RU2720018C2 - Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing - Google Patents
Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720018C2 RU2720018C2 RU2018121217A RU2018121217A RU2720018C2 RU 2720018 C2 RU2720018 C2 RU 2720018C2 RU 2018121217 A RU2018121217 A RU 2018121217A RU 2018121217 A RU2018121217 A RU 2018121217A RU 2720018 C2 RU2720018 C2 RU 2720018C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- edges
- parts
- tool
- bevel
- joint
- 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
-
- 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
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано в судостроении, авиации, химическом машиностроении, силовой энергетике и других отраслях промышленности.The invention relates to a method for producing compounds of dissimilar materials and can be used in shipbuilding, aviation, chemical engineering, power engineering and other industries.
Задачей изобретения является повышение механических свойств сварного соединения из разнородных материалов.The objective of the invention is to increase the mechanical properties of a welded joint from dissimilar materials.
Поставленная задача достигается тем, что в способе выполняется специальная подготовка торцов свариваемых деталей для стыковых, стыко-нахлесточных соединений и технологическими приемами сварки трением с перемешиванием. С помощью фрезерного станка выполняется обработка поверхности кромок (скос) и может быть использован инструмент для сварки трением с перемешиванием. Способ обеспечивает повышение прочности и герметичности соединений разнородных материалов. 5 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.The problem is achieved in that the method performs special preparation of the ends of the parts to be welded for butt, butt-lap joints and technological methods of friction stir welding. Using a milling machine, edge surface treatment (bevelling) is performed and a friction welding tool with stirring can be used. The method provides increased strength and tightness of compounds of dissimilar materials. 5 cp crystals, 4 ill., 1 tab.
Известен способ подготовки кромок деталей для сварки разнородных соединений (Способ получения сварного соединения разнородных металлических материалов. RU №2470755 С2), в котором осуществляют их сварку через промежуточную вставку. Вставка состоит из двух частей, изготовленная из разнородных материалов, соответствующих по химическому составу материалам соединяемых заготовок. Ее изготавливают из двух пластин путем сварки взрывом и последующей механической обработки с получением наклонной плоскости соединения.There is a method of preparing the edges of parts for welding dissimilar joints (Method for producing a welded joint of dissimilar metallic materials. RU No. 2470755 C2), in which they are welded through an intermediate insert. The insert consists of two parts made of dissimilar materials corresponding in chemical composition to the materials of the workpieces to be joined. It is made of two plates by explosion welding and subsequent machining to obtain an inclined plane of the joint.
Недостатками процесса является трудоемкость (использование механической обработки) и использование сварки взрывом для получения вставки.The disadvantages of the process are the complexity (the use of machining) and the use of explosion welding to obtain an insert.
Предлагается вид подготовки кромок в виде скоса как в прототипе, отличающиеся тем, что угол скоса сделать под 30 и 60 градусов к нижней плоскости свариваемых образцов. Ввод инструмента производится по серединной линии скоса. На верхнем слое располагается легкоплавкий материал, а на нижний тугоплавкий материал. Вращение инструмента должно быть против часовой стрелки. Возникает явление восходящего пластического течения тугоплавкого материала, так что металлы в пластическом потоке перемешиваются. В данном процессе происходят не только диффузионные процессы проникновения атомов металлов, но и процесс интенсивного перемешивания разнородных материалов. Скос 30° используется для больших толщин свариваемых материалов более 3 мм. Скос 60° используется для металла толщиной до 3 мм. Длина основания скоса не должна превышать диаметр штыря инструмента. Нарушение этого соотношения приводит к образованию локального непровара по краям, из-за недостаточной величины удельного давления инструмента.A kind of bevel preparation of edges is proposed as in the prototype, characterized in that the bevel angle is made at 30 and 60 degrees to the lower plane of the samples being welded. The input of the tool is made along the midline of the bevel. On the upper layer is fusible material, and on the lower refractory material. The rotation of the tool should be counterclockwise. The phenomenon of an ascending plastic flow of a refractory material arises, so that the metals in the plastic flow mix. In this process, not only diffusion processes of penetration of metal atoms occur, but also the process of intensive mixing of dissimilar materials. A 30 ° bevel is used for large thicknesses of welded materials over 3 mm. 60 ° bevel is used for metal up to 3 mm thick. The length of the bevel base must not exceed the diameter of the tool pin. Violation of this ratio leads to the formation of local lack of penetration at the edges, due to the insufficient value of the specific pressure of the tool.
Данный технолого-конструкторский прием позволяет увеличить поверхность взаимодействия и активировать процесс перемешивания путем лифтинга из придонной части сварного шва менее пластичного материала (медного сплава M1) в мягкий (алюминиевый сплав АД1), повлиять на перераспределение нормальной и тангенциальной составляющих растягивающей нагрузки, приложенной по оси сварного соединения.This technological-design technique allows to increase the interaction surface and activate the mixing process by lifting from the bottom of the weld of a less plastic material (copper alloy M1) to soft (aluminum alloy AD1), to affect the redistribution of the normal and tangential components of the tensile load applied along the axis of the weld connections.
Технический результат достигается тем, что увеличивается площадь взаимодействия свариваемых деталей из разнородных материалов, включающее выполнение в детали из более тугоплавкого материала скоса кромок и воздействие на деталь из более легкоплавкого материала вращающимся штырем цилиндрическим инструментом для сварки трением с лифтингом тугоплавкого материала из придонной части сварного шва менее пластичного материала. В качестве более тугоплавкого материала может быть использована, например: медный сплав, титановый сплав, сталь, в качестве более легкоплавкого материала - алюминий или его сплавы. Заявляемые способы поясняется чертежами.The technical result is achieved by increasing the interaction area of the welded parts from dissimilar materials, including making the bevel of the bevel in the part from the more refractory material and impacting the part from the more fusible material with a rotating pin by a cylindrical welding tool for friction welding with lifting the refractory material from the bottom of the weld plastic material. As a more refractory material can be used, for example: copper alloy, titanium alloy, steel, as a more fusible material - aluminum or its alloys. The inventive methods is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлены виды подготовки кромок, где а - скос 60°, 6 - скос 30° (коричневый лист - тугоплавкий материал, серый лист- пластичный материал) для металла толщиной 3 мм. Габаритные размеры технологических подготовок кромок зависит от толщины свариваемых материалов и от технических характеристик заплечика и штыря инструмента.In FIG. 1 shows the types of edge preparation, where a is a bevel of 60 °, 6 is a bevel of 30 ° (a brown sheet is a refractory material, a gray sheet is a plastic material) for a
На фиг. 2а представлен виды подготовок кромок скос 60°, где 1 - заплечик инструмента, 2 - деталь из более тугоплавкого материала, содержащая V-образный скос, 3 - штырь инструмента, 4 - деталь из более легкоплавкого материала с V- образным скосом. Представлены габаритные размеры кромок и взаимное расположение материалов, а также место ввода инструмента.In FIG. 2a shows the types of preparations for 60 ° bevel edges, where 1 is a tool shoulder, 2 is a part of a more refractory material containing a V-shaped bevel, 3 is a tool pin, 4 is a part of a more fusible material with a V-bevel. The overall dimensions of the edges and the relative positioning of the materials, as well as the place of input of the tool are presented.
На фиг. 2б представлен виды подготовок кромок скос 30°, где 1 - заплечик инструмента, 2 - деталь из более тугоплавкого материала, содержащая V-образный скос, 3 - штырь инструмента, 4 - деталь из более легкоплавкого материала с V-образным скосом. Представлены габаритные размеры кромок и взаимное расположение материалов, а также место ввода инструмента.In FIG. 2b shows the types of preparations for 30 ° bevel edges, where 1 is a tool shoulder, 2 is a part of a more refractory material containing a V-bevel, 3 is a tool pin, 4 is a part of a more fusible material with a V-bevel. The overall dimensions of the edges and the relative positioning of the materials, as well as the place of input of the tool are presented.
На фиг. 4 представлена общая фотография образцов для проведения механических испытании, где 60.1…5 - скос 60°, 30.1…5 - скос 30°. Изготовленных из алюминиевого (АД1) и медного (M1) сплавов.In FIG. 4 shows a general photograph of samples for mechanical testing, where 60.1 ... 5 - bevel 60 °, 30.1 ... 5 - bevel 30 °. Made of aluminum (AD1) and copper (M1) alloys.
На фиг. 4 представлен микрошлиф сварного соединения технологической кромки скос 60° из алюминиевого (АД1) и медного (M1) сплавов. На нем видно провар и перемешивания свариваемых материалов.In FIG. 4 shows a microsection of a welded joint of a technological edge of a 60 ° bevel made of aluminum (AD1) and copper (M1) alloys. It shows the penetration and mixing of the materials being welded.
На фиг. 5 представлен микрошлиф сварного соединения технологической кромки скос 30° из алюминиевого (АД1) и медного (M1) сплавов. На нем видно провар и перемешивания свариваемых материалов.In FIG. 5 shows a microsection of a welded joint of a technological edge of a 30 ° bevel made of aluminum (AD1) and copper (M1) alloys. It shows the penetration and mixing of the materials being welded.
Соединение осуществляют следующим образом.The connection is as follows.
На детали 2 из тугоплавкого материала (медного сплава) и детали 4 из менее тугоплавкого материала (алюминиевого сплава) выполняется обработка торца листового проката. На стол фрезерного станка укладывают деталь 2 и состыковывается с деталью 4. Детали располагаются так, что на верхней части сварного соединения находится пластичный материал. Эти детали жестко закрепляют на столе. После чего к ним подводят вращающийся инструмент, заглубляют его в серединную линию подготовленной кромки и осуществляют перемещение по ней вдоль линии. За счет трения заплечика 1 и штыря 3 инструмента в детали 4 и 2 происходит нагрев соединяемых кромок. При этом менее пластичный материал детали 4 поднимается из придонной части сварного шва из- за вращения штыря 3. Происходит интенсивное перемешивание, образуя механическое соединение.On
Ниже приведен пример осуществления способа.The following is an example implementation of the method.
В лабораторных условиях выполнены соединения пластин длиной 200 мм, шириной 200 мм с толщиной медной пластины 3 мм с пластиной из алюминиевого сплава АД1 толщиной 3 мм по предлагаемому способу.In laboratory conditions, the connections were made of plates with a length of 200 mm, a width of 200 mm with a thickness of a copper plate of 3 mm with a plate of
В качестве привода инструмента использован фрезерный станок 6Т80Ш.As a tool drive, a 6T80Sh milling machine was used.
Были выполнены подготовка торца кромок зависимости от толщины свариваемых образцов.The end faces of the edges were prepared depending on the thickness of the samples being welded.
Режим получения соединения:Connection Receive Mode:
Диаметр цилиндрического инструмента с плоской контактной поверхностью D=16 мм;The diameter of the cylindrical tool with a flat contact surface D = 16 mm;
Диаметр штыря у заплечика d1=5 мм;The diameter of the pin at the shoulder d 1 = 5 mm;
Диаметр штыря у наконечника d2=3,5 мм;The diameter of the pin at the tip d 2 = 3.5 mm;
Форма штыря усеченный конус;The shape of the pin is a truncated cone;
Скорость вращения инструмента - 900 об/мин;Tool rotation speed - 900 rpm;
Материал инструмента - ВК-8;Tool material - VK-8;
Угол наклона инструмента относительно вертикальной оси α - 3 град;The angle of the tool relative to the vertical axis α - 3 degrees;
Величина заглубления инструмента h - 0,2 мм;The depth of the tool h - 0.2 mm;
Скорость продольного перемещения инструмента - 25 мм/мин;Speed of longitudinal movement of the tool - 25 mm / min;
Полученные соединения испытаны на разрывной машине Р-5.The resulting compounds were tested on a tensile testing machine R-5.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.The test results are shown in table 1.
Из таблицы видно, что наибольшие характеристики механических свойств обладает скос 60° и превышает в 1,66 раз чем стыковое соединение без подготовки кромок. Это увеличение эксплуатационных характеристик сварного соединения вызвано увеличением площади контакта соединяемых деталей.The table shows that the bevel 60 ° has the highest mechanical properties and exceeds 1.66 times that of a butt joint without edge preparation. This increase in the operational characteristics of the welded joint is caused by an increase in the contact area of the parts to be joined.
Таким образом, использование заявляемого способа подготовки торца соединяемых разнородных материалов и технологии сварки трением с перемешиванием позволяет получить высокопрочные и герметичные соединения.Thus, the use of the proposed method of preparing the end face of the dissimilar materials to be joined and friction stir welding technology allows one to obtain high-strength and tight joints.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018121217A RU2720018C2 (en) | 2018-06-07 | 2018-06-07 | Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018121217A RU2720018C2 (en) | 2018-06-07 | 2018-06-07 | Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018121217A RU2018121217A (en) | 2019-12-09 |
RU2018121217A3 RU2018121217A3 (en) | 2019-12-09 |
RU2720018C2 true RU2720018C2 (en) | 2020-04-23 |
Family
ID=68834277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018121217A RU2720018C2 (en) | 2018-06-07 | 2018-06-07 | Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2720018C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2777098C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева" | Method for preparing the surface of the lock-shaped ends for dissimilar connections created by friction welding with mixing |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030102354A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-06-05 | Hisanori Okamura | Friction stir welding method and component part welded by the method |
US20070044406A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Van Aken David C | Sealants for structural member joints and methods of using same |
EA201170166A1 (en) * | 2008-07-09 | 2011-06-30 | Флуор Текнолоджиз Корпорейшн | HIGH-SPEED WELDING FRICTION WITH MIXING |
RU2446027C2 (en) * | 2010-05-31 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Method of producing long round billets with ultrafine granular structure |
RU2470755C2 (en) * | 2011-03-14 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method of welding dissimilar metals |
-
2018
- 2018-06-07 RU RU2018121217A patent/RU2720018C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030102354A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-06-05 | Hisanori Okamura | Friction stir welding method and component part welded by the method |
US20070044406A1 (en) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Van Aken David C | Sealants for structural member joints and methods of using same |
EA201170166A1 (en) * | 2008-07-09 | 2011-06-30 | Флуор Текнолоджиз Корпорейшн | HIGH-SPEED WELDING FRICTION WITH MIXING |
RU2446027C2 (en) * | 2010-05-31 | 2012-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" | Method of producing long round billets with ultrafine granular structure |
RU2470755C2 (en) * | 2011-03-14 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Method of welding dissimilar metals |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2777098C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева" | Method for preparing the surface of the lock-shaped ends for dissimilar connections created by friction welding with mixing |
RU2777096C1 (en) * | 2021-06-29 | 2022-08-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева" | Method for preparing the surface of the spike-shaped ends for dissimilar connections created by friction welding with mixing |
RU2809060C1 (en) * | 2023-05-31 | 2023-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева" | Method for preparing surface of ends of heterogeneous joints for friction stir welding in the form of a saw |
RU2814426C1 (en) * | 2023-07-07 | 2024-02-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Friction stir welding method for aluminum alloys |
RU2815342C1 (en) * | 2023-07-07 | 2024-03-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Friction stir welding method for aluminum alloys |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018121217A (en) | 2019-12-09 |
RU2018121217A3 (en) | 2019-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102581473B (en) | Ultrasonic assisted semi-solid friction stir welding method applicable to connection of particle reinforced aluminum matrix composite | |
Ahmed et al. | Development and testing of fixtures for friction stir welding of thin aluminium sheets | |
CN102581471A (en) | Ultrasonic assisted semi-solid friction stir welding method using fixed shaft shoulder and rotary stirring pin | |
Sun et al. | Analysis on the fracture of Al-Cu dissimilar materials friction stir welding lap joint | |
JPWO2019182020A1 (en) | Rotating tool for double-sided friction stir welding, double-sided friction stir welding apparatus, and double-sided friction stir welding method | |
Martin et al. | Friction stir welding technology for marine applications | |
CN107552944A (en) | A kind of repair method of copper-steel composite plate composition surface defect area | |
US8220694B2 (en) | Friction stir welding method and friction stir welded housing | |
RU2720018C2 (en) | Method of preparation of surfaces of ends of dissimilar compounds for friction welding with mixing | |
Andres et al. | Effect of process parameters on microstructure and mechanical properties of rfssw lap joints of thin AL7075-T6 sheets | |
Akinlabi et al. | Material behaviour characterization of friction stir spot welding of copper | |
Raturi et al. | Tensile strength and failure of dissimilar friction stir welded joints between 6061-T6 and 2014-T6 aluminum alloys | |
Velotti et al. | On the critical technological issues of friction stir welding lap joints of dissimilar aluminum alloys | |
Akinlabi | Characterisation of dissimilar friction stir welds between 5754 aluminium alloy and C11000 copper | |
RU2809060C1 (en) | Method for preparing surface of ends of heterogeneous joints for friction stir welding in the form of a saw | |
Hussein et al. | Evaluation the effects of welding parameters on tri-dissimilar friction stir welds aluminum/steel | |
Tarkono et al. | The effect of rotational speed on Friction Stir Welding (FSW) Quality of dissimilar aluminum alloy series AA 1100 and AA 5052 | |
RU2777096C1 (en) | Method for preparing the surface of the spike-shaped ends for dissimilar connections created by friction welding with mixing | |
Takhakh et al. | Effect of tool shoulder diameter on the mechanical properties of 1200 aluminum friction stir spot welding | |
RU2777098C1 (en) | Method for preparing the surface of the lock-shaped ends for dissimilar connections created by friction welding with mixing | |
JP3530395B2 (en) | Welding methods, welded joints and welded structures | |
Abbass | Effect of aging time on the mechanical properties of friction stir spot welding of Al-alloy (AA2024) | |
RU2277465C1 (en) | Friction welding method and tool for its implementing | |
Doos et al. | Defects Analysis of Tee-Section Welding Using Friction Stir Welding Process of Aluminum | |
Akinlabi et al. | Friction stir welding of aluminium and copper: fracture surface characterizations |