RU2780760C1 - Method for fabrication by friction stir welding of structures from sheets of aluminum or copper alloys - Google Patents

Method for fabrication by friction stir welding of structures from sheets of aluminum or copper alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2780760C1
RU2780760C1 RU2021139484A RU2021139484A RU2780760C1 RU 2780760 C1 RU2780760 C1 RU 2780760C1 RU 2021139484 A RU2021139484 A RU 2021139484A RU 2021139484 A RU2021139484 A RU 2021139484A RU 2780760 C1 RU2780760 C1 RU 2780760C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
tool
friction stir
parts
stir welding
Prior art date
Application number
RU2021139484A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Константинович Черных
Евгений Владимирович Васильев
Анастасия Георгиевна Кушнарева
Евгений Викторович Кривонос
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2780760C1 publication Critical patent/RU2780760C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: welding production.
SUBSTANCE: invention relates to the field of welding production. The method can be used to fabricate structures from aluminum or copper alloys by friction stir welding, in particular for the manufacture of fuel tanks for launch vehicles. On a tool for friction stir welding, a milling nozzle with cutting plates fixed to it is preliminarily fixed. The parts are connected by welding with simultaneous cleaning of the surface of the parts in the area of ​​the weld by means of a rotating milling nozzle while deepening said tool for welding. The fixation height of the nozzle relative to the shoulder of the tool for welding is preliminarily determined from the condition of obtaining a stripping zone, the depth and width of which ensures the absence of defects and traces from the welding tool on the surface of the parts.
EFFECT: use of the proposed method allows to reduce the time for manufacturing a welded product from an aluminum alloy obtained by friction stir welding.
1 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу сварки трением перемешиванием алюминиевых и медных сплавов.The invention relates to the field of welding production, in particular to a method of friction stir welding of aluminum and copper alloys.

Известен способ сварки трением с перемешиванием [RU№2357843 от 25.07.2007], включающий сборку свариваемых элементов и последующую сварку посредством вращения сварочного инструмента со сменным пальцем, при этом вращение инструмента осуществляют в направлении, противоположном углу отклонения канавок, выполненных на сменном пальце, благодаря чему обеспечивается перемещение пластифицированного металла сверху вниз для создания дополнительного прессующего давления металла в зоне шва.A known method of friction stir welding [RU No. 2357843 dated July 25, 2007], including the assembly of the elements to be welded and subsequent welding by rotating the welding tool with a replaceable finger, while the rotation of the tool is carried out in the direction opposite to the deviation angle of the grooves made on the replaceable finger, due to which ensures the movement of the plasticized metal from top to bottom to create additional pressing pressure of the metal in the weld zone.

Известен способ сварки трением с перемешиванием [RU№2714008 от 19.03.2019] алюминиевых конструкций из листовых деталей, включающий их установку и закрепление с последующей сваркой, при этом свариваемые детали закрепляют на жёсткой подложке из пластины, выполненной из материала с более низким коэффициентом теплопроводности, чем свариваемые материалы.A known method of friction stir welding [RU No. 2714008 of March 19, 2019] of aluminum structures made of sheet parts, including their installation and fixing, followed by welding, while the parts to be welded are fixed on a rigid substrate made of a plate made of a material with a lower thermal conductivity, than the materials to be welded.

Существенным недостатком указанных способов является то, что после сварки появляется дефект «грат» (фиг. 1). Данный дефект подлежит удалению при помощи последующей зачистки. Кроме того, в процессе сварки, вследствие контакта вращающегося буртика с поверхностью свариваемых деталей, происходит формирование поверхности с низким значением шероховатости, имеющей характерные для сварки трением с перемешиванием неровности (фиг. 1, фиг. 2). Следы после прохода сварочного инструмента не являются значительным дефектом, однако на ответственных конструкциях авиа- и ракетостроительной отрасли они подлежат удалению при помощи последующей зачистки шлифованием или фрезерованием.A significant disadvantage of these methods is that after welding, a “burr” defect appears (Fig. 1). This defect must be removed by subsequent stripping. In addition, during the welding process, due to the contact of the rotating shoulder with the surface of the parts to be welded, a surface with a low roughness value is formed, which has irregularities characteristic of friction stir welding (Fig. 1, Fig. 2). Traces after the passage of the welding tool are not a significant defect, however, on critical structures of the aircraft and rocket industry, they must be removed by subsequent cleaning by grinding or milling.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа сварки трением с перемешиванием, обеспечивающего одновременную вместе со сваркой фрезерную зачистку для удаления вышеуказанных дефектов, что позволит объединить операцию сварки и зачистки в одну, и значительно сократить время на изготовление сварных изделий.The technical result of the invention is the creation of a friction stir welding method that provides simultaneous milling cleaning together with welding to remove the above defects, which will make it possible to combine the welding and cleaning operations into one, and significantly reduce the time for manufacturing welded products.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сварки трением с перемешиванием, включающем в себя установку деталей на подложку и их закрепление, сначала устанавливают фрезерную насадку, на которой закреплены режущие пластины, на инструмент для сварки, предварительно определив необходимую высоту установки относительно буртика инструмента, а затем производят сварку с одновременной фрезерной зачисткой. The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of friction stir welding, which includes the installation of parts on the substrate and their fixing, first install the milling nozzle, on which the cutting plates are fixed, on the tool for welding, having previously determined the required installation height relative to the shoulder of the tool, and then produce welding with simultaneous milling cleaning.

На Фиг. 1 изображен внешний вид сварного шва без зачистки. Показан дефект «грат» и след от сварочного инструмента.On FIG. 1 shows the appearance of the weld without stripping. The defect "burr" and a trace from the welding tool are shown.

На Фиг. 2 показан разрез сваренных изделий в плоскости их стыка, на котором видно рельеф следа от сварочного инструмента.On FIG. 2 shows a section of welded products in the plane of their joint, which shows the relief of the trace from the welding tool.

На Фиг. 3 показана схема способа сварки трением с перемешиванием с использованием фрезерной насадки.On FIG. 3 shows a diagram of a friction stir welding process using a milling nozzle.

На Фиг. 4 показан вид полученного с использованием заявляемого способа сварного изделия.On FIG. 4 shows a view of the welded product obtained using the proposed method.

Пример осуществления предлагаемого изобретения.An example of the implementation of the invention.

На фиг. 3 изображена схема способа сварки с использованием фрезерной насадки. В качестве свариваемых деталей использовали листы толщиной 7.6 мм из сплава АМГ6. Две пластины 1 размером 300х50 мм были установлены на жёсткой подложке станка для сварки трением с перемешиванием и закреплены прихватами сверху. Перед сваркой на инструменте для сварки 2 были изготовлены лыски для фиксации фрезерной насадки 3, на которой установлены режущие пластины для обработки алюминиевых сплавов 4. Высота насадки 3 относительно буртика определялась таким образом, чтобы при заглублении инструмента для сварки 1 на рабочую глубину, режущие пластины 4 на фрезерной насадке формировали зону зачистки 5 шириной 30 мм. При определении высоты насадки 3 относительно буртика учитывался выбранный наклон инструмента для сварки 1 - 2°. После установки фрезерной насадки 2 на инструмент для сварки 1 и закрепления инструмента с насадкой в шпинделе станка, было включено вращение инструмента с заданной частотой вращения n, об/мин. Далее инструмент 1 погружался в стык 6 между пластинами 1 на рабочую глубину. После погружения, вращающийся инструмент 2 двигался вдоль стыка свариваемых деталей 6, при этом установленная на инструменте фрезерная насадка 3 вращалась вместе с инструментом 2, а режущие пластины 4 осуществляли одновременную фрезерную зачистку сразу за инструментом 2, формируя зону зачистки 5. После окончания сварки, движение инструмента было остановлено, инструмент поднят из металла и выключено вращение. От полученной сварной пластины были отрезаны участки начала и конца шва. Изготовленная с применением заявляемого способа деталь представлена на фиг. 4.In FIG. 3 shows a diagram of a welding method using a milling head. Sheets 7.6 mm thick made of AMG6 alloy were used as welded parts. Two plates 1 measuring 300x50 mm were mounted on a rigid substrate of a friction stir welding machine and fixed with tacks from above. Before welding, flats were made on the welding tool 2 for fixing the milling nozzle 3, on which the cutting inserts for processing aluminum alloys 4 were installed. a stripping zone 5 with a width of 30 mm was formed on the milling head. When determining the height of the nozzle 3 relative to the shoulder, the selected inclination of the tool for welding 1 - 2° was taken into account. After installing the milling nozzle 2 on the tool for welding 1 and fixing the tool with the nozzle in the machine spindle, the rotation of the tool was turned on with a given rotational speed n, rpm. Next, the tool 1 plunged into the joint 6 between the plates 1 to the working depth. After immersion, the rotating tool 2 moved along the junction of the parts to be welded 6, while the milling nozzle 3 installed on the tool rotated together with the tool 2, and the cutting inserts 4 carried out simultaneous milling cleaning immediately after the tool 2, forming the cleaning zone 5. After welding, the movement the tool has been stopped, the tool has been lifted out of the metal, and rotation has been turned off. From the resulting welded plate, sections of the beginning and end of the seam were cut off. A part manufactured using the proposed method is shown in Fig. four.

Для сравнения производительности использования заявляемого способа был проведён аналогичный описанному выше эксперимент, но без использования фрезерной насадки. После сварки на поверхности свариваемых деталей образовался дефект «грат» и следы движения сварочного инструмента. Затем, для фрезерной зачистки производилась замена сварочного инструмента на фрезу в шпинделе станка. Далее производилось фрезерование. После фрезерования фрезу заменили на сварочный инструмент для изготовления следующих изделий. Таким образом, в технологический процесс изготовления сварных изделий добавилось время на две переналадки станка, две смены инструмента и время резания, что привело к значительному снижению производительности.To compare the performance of the proposed method, an experiment similar to the one described above was carried out, but without the use of a milling nozzle. After welding, a “burr” defect and traces of movement of the welding tool formed on the surface of the parts to be welded. Then, for milling cleaning, the welding tool was replaced with a milling cutter in the machine spindle. Next was milling. After milling, the cutter was replaced with a welding tool for the manufacture of the following products. Thus, the time for two machine changeovers, two tool changes and cutting time was added to the technological process of manufacturing welded products, which led to a significant decrease in productivity.

Использование заявляемого способа позволило значительно снизить время на изготовление сварного изделия из алюминиевого сплава, полученного сваркой трением с перемешиванием. Предложенный способ может быть использован для изготовления различных конструкций для авиа- и ракетостроительной отрасли, в частности для изготовления топливных баков ракет-носителей. The use of the proposed method has significantly reduced the time for manufacturing a welded product from an aluminum alloy obtained by friction stir welding. The proposed method can be used to manufacture various structures for the aircraft and rocket industry, in particular for the manufacture of fuel tanks for launch vehicles.

Claims (1)

Способ изготовления сваркой трением с перемешиванием конструкций из листов алюминиевых или медных сплавов, включающий закрепление свариваемых деталей и их соединение сваркой, отличающийся тем, что на инструменте для сварки трением с перемешиванием предварительно фиксируют фрезерную насадку с закрепленными на ней режущими пластинами, а соединение сваркой производят с одновременной зачисткой поверхности деталей в зоне сварного шва посредством вращающейся фрезерной насадки при заглублении упомянутого инструмента для сварки, при этом предварительно определяют высоту фиксации насадки относительно буртика инструмента для сварки из условия получения зоны зачистки, глубина и ширина которой обеспечивает отсутствие на поверхности деталей дефектов и следов от сварочного инструмента.A method for manufacturing structures from sheets of aluminum or copper alloys by friction stir welding, including fixing the parts to be welded and their connection by welding, characterized in that a milling nozzle with cutting plates fixed to it is preliminarily fixed on the tool for friction stir welding, and the connection is made by welding with simultaneous cleaning of the surface of the parts in the weld zone by means of a rotating milling nozzle when deepening the said tool for welding, while preliminarily determining the fixation height of the nozzle relative to the shoulder of the welding tool from the condition of obtaining a cleaning zone, the depth and width of which ensures the absence of defects and traces of welding tool.
RU2021139484A 2021-12-29 Method for fabrication by friction stir welding of structures from sheets of aluminum or copper alloys RU2780760C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780760C1 true RU2780760C1 (en) 2022-09-30

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013150801A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 Jfeスチール株式会社 Method for friction-stir welding of steel sheet
RU2634402C1 (en) * 2016-07-04 2017-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Friction welding method with aluminium wrought alloys mixing
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
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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013150801A1 (en) * 2012-04-06 2013-10-10 Jfeスチール株式会社 Method for friction-stir welding of steel sheet
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
RU2634402C1 (en) * 2016-07-04 2017-10-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Friction welding method with aluminium wrought alloys mixing
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI504454B (en) Bearbeitungswerkzeug
US8393522B2 (en) Joining method and joining tool
CA2766217C (en) Method for manufacturing a forged part with adaptive polishing
US20070057015A1 (en) Tapered friction stir welding and processing tool
US20060016854A1 (en) Apparatus and system for welding preforms and associated method
CN108481744B (en) Semi-solid additive manufacturing device and manufacturing method thereof
US2286874A (en) Method of making pinking shears
US2615236A (en) Blade edge welding technique
CN105665805B (en) One kind is hardened the special indexable hat rose cutter of steel mold
JPS62207580A (en) Welding repair method for large diameter long sized roll with partial wear
RU2780760C1 (en) Method for fabrication by friction stir welding of structures from sheets of aluminum or copper alloys
WO2019140764A1 (en) Metal middle frame machining process
Trimble et al. Friction Stir Welding of AA2024-T3 plate–the influence of different pin types
JP2013202750A (en) Method for machining angular part/corner part, method for manufacturing die using the method for machining, die manufactured by the method for manufacturing and molded product molded using the die
JP2000501032A (en) Method and apparatus for milling a three-dimensional workpiece
TWI590898B (en) Method of manufacturing roller cutter
Burek et al. Effect of tool eccentricity on microstructure and properties of FSW joints made of Al 7075 T6 alloy
RU2699350C1 (en) Method of bronze plate planing
US11077517B2 (en) Portable friction stir welding repair tool
RU2634389C1 (en) Method of friction welding with mixing of aluminium alloys
US3436521A (en) Method of making composite panels by electric-arc braze-welding
JPH06194593A (en) Production of polygon mirror
CN111889765B (en) Numerical control machining method for corner structure of paper honeycomb part
TWM558141U (en) Electric discharge machine with ultrasonic auxiliary electrode
Chernykh et al. Improving the quality and efficiency of friction stir welding of aluminum alloy plates