SU1248745A1

SU1248745A1 - Способ сварки концентрично расположенных цилиндрических деталей

Info

Publication number: SU1248745A1
Application number: SU843808087A
Authority: SU
Inventors: Владимир Семенович Тарасов
Original assignee: Ворошиловградский Проектно-Технологический Институт Машиностроения Им.Хху1 Съезда Кпсс
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1986-08-07

Description

: 2. Способ сварки по n.lj отличающийс тем, что после достижени достаточной дл сварки теплоты трени по меньшей мере на одну из свариваемых деталей воздействуют вторым импульсом, достаточным дн достижени между указанными поверхност ми необходимого давлени осадки и схватывани , прекраща вращение.

3. Способ сварки по п.I, о т л и - чающийс тем, что напр женность пол .первого импульса выбирают достаточной дл свободной дефор мации детали, затем воздействуют р дом импульсов , напр женность пол которых повьшают до величины, достаточной в последнем импульсе дл осадки и схватывани при достижении контакта сопр гаемых поверхностей с вьщелением

Изобретение относитс к сварке и может быть использовано во многих отрасл х промьшшенности дл сварки деталей по цилиндрическим поверхност м в том числе деталей из труднообраба- тываемых и разнородных металлов, а также неэлектропроводных материалов.

Цель изобретени - повьшение производительности и качества сварки, а также расширение технологических возможностей способа.

На фиг. приведена схема осуществлени способа, где условно показано направление тока в индукторе; на фиг.2 - схема сварки тонкостенных труб; на фиг.З - сварка неэлектропро водных термопластичных деталей; на фиг.4 - сварка трех деталей по ци- .линдрическим поверхност м; на фиг.5- применение способа при сборке штанги толкател двигател внутреннего сгорани с цилиндрическим хвостовиком и сферической частью; на фиг.6 - то же с чашеобразной частью.

Способ осуществл етс следующим образом.

Трубчата цилиндрическа деталь 1 (.1) размещаетс относительно ци-- .гиндрической детали 2 и рабочей зо-

248745

необходимого дл сварки- количе ства теплоты. .

4.Способ сварки по п.3, о т л и- чающийс тем, что напр женность пол каждого последующего импульса повьшают до величины, соответствующей равной степени деформации детали от действи каждого импульса р да, кроме последнего.

5.Способ сварки по п.2, отличающийс тем, что полем воздействуют на одну из деталей до достижени взаимного контакта их поверхностей , затем однократно воздействуют на вторую деталь до осадки и схватывани .

6.Способ сварки по п.З, о т л и- чающийс тем, что период вращени деталей выбирают некратным периоду следовани импульсов.

ны цилиндрического индуктора 3 (на фиг.1 индуктор вьшолнен одновитковым, показана его изол ци ) аксиально и приводитс во вращение. При достиже- н-ии установленной относительной скорости сопр гаемых цилиндрических поверхностей на вращающуюс деталь 1 воздействуют посредством индуктора 3 импульсным деформирующим магнитным полем, пропуска через индуктор импульсы силового тока. Под действием пол деталь 1 деформируетс , испытыва всестороннее обжатие. Зазор между сопр гаемыми поверхност ми уменьшаетс . Продолжение воздействи импульсов деформирующего пол вызывает контактирование цилиндрических поверхностей по всей длине свариваемых частей. При этом происходит притирка поверхностей по выступам микронеровностей , характеризующа с граничным (сухим) трением. Воздействие импульсным полем продолжают, всестороннее сжимающее усилие возрастает, что приводит к выделению теплоты трени в процессе вскрыти и взаимодействи , чистых поверхностей металлов, образовани и разрушени мостиков схватьгва- ни . Происходит интенсивное выделение тепла в тонком слое по цилиндри-

3

ческой поверхности сопр жени . Воздействие импульсным полем продолжают что приводит к осадке и схватыванию деталей 1 и 2 с образованием сварочного шва 4, после чего вращение прекращают и сваренные детали 1 и 2 извлекают из рабочей зоны индзгкто- ра 3.

При сварке деталей 1 и 2, имеющих разброс величин соответственн9 внутреннего и наружного диаметров в пределах допусков на изготовление (например, т нутых труб), способ осуществл ют следующим образом.

После размещени деталей 1 и 2 в рабочей зоне индуктора 3 деталь 1 приводитс во вращение. При достижении установленной относительной скорости сопр гаемых поверхностей на вращающуюс деталь 1 воздействуют р дом импульсов. Напр женность пол первого импульса выбирают достаточной дл свободной деформации детали 1 при любом отклонении ее диаметров в пределах допуска. Деталь 1 деформируетс , зазор между цилиндрическими поверхност ми деталей 1 и 2 умень щаетс . Рассто ние между поверхностью рабочей зоны индуктора 3 и наружной поверхностью детали 1 возрастает , а стенка детали 1 несколько утолщаетс . Напр женность пол последующих импульсов повьппают с таким расчетом, чтобы компенсировать ослабление воздействи индуктора 3 от увеличени рассто ни между индуктором 3 и поверхностью детали 1, а также компенсировать увеличение жесткости (устойчивости) детали 1. При этом происходит периодическа деформаци равной величины детали 1. Когда зазор между сопр гаемыми поверхност ми устран етс , возникает сначала граничное трение, а при последующем воздействии импульсов - интенсивное выделение тепла по цилиндрической поверхности сопр жени . При этом воздействуют импульсом, достаточным дл осадки и схватывани деталей, прерыва р д импульсов. Образуетс сварочный шов 4, вращение прекращаетс , детали и 2 извлекают из рабочей зоны индуктора 3. Напр женность пол последнего импульса последовательности выбирают достаточной дл осадки и схватывани поверхностей при любой величине разброса диаметров деталей в пределах допусков

48745Л

на их изготовление. Период следовани импульсов выбирают в диапазоне 0,02 - 5 с. в зависимости от диаметров деталей 1 и 2 и скорости их OTHD- 5 сительного вращени . Наименьший период указанного диапазона ограничиваетс возможност ми магнитно-импульснвй установки создавать необходимую напр женность пол в рабочем зазоре ин0 дуктора 3 через указанные промежутки времени. Наибольший период ограничиваетс скоростью распространени теплоты трени от цилиндрического сло взаимодействи деталей 1 и 2 на всю

15 толщину стенок этих деталей, что значительно ослабл ет дальнейшее воздействие- импульсного деформирующего .пол на свариваемые детали, так как их удельное электрическое сопротивление

0 при нагреве возрастает.

При сварке деталей 1 и 2 (фиг.1), имеющих малый разброс величин диаметров , способ осуществл етс следующим образом.

5

Размещают детали 1 и 2 и индуктор

3 аксиально, деталь 1 привод т во вращение с повышенной скоростью, чтобы относительна скорость сопр гаемых поверхностей деталей 1 и 2 бьта в диапазоне 25 - 65 м/с. На вращающуюс деталь 1 однократно воздействуют импульсом пол , достаточным дл обжати детали 1 по цилиндрической поверхности детали 2 с нат гом. При

5 этом под действием силы давлени обжати и момента вращени практически сразу после контакта поверхностей деталей 1 и 2 происходит вскрытие и взаимодействие чистых поверхностей металлов с образованием большого количества теплоты. Температура взаимодействующих поверхностей быстро возрастает . Причем благодар некоторому пружинению обжатой детали 1 (а в слу-

чае тонкой стенки - детали 2 и ее пружиненню в радиальном направлении) давление обжати сохран етс , несмотр на приработку контактирующих поверхностей . Происходит интенсивна

проработка структуры материалов деталей в микрообъеме взаимодействую- nyix поверхностей. Образуетс сварочный шов 4. Если материалы деталей .одинаковы или имеют повьш енную спо5 собность к свариванию, сварку закан-. чивают, прекраща вращение. Если материалы разнородны или трудносвариваемые , на деталь 1 воздействуют од0

0

некратно импульсным полем дл достижени осадки и схватывани , вращение прекращают, детали 1 и 2 извлекают из индуктора 3.

При относительной скорости свари- 5 Баемых поверхностей ниже 25 м/с выделение тепла при сварке недостаточно интенсивно, температура сло по Сопр гаемым поверхност м не достигает необходимой дл качественной свар- 10 ки величины до того, как детали взаимно прирабатываютс . Дл осуществлени способа при таких скорост х необходимо дополнительное воздействие деформирующим полем дл восстановлени нужного усили обжати . При относительной скорости выше 65 м/с улучшени качества сварки не наблюдаетс , так как и при более низкой скорости происходит достаточно интенсивна проработка деталей по сварочному шву, кроме того, получить такую относительную скорость трудно, особенно при применении инерционной массы дл создани сварочного момента,

При сварке цилиндрических тонкостенных деталей способ осуществл етс следующим образом.

Тонкостенные трубчатые детали 1 и 2 (фиг.2) размещают аксиально индуктору 3. Дополнительный индуктор 5 размещают аксиально в полости трубчатой детали 2. Индуктор 3 работает по схеме на обжим, индуктор 5 - на раздачу. Детали 1 и 2 привод т во вращение в противоположные стороны. На деталь 1 воздействуют импульсом пол , достаточным дл обжима детали 1 по наружной поверхности детали 2 с вьщелением достаточного дл сварки количества тепла. При этом деталь 1 разогреваетс по наружной поверхности от воздействи пол , навод щего индукционные токи в материале детали. Деталь 2 разогрета по наружной поверхности теплотой трени , по внутренней поверхности деталь 2 не нагрета , следовательно, ее удельное сопротивление не возрастает. После интенсивной проработки поверхностного сло при помощи .индуктора 5 на внутреннюю поверхность детали 2 воздействуют импульсом пол , достаточным дл осадки и схватывани деталей 1.и 2, образуетс шов 4, при этом прекраща ют вращение, детали 1 и 2 извлекают IJ3 рабочих зон индукторов 3 и 5. Так. как в каждом импульсе полем воздейст12487456

вуют на noBepxHocTtoie слои материалов деталей с температурой окружающей среды, воздействие индукторов 3 и 5 достаточно эффективно, их стойкость с уменьщением необходимой Дп деформации напр женности пол значительно возрастает.

При сварке неэлектропроводных термопластичных материалов способ осуществл етс следзпощим образом.

Трубчатую цилиндрическую неэлектропроводную деталь 1 (фиг.З) размещают относительно цилиндрической не- электропроводной детали 2 и индуктора 3 аксиально. На наружный диаметр детали I надевают кольцевую вспомогательную деталь 6 (спутник) из электропроводного материала. Деталь 1 привод т во вращение. При достижении установленной относительной скорости между внутренней поверхностью детали 1 и наружной поверхностью детали 2 на деталь 6, вращающуюс совместно с деталью 1, воздействуют импульсом деформирующего магнитного пол . При этом деталь 6 испытывает всестороннее сжатие и обжимает материал детали 1 ,по поверхности детали 2, создава в объеме обжатого материала детали 1 остаточное давление за счет его упругих свойств.

15

20

25

30

35

40

45

50

55

В цилиндрическом слое по сопр гае-, мым поверхност м интенсивно выдел етс теплота трени ; после проработки сло вращение прекращают, образуетс сварочный шов 4. Разогретые за счет теплопередачи сваренные по цилиндрическим поверхност м детали 1 и 2 извлекают из индуктора 3 совместно с деталью 6, что обеспечивает сохранение их соосности. После остывани деталей 1 и 2 деталь 6 можно сн ть с . детали 1. Однако во многих случа х практического применени предлагаема- го способа (например 5 при изготовле- нрш трубопроводной арматуры в химической промьщшенности) деталь 6 оставл ют на детали 1 и используют дл креплени собранного из деталей 1 и 2 узла (например, в виде каркасной прокладки под ст гивающий хомут креплени ) . Дл надежной фиксации детали 1 в детали 6 (в этом случае) на внутренней поверхности последней вьтол- н ют рельефную накатку. При воздействии деформирующего пол на деталь 6 она нагреваетс индукционными токайи и ее разогретый рельеф накатки под

35

40

45

50

55

действием механического усили обжати прочно сцепл етс с материалом термопластичной детали 1. Увеличение удельного сопротивлени детали 6 в результате нагрева роли не играет, так как воздействие полем производ т однократно.

При сварке трех (или более) трубчатых цилиндрических деталей с образованием цилиндрических коаксиальных полостей способ осуществл етс следующим образом.

Детали 1, 2 и 7 (фиг.4) размещают аксиально по отношению к индуктору 3 Детали 2 и 7 соедин ют с инерционны- ми несв занными массами. Во внутреннюю полость детали 7 ввод т втулку 8 дп придани детали 7 жесткости. Деталь 1 привод т во вращение. Посредством индуктора 3 на деталь 1 воздействуют импульсами деформирующего пол . После возникновени трени между детал ми 1 и 2 деталь 2 начинает вращатьс совместно с деталью 1. После схватывани поверхностей деталей и 2 хзни вращаютс совместно, образуетс сварочный шов 4. Воздействие полем при этом продолжают до возникновени трени между детал ми 2 и 7, описанные процессы повтор ютс , и через промежуток времени, необходимый дл сварки поверхностей деталей 2 и 7, деталь 7 и совместно с ней калиб- .рующа втулка 8 приобретают скорость детали 1. Образуютс сварочный шов 4 между детал ми 2 и 7 и соответствующие полости в несваренной части деталей 1, 2 и 7. Благодар втулке 8 масса стенок деталей 1 и 2 не деформирует стенку детали 7. Совместно вращающиес детали 1, 2 и 7 останавливают , втулку 8 извлекают из детали 7, а сваренный узел - из рабочей зоны индуктора 3.

При осуществлении способа последовательностью импульсов воздействуют на вращающуюс относительно источника пол - индуктора деталь, при этом неравномерность всестороннего сжати , вызванна наличием диэлектрического паза в витке индуктора (или концентратора ) , не вли ет на качество сварного соединени , так как период вращени детали выбираетс некратным периоду следовани импульсов и веро тность повторени импульса в том же .положении детали мала.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Пример. Применение предлагаемого способа при сборке штанги толкател двигател внутреннего сгорани .

Сборна штанга толкател состоит из трубчатого цилиндрического стержн 1 (фиг.5) наконечника 2 с цилиндрическим хвостовиком и сферической частью, а также аналогичного наконечника (фиг.6) с чашеобразной частью.

1

Стенка трубчатого стержн 1 тонка , выполнить конусную разделку дл сварки трением затруднительно. Наружный диаметр наконечника 2 не менее наружного диаметра трубчатого стержн 1, поэтому нет доступа с торцовой части, дл сварки трением при помощи третьей детали, помещенной в цилиндрическую разделку. Дл сварки согласно предлагаемому способу трубчатый стержень 1 .и цилиндрический хвостовик наконечника 2 размещают аксиально по сопр гаемым поверхност м в индукторе 3. Стержень 1 снабжают инерционной массой дл создани сварочного момента и посредством муфты соедин ют с приводом вращени . Стержень 1 привод т во вращение и воздействуют на него последовательностью импульсов деформирующего пол согласно предлагаемому способу до образовани сварного соединени . Режим сварки При диаметре стержн штанги 15 мм следующий:

Число оборотов стержн в минуту до воздействи полем

Амплитуда импульсного тока в индукторе , МА

Частота тока в импульсе , кГц Врем сварки в зависимости от допусков на диаметры, с Наконечник с чашеобразной частью свариваетс со вторым концом трубчатого стержн 1 аналогично.

Если необходимо обеспечить уменьшение массы штанги (например, дл штанги быстроходного двигател ), сварку производ т одновременно по двум поверхност м - цилиндрической согласно предлагаемому способу и по плоской торцовой поверхности стержн (фиг.6). Свариваемые детали сдавливают с необходимым дл сварки по терцовой поверхности стержн 1 и обечай8250

0,35 - 0,65 78

1,2-4,7

ки наконечника 2 усилием Р. Стержень 1 и наконечник 2 привод т во вращение в противоположные стороны дл увеличени относительной скорости свариваемых поверхностей. На цилиндрическую поверхность стержн 1 воздействуют деформирующим полем. Давление Р увеличивают до давлени осадки по торцовой поверхности в момент воздействи на цилиндрическую поверхность стержн 1 последнего импульса пол , вызывающего осадку и схватывание по цилиндрической поверхности сопр жени . Образуютс сварочные пгаы.. За счет увеличени общей площа

ди сварочного шва и расЛоложени частей шва в разных плоскост х можно уменьшить длину цилиндрического хвес- товика и уменьшить вес штанги на 15% при равной прочности.

. Предлагаемый способ расшир ет технологические возможности сварки, позвол ет осуществл ть сварные соединени деталей по цилиндрическим поверхност м с применением дл обжати деталей воздействи импульсного деформирующего магнитного пол , а также . получать высококачественные сварные соединени практически без образовани грата.

У

/ 7 7z; /////////////y

5

J

фиг.2.

фиг.З

фиг А

Фиг.}

г

3

Редактор О.Бугир

Составитель К.Быковец

Техред Н.Бонкало Корректор Г.Решетник

Заказ 4167/11Тираж 1001Подписное

ВНИРШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 1J3035, Москва, Я-35, Раушска наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Фиг.6

Claims

1. СПОСОБ СВАРКИ КОНЦЕНТРИЧНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, при котором производят разогрев деталей трением, отличающийс я тем, что, с целью повышения«производительности и качества сварки, а также расширения технологических возможностей способа, по меньшей мере одну из свариваемых деталей вращают и по меньшей мере на одну из свариваемых деталей воздействуют импульсом деформирующего магнитно! о поля, достаточным для взаимного контакта сопрягаемых цилиндрических поверхностей с выделением теплоты трения. л фиг.1

2. Способ сварки по п.1, отличающийся тем, что после достижения достаточной для сварки теплоты трения по меныпей мере на одну из свариваемых деталей воздействуют вторым импульсом, достаточным для достижения между указанными поверхностями необходимого давления осадки и схватывания, прекращая вращение.

3. Способ сварки по п.1, о т личающийся тем, что напряженность поля .первого импульса выбирают достаточной для свободной деформации детали, затем воздействуют рядом импульсов, напряженность поля которых повышают до величины, достаточной в последнем импульсе для осадки и схватывания при достижении контакта сопрягаемых поверхностей с выделением необходимого для сварки- количества теплоты.

4. Способ сварки по п.З, отличающийся тем, что напряженность поля каждого последующего импульса повышают до величины, соответствующей равной степени деформации детали от действия каждого импульса ряда, кроме последнего.

5. Способ сварки по п.2, отличающийся тем, что полем воздействуют на одну из деталей до достижения взаимного контакта их поверхностей, затем однократно воздействуют на вторую деталь до осадки и схватывания .

6. Способ сварки по п.З, о т л ичающийся тем, что период вращения деталей выбирают некратным периоду следования импульсов.