Снижение рабочего ресурса сменного пальца за счет его утонения в месте крепления к телу инструмента.
Техническим результатом изобретения является создание инструмента, конструкция которого обеспечит повышенный рабочий ресурс, получение сварных соединений, обладающих прочностью на уровне основного металла.
Технический результат достигается тем, что выполненный в виде сплошного стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения, а рабочая часть выполнена с опорным буртом, имеющим вогнутую рабочую поверхность, и снабжена рабочим стержнем в форме усеченного конуса, на боковой поверхности которого выполнены рельефные канавки, при этом вогнутая рабочая поверхность опорного бурта имеет форму усеченного конуса, кромки опорного бурта расположены в плоскости, отклоненной от нормали к оси вращения инструмента на угол α, зависящий от типа и толщины свариваемых деталей, рабочая поверхность опорного бурта наклонена относительно упомянутой плоскости опорного бурта на угол γ, а ось симметрии рабочей поверхности опорного бурта наклонена к оси вращения инструмента на угол γ', при этом углы γ и γ' в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей составляют от 5 до 15 градусов.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг. 1 и фиг. 2, на которых изображены:
фиг. 1 - инструмент для сварки трением с перемешиванием:
1 - инструмент для сварки трением с перемешиванием;
2 - рабочий стержень;
3 - рабочая поверхность опорного бурта;
с - ось симметрии рабочей поверхности опорного бурта;
α - угол наклона плоскости опорного бурта к нормали оси инструмента;
γ - угол наклона рабочей поверхности опорного бурта к плоскости опорного бурта;
γ' - угол наклона оси симметрии рабочей поверхности к оси вращения инструмента.
фиг. 2 - схема процесса сварки:
1 - инструмент для сварки трением с перемешиванием;
2 - рабочий стержень;
3 - рабочая поверхность опорного бурта;
4 - зона избыточного давления вблизи рабочей поверхности опорного бурта;
5 - свариваемые заготовки;
6 - сварной шов;
α - угол наклона плоскости опорного бурта к нормали оси инструмента;
β - угол наклона оси инструмента к свариваемым деталям;
a, b - глубина внедрения кромок бурта в свариваемые детали;
S - направление сварки;
ω - направление вращения сварочного инструмента.
Инструмент 1 (фиг. 1 представляет собой сплошной стержень постоянного поперечного сечения, выполненный из быстрорежущей стали и закрепленный верхним концом в приводе вращения. На рабочей части выполнен опорный бурт с вогнутой рабочей поверхностью 3 (фиг. 1) в форме усеченного конуса, расширяющегося в сторону рабочей части опорного бурта; рабочая поверхность опорного бурта наклонена на угол γ относительно плоскости опорного бурта, и рабочий стержень 2 (фиг. 1), выполненный в форме усеченного конуса, расширяющегося в сторону нерабочей части инструмента. На боковой поверхности рабочего стержня может быть выполнен различный рельеф, в том числе направляющие канавки, для улучшения перемешивания, течения пластифицированного материала и разрушения оксидных пленок. Опорный бурт находится в плоскости, лежащей под углом α к нормали оси вращения инструмента.
Значение угла α находится в диапазоне от 1° до 15° в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей. Ось симметрии рабочей поверхности опорного бурта наклонена под углом γ' к оси вращения инструмента, а рабочая поверхность опорного бурта наклонена к плоскости опорного бурта под углом γ. Значения углов γ иγ' находятся в диапазоне от 5° до 15° в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей. Благодаря тому, что инструмент изготовлен без сменных рабочих стержней и внутренних полостей (отсутствие резких изменений сечения инструмента и мест крепления сменных рабочих стержней, как концентраторов напряжений), геометрии опорного бурта и рабочего стержня (форма усеченного конуса рабочего стержня и наличие разности высот заглубления кромок a, b опорного бурта (фиг. 2)), даже при изменении размеров рабочей части инструмента вследствие износа будет сохраняться увеличенное значение проковочного усилия за счет наличия зоны избыточного давления 4 (фиг. 2), тем самым обеспечивая повышение качества сварного шва, улучшенное течение и перемешивание пластифицированного металла даже при изменении размеров рабочего стержня. Диапазон толщин свариваемых деталей лежит в пределах от 2 мм до 75 мм.
Был изготовлен инструмент из быстрорежущей стали Р6М5 для сварки заготовок в стык соединения из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 4 мм. Параметры инструмента α=4°, β=2°, γ=7°, γ'=8°, параметры режимов сварки: вращение инструмента - 355 и 500 об/мин, подача инструмента - 40 и 56 мм/мин. По результатам прочностных испытаний было отмечено повышение твердости и прочности металла шва по сравнению с основным металлом на 10-15%. Для основного металла составили 60-68 единиц твердости, предел прочности σв=192 МПа-217 МПа и для металла сварного шва 70-78 единиц твердости, предел прочности σв=224 МПа-249 МПа соответственно. При испытании сварных образцов на изгиб при угле в 180° трещин в металле сварного шва обнаружено не было. По результатам испытаний сварных образцов можно сделать вывод о получении качественного сварного соединения, по своим свойствам, не уступающим основному металлу.
Выполненный таким образом инструмент имеет повышенный рабочий ресурс, благодаря конструкции его рабочей части повышается качество шва за счет улучшения течения и перемешивания пластифицированного металла, создания дополнительного проковочного усилия.
Claims (1)
- Инструмент для сварки трением с перемешиванием, выполненный в виде стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения, а рабочая часть выполнена с опорным буртом, имеющим вогнутую рабочую поверхность, и снабжена рабочим стержнем в форме усеченного конуса, на боковой поверхности которого выполнены рельефные канавки, отличающийся тем, что он выполнен сплошным, вогнутая рабочая поверхность опорного бурта имеет форму усеченного конуса, при этом кромки опорного бурта расположены в плоскости, отклоненной от нормали к оси вращения инструмента на угол α, составляющий в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей от 1 до 15 градусов, рабочая поверхность опорного бурта наклонена относительно упомянутой плоскости опорного бурта на угол γ, а ось симметрии рабочей поверхности опорного бурта наклонена к оси вращения инструмента на угол γ', при этом углы γ и γ' в зависимости от типа и толщины свариваемых деталей составляют от 5 до 15 градусов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150496A RU2621514C2 (ru) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Инструмент для сварки трением с перемешиванием |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150496A RU2621514C2 (ru) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Инструмент для сварки трением с перемешиванием |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015150496A RU2015150496A (ru) | 2017-05-31 |
| RU2621514C2 true RU2621514C2 (ru) | 2017-06-06 |
Family
ID=59031763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015150496A RU2621514C2 (ru) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Инструмент для сварки трением с перемешиванием |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2621514C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2126738C1 (ru) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Способ сварки трением с перемешиванием и нерасходуемый щуп для его осуществления |
| US6206268B1 (en) * | 2000-07-13 | 2001-03-27 | Murray W. Mahoney | Friction stir welding pin with internal flow channels |
| RU2277465C1 (ru) * | 2004-09-29 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Способ сварки трением и инструмент для его осуществления |
| RU2330749C2 (ru) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки с перемешиванием материала и инструмент для сварки |
-
2015
- 2015-11-25 RU RU2015150496A patent/RU2621514C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2126738C1 (ru) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Способ сварки трением с перемешиванием и нерасходуемый щуп для его осуществления |
| US6206268B1 (en) * | 2000-07-13 | 2001-03-27 | Murray W. Mahoney | Friction stir welding pin with internal flow channels |
| RU2277465C1 (ru) * | 2004-09-29 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Способ сварки трением и инструмент для его осуществления |
| RU2330749C2 (ru) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Способ фрикционной сварки с перемешиванием материала и инструмент для сварки |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015150496A (ru) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Amini et al. | Investigation of the effect of tool geometry on friction stir welding of 5083-O aluminum alloy | |
| Chowdhury et al. | Effect of pin tool thread orientation on fatigue strength of friction stir welded AZ31B-H24 Mg butt joints | |
| Chainarong et al. | Friction stir processing of SSM356 aluminium alloy | |
| JP6901001B2 (ja) | 両面摩擦撹拌接合用回転ツール、両面摩擦撹拌接合装置、及び両面摩擦撹拌接合方法 | |
| EP3475024A1 (en) | A non-consumable tool and a process for solid-state production of a channel and a weld joint, and a structure of at least two components based on originally bulk components of similar, or dissimilar, materials | |
| Prakash et al. | A study of process parameters of friction stir welded AA 6061 aluminum alloy | |
| Kim et al. | Effect of process parameters on optimum welding condition of DP590 steel by friction stir welding | |
| Nur et al. | Mechanical properties on friction stir welding of aluminum alloy 5052 | |
| Hassanifard et al. | The effect of the friction stir welding tool shape on tensile properties of welded Al 6061-T6 joints | |
| Liu et al. | Mechanical properties and their relations to microstructural characteristics of high-speed friction stir-welded AA6005A-T6 aluminum hollow extrusions | |
| Amini et al. | Pin axis effects on forces in friction stir welding process | |
| RU2621514C2 (ru) | Инструмент для сварки трением с перемешиванием | |
| Lefebvre et al. | Understanding of fatigue strength improvement of steel structures by hammer peening treatment | |
| Swaminathan et al. | Experimental study of mechanical and metallurgical properties of friction stir welded dissimilar aluminum alloys | |
| RU2357843C2 (ru) | Инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов и способ сварки | |
| RU2277465C1 (ru) | Способ сварки трением и инструмент для его осуществления | |
| Al-Shammari et al. | Effect of Friction Stir Welding and Friction Stir Processing Parameters on The Efficiency of Joints | |
| Prakash et al. | Effect of Tool-Pin Profile on Weld Zone and Mechanical Properties in Friction Stir Welding of Aluminium Alloy. | |
| JP6750595B2 (ja) | 重ね隅肉溶接継手の加工方法および重ね隅肉溶接継手の製造方法 | |
| Ethiraj et al. | Friction stir welding of nylon-6: effect of process parameters on mechanical and microstructural properties | |
| Sharma et al. | Investigating the Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Weld Joints of Solution Hardening Aluminium Alloy AA5086. | |
| Raja et al. | An Experimental Study of Mechanical Properties and Effect of Welding Speed of Friction Stir Welding on Alluminium Alloy 6061 | |
| Ismael et al. | Effect of Friction Stir Welding Parameters on Welding Joint Characteristics: A review | |
| Joshi et al. | Influence of tool shoulder geometry on friction stir welding: a literature review | |
| Hovanski et al. | Aluminum Tailor-Welded Blanks for High Volume Automotive Applications |