RU2775418C1 - Method for obtaining a metal sheet - Google Patents

Method for obtaining a metal sheet Download PDF

Info

Publication number
RU2775418C1
RU2775418C1 RU2021133502A RU2021133502A RU2775418C1 RU 2775418 C1 RU2775418 C1 RU 2775418C1 RU 2021133502 A RU2021133502 A RU 2021133502A RU 2021133502 A RU2021133502 A RU 2021133502A RU 2775418 C1 RU2775418 C1 RU 2775418C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
weld
tool
processing
working part
welding
Prior art date
Application number
RU2021133502A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Петрович Логунов
Павел Валерьевич Костин
Николай Николаевич Саратов
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" filed Critical Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева"
Application granted granted Critical
Publication of RU2775418C1 publication Critical patent/RU2775418C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: welded blanks manufacture.
SUBSTANCE: invention can be used for the manufacture of large sheet welded blanks intended for further pressure treatment. After joining the edges of at least two sheet blanks by friction stir welding, the weld is processed with a processing tool, the working part of which is made in the form of a polished axisymmetric surface of revolution, the size of which covers the width of the weld. The tool is given rotational motion and moved along the line of the weld to smooth its surface due to the introduction of the working part of the tool to a depth not exceeding the height of the grooves of the weld. A lubricant may be applied to the surface of the weld prior to machining. A processing tool can be used, the surface of the working part of which is made in the form of a spherical segment. Processing of the weld is carried out on equipment for friction stir welding, while the tools for welding and processing are interchangeable.
EFFECT: method ensures the production of large-sized wide sheets of high quality due to the removal of surface stress concentrators that appear during welding in the weld.
4 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам изготовления сварных металлических листов, преимущественно сваркой трением с перемешиванием, и может быть использовано для изготовления деталей типа лист, панель и т.п. в различных отраслях промышленности, преимущественно в машиностроении.The invention relates to methods for the manufacture of welded metal sheets, mainly by friction stir welding, and can be used for the manufacture of parts such as sheet, panel, etc. in various industries, mainly in mechanical engineering.

Металлургическая промышленность выпускает номенклатуру листов ограниченной ширины, что затрудняет изготовление крупногабаритных деталей, например, методами обработки давлением.The metallurgical industry produces a range of sheets of limited width, which makes it difficult to manufacture large parts, for example, by forming methods.

Из патентной литературы известен способ получения крупногабаритной листовой заготовки из сплава заданного химического состава методом центробежного литья. Отливают трубную заготовку с предварительно заданными диаметром, длиной и толщиной стенки. После остывания трубную заготовку разрезают вдоль продольной оси, разворачивают и правят в плоский лист с заданными габаритными размерами. Способ позволяет получать крупногабаритные листовые заготовки с хорошими прочностными свойствами и пластичностью для дальнейшей штамповки деталей, в частности из дисперсионно твердеющего низколегированного тепло- и электропроводного жаропрочного сплава на медной основе (RU 2471583, В21С 37/02).From the patent literature, a method is known for producing a large-sized sheet blank from an alloy of a given chemical composition by centrifugal casting. A tubular billet is cast with a predetermined diameter, length and wall thickness. After cooling, the tubular billet is cut along the longitudinal axis, unfolded and straightened into a flat sheet with specified overall dimensions. The method allows to obtain large-sized sheet blanks with good strength properties and ductility for further stamping of parts, in particular from dispersion hardening low-alloyed heat- and electrically conductive heat-resistant copper-based alloy (RU 2471583, B21C 37/02).

Недостатком указанного способа получения крупногабаритной листовой заготовки является использование литья, так как, во-первых, отливки, как правило, имеют крупнозернистую структуру, пониженную прочность и герметичность. Во-вторых, затруднено изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок. В-третьих, требуется трудно реализуемые операции разрезки, разворачивания и правки в плоский лист.The disadvantage of this method for producing a large-sized sheet blank is the use of casting, since, firstly, castings, as a rule, have a coarse-grained structure, reduced strength and tightness. Secondly, it is difficult to manufacture thin-walled large-sized castings. Thirdly, difficult-to-implement operations of cutting, unfolding and straightening into a flat sheet are required.

Одним из перспективных способов сварки широких листов является сварка трением с перемешиванием, включающая перемещение вращающегося предварительно погруженного в свариваемый стык сварочного инструмента по линии стыка соединяемых деталей и перемешивание материала, нагретого фрикционной теплотой до пластического состояния (RU 2509637, В23К 20/12).One of the promising methods for welding wide sheets is friction stir welding, which includes moving a rotating welding tool pre-immersed in the welded joint along the joint line of the parts to be joined and mixing the material heated by frictional heat to a plastic state (RU 2509637, V23K 20/12).

Практика сварки трением с перемешиванием показала, что на поверхности, контактировавшей со сварочным инструментом, возникают бороздки, являющиеся концентраторами напряжений, приводящих к неустранимому браку, при последующей обработке сварного листа методами холодной обработки давлением. Это является существенным недостатком указанного способа.The practice of friction stir welding has shown that grooves appear on the surface in contact with the welding tool, which are stress concentrators leading to irremovable defects, during subsequent processing of the welded sheet by cold working methods. This is a significant disadvantage of this method.

Известен способ упрочнения поверхности деталей обработкой трением с перемешиванием вращающимся инструментом, включающий перемещение вращающегося упрочняющего инструмента по всей поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью по заданной траектории. Отличительной особенностью способа является то, что используют упрочняющий инструмент с рабочим стержнем, высота которого H1 составляет Η1=0,8…0,9Η2, где Н2 - глубина упрочняемого слоя заготовки. При этом упрочнение поверхности заготовки осуществляют вдавливанием в заготовку упомянутого упрочняющего инструмента на глубину H1 (RU 2595191, В24В 39/06).A known method of hardening the surface of parts by friction processing with stirring by a rotating tool, including the movement of a rotating hardening tool over the entire surface of a machined workpiece with a set load and speed along a given trajectory. A distinctive feature of the method is that a hardening tool with a working rod is used, the height of which H 1 is Η 1 =0.8...0.9Η 2 , where H 2 is the depth of the hardened layer of the workpiece. While hardening the surface of the workpiece is carried out by pressing into the workpiece mentioned hardening tool to a depth of H 1 (RU 2595191, V24V 39/06).

Недостатком указанного способа обработки заготовки является внедрение рабочего стержня упрочняющего инструмента в заготовку, что приводит к значительному увеличению микротвердости обработанной поверхности. В приведенном примере осуществления способа показатель микротвердости исходного материала составлял HV190, а после упрочнения поверхности - HV680. Известно, что увеличение твердости материала всегда сопровождается уменьшением его показателей пластичности. Такая упрочняющая обработка допустима в случае, когда операция упрочнения является окончательной, и применяется вместо выполнения операций закалки и отпуска. При этом, глубина упрочненного слоя может достигать 1,5 мм. Это и было целью указанного изобретения. Но, такая обработка является совершенно недопустимой и бессмысленной, в случае изготовления широкого металлического листа, который в последующем будет подвергаться холодной обработке давлением, так как значительное уменьшение пластичности приведет к появлению трещин и приведет к браку изготавливаемой детали.The disadvantage of this method of processing the workpiece is the introduction of the working rod of the hardening tool into the workpiece, which leads to a significant increase in the microhardness of the treated surface. In the exemplary implementation of the method, the index of microhardness of the source material was HV190, and after hardening of the surface - HV680. It is known that an increase in the hardness of a material is always accompanied by a decrease in its ductility. Such hardening treatment is acceptable when the hardening operation is final and is applied instead of performing hardening and tempering operations. In this case, the depth of the hardened layer can reach 1.5 mm. This was the purpose of this invention. But, such processing is completely unacceptable and pointless, in the case of manufacturing a wide metal sheet, which will subsequently be subjected to cold pressure forming, since a significant decrease in ductility will lead to cracks and lead to a marriage of the manufactured part.

Наиболее близким к предлагаемому способу можно считать способ получения сварного металлического листа, раскрытый, например, в RU 2714008, В23К 20/12, включающий соединение кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием.Closest to the proposed method can be considered a method for producing a welded metal sheet, disclosed, for example, in RU 2714008, V23K 20/12, including joining the edges of at least two sheet blanks by friction stir welding.

Этот способ, так же как и указанные перед ним, не обеспечивает гарантированного получения высококачественного сварного шва без концентраторов напряжений в виде в виде бороздок, появляющихся при сварке трением перемешиванием.This method, as well as those indicated before it, does not provide a guaranteed high-quality weld without stress concentrators in the form of grooves that appear during friction stir welding.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является удаление поверхностных концентраторов напряжений в виде бороздок, появляющихся при сварке трением перемешиванием.The technical problem to be solved by the present invention is the removal of surface stress concentrators in the form of grooves that appear during friction stir welding.

Техническим результатом, достигаемым предложенным техническим решением, является изготовление качественных крупногабаритных листовых заготовок, предназначенных для дальнейшей обработки давлением.The technical result achieved by the proposed technical solution is the manufacture of high-quality large-sized sheet blanks intended for further pressure treatment.

Технический результат достигается тем, что в способе получения сварного металлического листа, включающем соединение кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием, после сварки осуществляют обработку сварного шва обрабатывающим инструментом, рабочая часть которого выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, размер которой перекрывает ширину сварного шва, при этом придают инструменту вращательное движение и перемещают его вдоль линии сварного шва для выглаживания его поверхности за счет внедрения рабочей части инструмента на глубину, не превышающую высоту бороздок сварного шва, до получения его шероховатости, не превышающей шероховатость исходных листовых заготовок.The technical result is achieved by the fact that in a method for producing a welded metal sheet, including joining the edges of at least two sheet blanks by friction stir welding, after welding, the weld is processed with a processing tool, the working part of which is made in the form of a polished axisymmetric surface of revolution, the size of which overlaps the width of the weld, while giving the tool a rotational movement and moving it along the line of the weld to smooth its surface by introducing the working part of the tool to a depth not exceeding the height of the grooves of the weld, until its roughness is obtained, not exceeding the roughness of the original sheet blanks.

В предлагаемом способе перед обработкой на поверхность сварного шва наносят смазку.In the proposed method, before processing, a lubricant is applied to the surface of the weld.

Кроме того, в предлагаемом способе для обработки сварного шва используют обрабатывающий инструмент, поверхность рабочей части которого выполнена в виде сферического сегмента.In addition, in the proposed method for processing a weld, a processing tool is used, the surface of the working part of which is made in the form of a spherical segment.

Так же, в предлагаемом способе упомянутую обработку сварного шва осуществляют на оборудовании для сварки трением с перемешиванием, при этом инструменты для сварки и обработки выполнены сменными.Also, in the proposed method, said processing of the weld is carried out on equipment for friction stir welding, while the welding and processing tools are interchangeable.

Предложенный способ поясняется графическими материалами.The proposed method is illustrated by graphic materials.

На фигуре представлена схема получения металлического листа большой ширины.The figure shows a scheme for obtaining a metal sheet of large width.

Сущность предложенного способа получения металлического листа большой ширины заключается в следующем. Две металлические листовые заготовки 1 и 2 сваривают сваркой трением с перемешиванием и получением сварного шва 3. При этом на лицевой поверхности сварного шва появляются бороздки 4.The essence of the proposed method for producing a metal sheet of large width is as follows. Two metal sheet blanks 1 and 2 are welded by friction stir welding and a weld 3 is obtained. In this case, grooves 4 appear on the front surface of the weld.

Для удаления бороздок 4 сварного шва 3 обрабатывающему инструменту 5 придают вращательное движение, перемещают его вдоль линии сварного шва 3, внедряя его рабочую часть 6 на глубину, не превышающую высоту «h» бороздок 4 сварного шва 3.To remove the grooves 4 of the weld 3, the processing tool 5 is given a rotational movement, it is moved along the line of the weld 3, introducing its working part 6 to a depth not exceeding the height "h" of the grooves 4 of the weld 3.

Рабочая часть 6 обрабатывающего инструмента 5 выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, например, в виде сферического сегмента, перекрывающей ширину «b» сварного шва 3.The working part 6 of the processing tool 5 is made in the form of a polished axisymmetric surface of revolution, for example, in the form of a spherical segment, overlapping the width "b" of the weld 3.

Перед обработкой на поверхность сварного шва 3 может быть нанесена смазка. Материал смазки зависит от материала листа и режимов обработки. В качестве смазки можно использовать, например, веретенное масло.Before processing, a lubricant may be applied to the surface of the weld 3. Lubrication material depends on the sheet material and processing modes. As a lubricant, you can use, for example, spindle oil.

Обрабатывающий инструмент 5 изготавливают, например, из быстрорежущей закаленной стали, а для обеспечения малой шероховатости обрабатываемой поверхности его рабочую поверхность закаливают и полируют.The machining tool 5 is made, for example, from high-speed hardened steel, and to ensure a low roughness of the machined surface, its working surface is hardened and polished.

Выполнение рабочей части 6 обрабатывающего инструмента 5 в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, перекрывающей ширину «в» сварного шва 3, уменьшает количество концентраторов напряжений на обрабатываемой поверхности сварного шва 3.The execution of the working part 6 of the processing tool 5 in the form of a polished axisymmetric surface of revolution, overlapping the width "in" of the weld 3, reduces the number of stress concentrators on the machined surface of the weld 3.

Пример осуществления способа получения металлического листа большой ширины.An example of a method for producing a large width metal sheet.

Требовалось изготовить лист шириной 4000 мм из алюминиевого сплава АМг6, не выпускаемый отечественной металлургической промышленностью. Для этого два плоских листа толщиной 4 мм и шириной 2000 мм сварили по кромке сваркой трением с перемешиванием и получили лист шириной 4000 мм. Сварной шов полученной заготовки обработали со стороны бороздок предложенным инструментом в соответствии с экспериментально отработанными режимами. Шероховатость обработанной поверхности сварного шва не превышала шероховатости исходной заготовки. В результате получили заготовку крупногабаритного металлического листа с шероховатостью поверхности сварного шва не превышающей шероховатость листа в состоянии поставки.It was required to make a sheet with a width of 4000 mm from aluminum alloy AMg6, which is not produced by the domestic metallurgical industry. To this end, two flat sheets 4 mm thick and 2000 mm wide were edge-welded by friction stir welding to obtain a sheet 4000 mm wide. The welded seam of the obtained workpiece was processed from the side of the grooves by the proposed tool in accordance with the experimentally tested modes. The roughness of the treated surface of the weld did not exceed the roughness of the original workpiece. As a result, a blank of a large-sized metal sheet was obtained with a surface roughness of the welded seam not exceeding the roughness of the sheet in the delivered state.

Достоинством предложенного способа получения металлического листа большой ширины является то, что обе операции можно выполнить на одном оборудовании, а именно на сварочной установке путем смены инструмента и настройки режимов обработки.The advantage of the proposed method for producing a large-width metal sheet is that both operations can be performed on the same equipment, namely on a welding machine by changing the tool and setting the processing modes.

Таким образом, реализация предложенного способа получения металлического листа большой ширины позволяет провести выглаживание поверхности сварного шва, удаляя концентраторы напряжений, появившиеся при сварке трением перемешиванием, и изготовить крупногабаритные широкие листы высокого качества с небольшими затратами на подготовку производства.Thus, the implementation of the proposed method for producing a large-width metal sheet makes it possible to smooth the surface of the weld, removing stress concentrators that appeared during friction stir welding, and to produce high-quality large-sized wide sheets with low pre-production costs.

Claims (4)

1. Способ получения сварного металлического листа, включающий соединение кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием, отличающийся тем, что после сварки осуществляют обработку сварного шва обрабатывающим инструментом, рабочая часть которого выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, размер которой перекрывает ширину сварного шва, при этом придают инструменту вращательное движение и перемещают его вдоль линии сварного шва для выглаживания его поверхности за счет внедрения рабочей части инструмента на глубину, не превышающую высоту бороздок сварного шва, до получения его шероховатости, не превышающей шероховатость исходных листовых заготовок.1. A method for producing a welded metal sheet, including joining the edges of at least two sheet blanks by friction stir welding, characterized in that after welding, the weld is processed with a processing tool, the working part of which is made in the form of a polished axisymmetric surface of revolution, the size of which overlaps the width of the weld, while giving the tool a rotational movement and moving it along the line of the weld to smooth its surface by introducing the working part of the tool to a depth not exceeding the height of the grooves of the weld, until its roughness is obtained, not exceeding the roughness of the original sheet blanks. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед обработкой на поверхность сварного шва наносят смазку.2. The method according to p. 1, characterized in that before processing, a lubricant is applied to the surface of the weld. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обработки сварного шва используют обрабатывающий инструмент, поверхность рабочей части которого выполнена в виде сферического сегмента.3. The method according to claim 1, characterized in that a machining tool is used to process the weld, the surface of the working part of which is made in the form of a spherical segment. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутую обработку сварного шва осуществляют на оборудовании для сварки трением с перемешиванием, при этом инструменты для сварки и обработки выполнены сменными.4. The method according to claim 1, characterized in that said processing of the weld is carried out on equipment for friction stir welding, while the welding and processing tools are interchangeable.
RU2021133502A 2021-11-18 Method for obtaining a metal sheet RU2775418C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2775418C1 true RU2775418C1 (en) 2022-06-30

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995026254A1 (en) * 1994-03-28 1995-10-05 The Welding Institute Friction stir welding
RU2247639C1 (en) * 2003-05-27 2005-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" Method for friction welding of aluminum alloy butt joints
RU2595191C2 (en) * 2014-12-10 2016-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for surface hardening of parts by friction processing with mixing by rotary tool
RU2637546C1 (en) * 2013-11-07 2017-12-05 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Method of friction stir welding for high-strength thin-sheet or thick-sheet steel
RU2709908C1 (en) * 2019-05-29 2019-12-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Method of obtaining welded joints of thermo-reinforced aluminum alloys with high endurance limit
RU2714008C1 (en) * 2019-03-19 2020-02-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" Method of friction welding with mixing of aluminum structures and tool for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995026254A1 (en) * 1994-03-28 1995-10-05 The Welding Institute Friction stir welding
RU2247639C1 (en) * 2003-05-27 2005-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" Method for friction welding of aluminum alloy butt joints
RU2637546C1 (en) * 2013-11-07 2017-12-05 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Method of friction stir welding for high-strength thin-sheet or thick-sheet steel
RU2595191C2 (en) * 2014-12-10 2016-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for surface hardening of parts by friction processing with mixing by rotary tool
RU2714008C1 (en) * 2019-03-19 2020-02-11 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Калужский приборостроительный завод "Тайфун" Method of friction welding with mixing of aluminum structures and tool for its implementation
RU2709908C1 (en) * 2019-05-29 2019-12-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Method of obtaining welded joints of thermo-reinforced aluminum alloys with high endurance limit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105397276B (en) A kind of method of agitating friction weldering increasing material manufacturing bar
JP4832287B2 (en) Manufacturing method of cold-worked high-strength seamless corrosion-resistant pipe
RU2702888C1 (en) Methods of producing forged articles and other processed articles
JP2017532201A (en) Flow-forming corrosion-resistant alloy tube and tube produced thereby
JP2005059101A (en) Method for forming desired non-planar configuration by friction stir forming tool, and method and apparatus for forming workpiece to desired non-planar configuration
JP2007083304A (en) Method for bending metallic material, bending apparatus, bending equipment train and bent product using the same
Chowdhury et al. Investigation of mechanical properties of dissimilar joint of 6063 aluminium and C26000 copper alloy by friction stir welding
Rasooli et al. Investigation of ultrasonic vibration effects on the microstructure and hardness of aluminum alloy 2024 tube spinning parts
RU2775418C1 (en) Method for obtaining a metal sheet
JPWO2006016417A1 (en) Structure having tubular portion, manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
No Page No.
CN115890039A (en) Welding manufacturing method of steam turbine hollow blade
Selamat et al. Effect of rolling on strength of friction stir welded joint of aluminium alloys
RU2426617C1 (en) Method of producing thin-wall shells
US20090312110A1 (en) Method for the production of a rotationally symmetrical part, and part produced according to said method
Volokitina et al. Microstructure of bimetallic wire in the “ECAP-drawing» process
CN113134680B (en) Welding material and welding process for repairing casting defects of spheroidal graphite cast iron castings
RU2055719C1 (en) Method of forming internal cylindrical surfaces in metallic blanks having through hole
US6250125B1 (en) Method for producing iron-base dispersion-strengthened alloy tube
JP3085762B2 (en) Method of manufacturing thick small-diameter tube
Banjare et al. Study of Material Flow and Mechanical Properties of Friction Stir Welded AA2024 with AA7075 Dissimilar Alloys using Top-Half-Threaded Pin Tool.
RU2354482C2 (en) Method of closed cylindrical rings manufacture from metal sheet
Lisiecki et al. Numerical modelling of the multi-stage production process of large-size rings rolling for the shipbuilding industry including analysis of internal discontinuities
CN113695417B (en) Preparation method of large-caliber high-performance titanium alloy pipe and product thereof
RU2354483C1 (en) Vessel production method