RU2777096C1 - Способ подготовки поверхности торцов в виде шипа для разнородных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием - Google Patents
Способ подготовки поверхности торцов в виде шипа для разнородных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777096C1 RU2777096C1 RU2021119166A RU2021119166A RU2777096C1 RU 2777096 C1 RU2777096 C1 RU 2777096C1 RU 2021119166 A RU2021119166 A RU 2021119166A RU 2021119166 A RU2021119166 A RU 2021119166A RU 2777096 C1 RU2777096 C1 RU 2777096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spike
- parts
- tool
- welded
- mixing
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title abstract description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 9
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов сваркой трением с перемешиванием, в частности, листовых деталей, одна из которых выполнена из меди или медного сплава, а другая – из алюминия или алюминиевого сплава. Проводят обработку торцов свариваемых деталей, при этом на торце листовой детали из более тугоплавкого металла выполняют выступ в виде шипа, а на торце листовой детали из менее тугоплавкого металла – паз. Осуществляют состыковку деталей и воздействие на стык свариваемых деталей вращающимся инструментом путем введения штыря инструмента по срединной линии шипа при вращении инструмента против часовой стрелки с образованием сварного соединения. За счет перемешивания тугоплавкого и легкоплавкого металлов способ обеспечивает повышение прочности и герметичности соединений разнородных материалов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к способу получения соединения разнородных материалов и может быть использовано в химическом машиностроении, силовой энергетике, авиации и других отраслях промышленности.
Задачей изобретения является повышение механических свойств сварного соединения из разнородных материалов.
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 (шип) 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., 2 табл.
Известен способ подготовки поверхности заготовок для сварки разнородных материалов (патент RU 2720018 С2, 23.04.2020), включающий обработку торцов соединяемых деталей из более тугоплавкого и более легкоплавкого металла (в виде скосов 30° и 60°).
Недостатком известного способа является ограниченная область его применения, так как известный способ пригоден только для обработки кромок тонких листов (толщиной до 5 мм). При толщинах свариваемых заготовок более 5 мм происходит непровар концевых участков сварного соединения, что может приводить к возникновению источника уменьшения механических свойства сварного шва.
Наиболее близким к предлагаемому способу является технология получения разнородных соединений STIR-LOCK, принятая нами за прототип (см. Friction stir welding - process variants - an update [Электронный ресурс] / Thomas W.M., Verhaeghe G., Martin J., Staines D.G. and Stanhope С - United Kingdom: TWI Ltd, 2007. - Режим доступа http://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/friction-stir-welding-process-variants-an-update-october-2007.html. - Загл. с экрана). Соединение получают следующим образом. Вначале в более тугоплавкой пластине выполняется шип. В менее тугоплавком металле (алюминиевый сплав) выполняется паз.
Недостатком известной технологии является то, что стыко-нахлестанное соединения ограничены толщиной тугоплавкого материала и это может привести к преждевременным разрушениям конструкции.
Предлагается использовать подготовку кромки образцов в виде шип, отличающимся тем, что выбираются листы одинаковой толщины. Размеры паза и шипа выбираются от толщины свариваемых материалов и габаритных параметров инструмента. Ввод инструмента производится по срединной линии подготовленных кромок.
Данный технолого-конструкторский прием позволяет увеличить поверхность взаимодействия и активировать процесс перемешивания путем лифтинга из придонной части сварного шва мягкого материала (алюминиевый сплав АД1) сквозь менее пластичного материала (медного сплава M1) к свариваемой поверхности соединения, что повлияет на перераспределение нормальной и тангенциальной составляющих растягивающей нагрузки, приложенной по оси сварного соединения.
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 средней части сварного шва менее пластичного материала. В качестве более тугоплавкого материала может быть использована, например: медный сплав, титановый сплав, никелевый сплав, сталь, в качестве более легкоплавкого материала - алюминий или его сплавы. Заявляемые способы поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлены виды подготовки кромки в виде шипа (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.
На фиг. 2 представлен вид подготовок кромок шип, где 1 - заплечик инструмента, 2 - деталь из более тугоплавкого материала, содержащая выступ в виде шипа, 3 - штырь инструмента, 4 - деталь из более легкоплавкого материала с пазом. Представлены габаритные размеры кромок и взаимное расположение материалов, а так же место ввода инструмента.
На фиг. 3 представлена общая фотография образцов для проведения механических испытании, где П-М1…5 - шип. Изготовленных из алюминиевого (АД1) и медного (M1) сплавов.
На фиг. 4 представлен микрошлиф сварного соединения технологической кромки шип из алюминиевого (АД1) и медного (M1) сплавов. На нем видно провар и перемешивания свариваемых материалов.
Соединение осуществляют следующим образом.
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 состыковывают 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 срединную 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 и проходит средний слой тугоплавкого материала, и стремится поверхности сварного соединения. Происходит интенсивное перемешивание, образуя механическое соединение.
Ниже приведен пример осуществления способа.
В лабораторных условиях выполнены соединения пластин длиной 200 мм, шириной 200 мм с толщиной медной пластины 3 мм и 6 мм с пластиной из алюминиевого сплава АД1 толщиной 3 мм по предлагаемому способу.
В качестве привода инструмента использован фрезерный станок 6Т80Ш.
Были выполнены подготовка торца кромок зависимости от толщины свариваемых образцов.
Режим получения соединения:
Диаметр цилиндрического инструмента с плоской контактной поверхностью D=16 мм;
Диаметр штыря у заплечика d1=5 мм;
Диаметр штыря у наконечника d2=3,5 мм;
Форма штыря усеченный конус;
Скорость вращения инструмента - 900 об/мин;
Материал инструмента - ВК-8;
Угол наклона инструмента относительно вертикальной оси α - 3 град;
Величина заглубления инструмента h - 0,2 мм;
Скорость продольного перемещения инструмента: для толщины деталей 3 мм - 25 мм/мин, а для образцов толщиной 6 мм - 20 мм/мин;
Полученные соединения испытаны на разрывной машине Р-5. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и 2.
Из таблицы 1 видно, что подготовки торцов свариваемых пластин в виде шип превышает в 1,5 раз механических свойств, чем стыковое соединение без подготовки кромок.
Из таблицы 2 видно, что подготовки торцов свариваемых пластин в виде шип превышает в 1,5 раз механических свойств, чем стыковое соединение без подготовки кромок и в виде скоса. Это увеличение эксплуатационных характеристик сварного соединения вызвано увеличением площади контакта соединяемых деталей.
Таким образом, использование заявляемого способа подготовки торца соединяемых разнородных материалов и технологии сварки трением с перемешиванием позволяет получить высокопрочные и герметичные соединения.
Claims (2)
1. Способ соединения сваркой трением с перемешиванием листовых деталей, одна из которых выполнена из более тугоплавкого, а другая - из более легкоплавкого металла, включающий обработку торцов свариваемых деталей, их состыковку и воздействие на стык свариваемых деталей вращающимся инструментом с образованием сварного соединения, отличающийся тем, что обработку производят путем выполнения на торце листовой детали из более тугоплавкого металла выступа в виде шипа, а на торце листовой детали из менее тугоплавкого металла - паза, при этом воздействие упомянутого инструмента осуществляют путем введения штыря инструмента по срединной линии шипа при вращении инструмента против часовой стрелки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одна из соединяемых деталей выполнена из меди или медного сплава, а другая - из алюминия или алюминиевого сплава.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777096C1 true RU2777096C1 (ru) | 2022-08-01 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1029627B1 (en) * | 1999-02-18 | 2002-08-28 | Showa Denko K.K. | Friction agitation jointing method of metal workpieces |
| 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 |
| RU2701536C2 (ru) * | 2015-05-08 | 2019-09-27 | Стора Энсо Ойй | Композитный продукт и процесс для его производства |
| RU2720018C2 (ru) * | 2018-06-07 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет" | Способ подготовки поверхности торцов разнородных соединений для сварки трением с перемешиванием |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1029627B1 (en) * | 1999-02-18 | 2002-08-28 | Showa Denko K.K. | Friction agitation jointing method of metal workpieces |
| 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 |
| RU2701536C2 (ru) * | 2015-05-08 | 2019-09-27 | Стора Энсо Ойй | Композитный продукт и процесс для его производства |
| RU2720018C2 (ru) * | 2018-06-07 | 2020-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет" | Способ подготовки поверхности торцов разнородных соединений для сварки трением с перемешиванием |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mastanaiah et al. | Dissimilar friction stir welds in AA2219-AA5083 aluminium alloys: effect of process parameters on material inter-mixing, defect formation, and mechanical properties | |
| Saravanan et al. | Effect of shoulder diameter to pin diameter ratio on microstructure and mechanical properties of dissimilar friction stir welded AA2024-T6 and AA7075-T6 aluminum alloy joints | |
| Liu et al. | Tensile properties and fracture locations of friction-stir welded joints of 6061-T6 aluminum alloy. | |
| Wei et al. | Joining aluminum to titanium alloy by friction stir lap welding with cutting pin | |
| Sun et al. | Analysis on the fracture of Al-Cu dissimilar materials friction stir welding lap joint | |
| Wahid et al. | Friction stir welds of Al alloy-Cu. An investigation on effect of plunge depth | |
| Delijaicov et al. | Microhardness and residual stress of dissimilar and thick aluminum plates AA7181-T7651 and AA7475-T7351 using bobbin, top, bottom, and double-sided FSW methods | |
| Velu et al. | Joining of AA 6061/Ti–6Al–4V with zinc interlayer using friction welding process | |
| RU2777096C1 (ru) | Способ подготовки поверхности торцов в виде шипа для разнородных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием | |
| RU2777098C1 (ru) | Способ подготовки поверхности торцов в виде замка для разнородных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием | |
| Kumar et al. | Investigation of friction stir butt welded aluminium alloy flat plates using spindle motor current monitoring method | |
| Swaminathan et al. | Experimental study of mechanical and metallurgical properties of friction stir welded dissimilar aluminum alloys | |
| Kumar et al. | Property evaluation of friction stir welded dissimilar metals: AA6101-T6 and AA1350 aluminium alloys | |
| RU2809060C1 (ru) | Способ подготовки поверхности торцов разнородных соединений для сварки трением с перемешиванием в виде пила | |
| Yusof et al. | Ultra-thin Friction Stir Welding (FSW) between aluminum alloy and copper | |
| Al-Shammari et al. | Effect of Friction Stir Welding and Friction Stir Processing Parameters on The Efficiency of Joints | |
| Muruganandam et al. | Study of process parameters in friction stir welding of dissimilar Aluminium alloys | |
| RU2720018C2 (ru) | Способ подготовки поверхности торцов разнородных соединений для сварки трением с перемешиванием | |
| RU2277465C1 (ru) | Способ сварки трением и инструмент для его осуществления | |
| Palanivel et al. | Effect of tool pin profile and axial force on tensile behavior in friction stir welding of dissimilar aluminum alloys | |
| Abbass | Effect of aging time on the mechanical properties of friction stir spot welding of Al-alloy (AA2024) | |
| Helal et al. | Dissimilar friction stir welding of Al-6061 to steel | |
| Doos et al. | Defects Analysis of Tee-Section Welding Using Friction Stir Welding Process of Aluminum | |
| RU2357843C2 (ru) | Инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов и способ сварки | |
| Refaai et al. | The Influence of Process Parameters on the Mechanical Properties of Friction Stir‐Welded Dissimilar Aluminium Alloys AA2219 and AA7068 |