SU770698A1 - Способ изготовлени металлической профильной детали сваркой давлением - Google Patents

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению металлической профильной детали сваркой давлением, и может быть использовано для изготовления 5 Х-образных, тавровых двутавровых и с заданным размерным соотношением элементов профиля.

Известен способ изготовления элемента теплообменника, при котором 1 между заготовками основного материала на участках, не подлежащих сварке, располагают шаблон из материала, препятствующего сварке основных заготовок, производят сварку давлением, 1 после чего заготовке придают требуемую форму [1 ].

Однако этим способом невозможно' получить профильные детали.

Наиболее близким к описываемому 2 изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления металлической профильной детали сваркой давлением, при котором между заготовками детали 2 на участках, не подлежащих сварке, располагают металлический наполнитель из материала с коэффициентом термического расширения, отличным от коэффициента термического расширения мате2 риала заготовок, наполнитель после сварки удаляют,а детали придают требуемую форму [2 ].

Недостаток способа заключается в трудоемкости удаления наполнителя,а также в ограниченной номенклатуре изготовляемых профильных деталей.

Цель изобретения - упрощение удаления наполнителя, а также расширение номенклатуры изготовляемых профильных деталей.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе, наружные кромки наполнителя совмещают с кромками сва’риваемых заготовок, между внутренними кромками наполнителя устанавливают прокладки из материала детали, а перед удалением наполнителя производят термодиффузионную обработку для образования хрупкого слоя, причем используют наполнитель с коэффициентом термического расширения, в 1,1-2,0 раза отличающимся от коэффициента термического расширения материала заготовок детали,й образующий с ним при нагреве интерметаллиды.

На фиг. 1 показана схема осуществления предлагаемого способа;на фиг.2полученная профильная деталь, поперечный разрез.

Способ осуществляют следующим образом.

Между заготовками 1(фиг.1)детали на участках, не подлежащих сварке, располагают металлический наполнитель 2 из материала с коэффициентом терми- ческого расширения, в 1,1-2,0 раза ⁵ ^отличающимся от коэффициента термического расширения материала заготовок 1, и образующий с ним при нагреве интерметаллиды, причем наружные кромки наполнителя совмещают с кромками свариваемых заготоврк, между внутренними кромками наполнителя устанавливают прокладки·3 из материала детали и. производят сварку давлением. После сварки заготовку подвергают · 15 термодиффузионной обработке для образования интерметаллидов в зоне контакта наполнителя с материалом заготовок- и прокладок. Затем наполнитель удаляют механическим путем, а освобо- 20 лившиеся части заготовок отгибают с целью придания детали требуемой формы(фиг.2).

Нередко при этом,особенно в случае отгибки на значительный угол элемен- __ тов из высокопрочного материала, в ** местах гиба наблюдается появление трещин из-за оставшегося на поверхности,- соприкасавшейся с наполнителем, хрупкого слоя интерметаллидёв.

Для избежания образования трещин этот 30 слой необходимо удалять, например, кратковременным травлением в кислотном растворе.

Благодаря тому, что используют наполнитель с коэффициентом термического расширения, в 1,1-2,0 раза отличающимся от. коэффициента термического расширения материала заготовок, образующий при повышенной температу- 40 ре в месте их контакта интерметаллиды, на границе раздела между разнородными материалами в процессе охлаждения при термодиффузионной обработке заготовки возникают значитель- .45 ные термические напряжения, облегчающие механическое отделение наполнителя от основного материала по хрупкой (из-за образования металлидов) диффузионной зоне. Если различие в gg величине коэффициента термического расширения между соединенными сваркой давлением материалами менее чем 1,1 раза, то возникающие при теплосмене на их границе напряжения срав- „ нительно не высоки и практически не облегчают операцию механического разделения основы и наполнителя. С другой стороны, при различии в значениях ‘коэффициента термического расширения более чем в 2 раза, образую- 60 щиеся термические напряжения могут привести или к преждевременному отрыву наполнителя от заготовок детали или : к- короблению (искажению) геометрии заготовки. 65

Напряжения в переходной зоне мо'гут быть дополнительно повышены резким охлаждёнием,например в воде,от температуры, при которой осуществляют выдержку при термодйффузионной обработке, или близкой к ней по величине, за счет различия в значении коэффициента теплопроводности материалов основы и наполнителя. Если термодиффузионную обработку осуществляют в вакууме или инертной атмосфере(легкоокисляющие материалы, например,титановые сплавы).когда резкое охлаждение технологически затруднено или неосуществимо, то дополнительные напряжения можно создать путем специального кратковременного нагрева и последующего быстрого охлаждения.

Примеры осуществления способа.

П р и м е р 1. Свариваемый пакет' собирали с помощью точечной сварки из двух листов размерами 1,5x40x200мм титанового сплава марки 0Т4, между которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5x10x200мм из того же сплава и наполнитель в виде листа размерами 1,5x30x200 мм из стали марки Ст 3, отличающейся от титанового сплава по.величине коэффициента термического расширения в 1,6 раза.

Сварку осуществляли на вакуумном прокатном стане при температуре 900°С с обжатием 35%. Далее заготовку разрезали на 2 части в поперечном направлении и подвергали термодиффузионной обработке в вакууме по режиму: температура 800°С,_ продолжительность выдержки' 2 ч, охлаждение с печью, остаточное давление рабочей атмосферы 5>10~⁴торр. Затем наполнитель удаляли путем механического отрыва от основного материала, а освободившиеся от наполнителя части заготовки отогнули в противоположные стороны на угол 30°. При этом вторую часть заготовки предварительно подвергали трав-, лению в кислотном растворе, включаю-, щем смесь азотной и плавиковой кислот, для'снятия поверхностного слоя толщиной 25 мкм. В процессе отгибки у первой части заготовки обнаружили появление отдельных трещин в местах максимальной деформации, у второй части образования трещин не наблюдалось, В результате изготовили V-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участками.

П р и м е р 2. Сваривали пакет., состоящий из двух листов размерами 1,бх80х300мм высокопрочного титанового сплава марки ВТ6С, между которыми располагали прокладку размерами 2,8х хЗОхЗООмм из этого же сплава и по обе стороны от нее - наполнитель в виде листа размерами 2,8x25x300мм из стали марки Ст 3, отличающейся от сплава ;ВТ6С по величине коэффициента термического расширения в 1,45 раза. Свар770698 ку осуществляли на вакуумном прокатном стане при температуре 900°С с обжатием 23%. Далее заготовку разрезали поперек на три части.Вторую и третью из них подвергали термодиффузионной обработке в вакууме по режиму: температура 750’с, продолжительность выдержки 1ч, остаточное давление 5 - Ю'-^торр , охлаждение второй части производили в печи, а третьей - в воде после предварительной разгерметизации рабочего пространства. Удалить наполнитель у первой части заготовки механическим путем не удалост из-за высокой прочности сцепления между сваренными прокаткой разнородными составляющими листовой заготовки вследствие отсутствия хрупкой зоны на их границе. У второй части наполнитель был отделен от основы с большими трудностями, причем в отдельных участках наблюдались надрывы у элементов их основного материала. И только у третьей части заготовки стальной наполнитель был извлечен механически без каких-либо технологических осложнений. В данном случае недостаточно хрупкая зона (из-за малой продолжительности выдержки при термодиффузионном отжиге) была дополнительно ослаблена возникшими при быстром охлаждении на границе между разнородными материалами термическими напряжениями. Освободившиеся от наполнителя участки'заготовки отгибали в противоположные стороны на угол 30°, вследствие чего получили V-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участками .

ПримерЗ. Свариваемый пакет собирали из двух листов размерами 1х х40х200мм и 3x40x200мм соответственно высокопластичного йикеля марки Н1, между которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5х20х х200мм из того же материала и наполнитель в виде листа.1,5x20x200мм из стали марки Ст 3,отличающейся по величине коэффициента термического расширения в 1,2 раза. Сварку осуществляли на стане Дуо 350 при Температуре 650°С с обжатием 45%. Далее листовую заготовку подвергали термодиффузионной обработке на воздухе при температуре 750°С и продолжитель ности выдержки 1ч с последующим охлаждением в воде. Затем наполнитель удаляли путем механического отрыва от основного металла, а.освободившиеся от наполнителя участки заготовки отгибали в противоположные стороны на угол 90^е.В результате изготовили тавровую профильную заготовку с разнотолщинными отогнутыми участками.

Использование описываемого изобретения позволит изготавливать из листовых заготовок профильные детали практически любой конфигурации из листовых материалов и тем самым повысить коэффициент использования метал-, ла и производительность труда.

Claims (2)

1. Способ осуществл ют следующим образом . Ме уцу заготовками 1 (фиг.. 1)детали на участках, не подлежащих сварке, располагают металлический наполнител 2 из материала с коэффициентом терми ческого расширени , в 1,1-2,0 раза отличающимс  от коэффициента термического расширени  материала заготовок 1, и образующий с ним при нагреве интерметаллиды, причем наружные кромки наполнител  совмещают с кромками свариваемых заготоврк, между внутренними кромками наполнител  устанавливают прокладки-3 из материала детали и. производ т сварку давлением После сварки заготовку подвергают термодиффузионной обработке дл  образовани  интерметаллидов в зоне кон такта наполнител  .с материалом заготовок-и прокладок. Затем наполнитель удал ют механическим путем, а освобо дившиес  части заготовок отгибают с целью придани  детали требуемой формы (фиг.2). Нередко при з.том,особенно в случа отгибки на значительный угол элемептов из высокопрочного материала, в местах згиба наблюдаетс  по вление трещин из-за оставшегос  на поверхности ,, соприкасавшейс  с наполнителем , хрупкого сло  интерметаллидов. Дл  избежани  образовани  трещин это слой необходимо удал ть, например, кратковременным травлением в кислотном растворе. Благодар  тому, что используют наполнитель с коэффициентом термического расширени , в 1,1-2,0 раза отличающимс  от. коэффициента термического расширени  материала заготовок, образующий при повышенной температуре в месте их контакта интерметаллиды , на границе раздела между разнородными материалами в процессе охлаждени  при термодиффузионной обработке заготовки возникают значительные термические напр жени , облегчающие механическое отделение наполнител  от основного материала по хрупкой (из-за образовани  металлидов) диффузионной зоне. Если различие в величине коэффициента термического расширени  между соединенными сваркой давлением материалами менее чем 1,1 раза, то возникающие при теплосмене на их границе напр жени  сравнительно не высоки и практически не oбJ; гчaют операцию механического разделени  основы и наполнител . С другой стороны, при различии в значени х коэффициента термического рас ширени  более чем в 2 раза, образую щиес  термические напр жени  могут привести или к преждевременному отр ву наполнител  от заготовок детали ; к- короблению (ис.ажению) геометри заготовки. Напр жени  в переходной зоне могут быть дополнительно повышены резким охлаждением,например в воде,от температуры , при которой осуществл ют выерхшу при термодйффузионной обработке , или близкой к ней по величине, за счет различи  в значении коэффициента теплопроводности материалов основы и .наполнител . Если термодиффузионную обработку осуществл ют в вакууме или инертной атмосфере(легкоокисл ющие материалы, например,титановые сплавы).когда резкое охлаждение технологически затруднено или неосуществимо, то дополнительные напр жени  можно создать путем специального кратковременного нагрева и последующего быстрого охлаждени . Примеры осуществлени  способа. Пример. Свариваемый пакет собирали с помощью точечной сварки из двух листов размерами 1,5х40х200мм титанового сплава марки ОТ4, ме оду которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5х10х200мм из того же сплава и наполнитель в виде листа размерами 1,5x30x200 мм из стали марки Ст 3, отличающейс  от титанового сплава по,величине коэффициента термического расширени  в 1,6 раза. Сварку осуществл ли на вакуумном прокатном стане при температуре с обжатием 35%. Далее заготовку разрезали на 2 части в поперечном направлении и подвергали терМодиффузионной обработке в вакууме по режиму: температура ,, продолжительность выдержки 2 ч, охлаждение с печью , остаточное давление рабочей атмосферы . Затем наполнитель удал ли путем механического отрыва от основного материала, а освободившиес  от наполнител  части заготовки отогнули S противоположные стороны на угол 30°. При этом вторую часть заготовки предварительно подвергали трав-, лению в кислотном растворе, включаю-, щем смесь азотной и плавиковой кислот , дл сн ти  поверхностного сло  толщиной 25 мкм. В процессе отгибки j первой части заготовки обнаружили по вление отдельных трещин в местах максимальной деформации, у второй части образовани  трещиц не наблюдалось , В результате изготовили V-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участками. П р и м е р 2. Сваривали пакет., состо щий из двух листов размерами 1,6х80хЗООмм высокопрочного титанового сплава марки ВТ6С, между которыми располагали прокладку размерами 2,8х хЗОхЗООмм из этого же сплава и по обе стороны от нее - наполнитель в виде листа размерами 2,8х25хЗООмм из стали марки Ст 3,отличающейс  от сплава ;DT6C по величине коэффициента термического расширени  в 1,45 раза. Сварку ос 1цествл ли на вакуумном прокатном стане при температуре с об жатием 23%. Далее заготовку разрезал поперек на три части.Вторую и третью из них подвергали термодиффузионной обработке в вакууме по режиму: температура 750с, продолжительность вьщержки 1ч, остаточное давление 5« , охлаждение второй части производили в печи, а третьей - в воде после предварительной разгерметизации рабочего пространства. Удалить наполнитель у первой части заготовки механическим путем не удалост из-за высокой прочности сцеплени  мезхду сваренными прокаткой раз нородными составл ющими листовой заготовки вследствие отсутстви  хрупкой зоны на их границе. У второй части наполнитель был отделен от основы с большими трудност ми, причем в отдельных участках наблюдались над рывы у элементов их основного материала . И только у третьей части заготовки стальной наполнитель был извлечен механически без каких-либо технологических осложнений. В данном случае недостаточно хрупка  зона (из-за малой продо.хжительности выдержки при термодиффузионном отжиге) была дополнительно ослаблена возникшими при быстром охла одении на границе между разнородными материалами термическими напр жени ми. Освободив шиес  от нaпtэлнитeл  участки заготов ки отгибали в противоположные сторон на угол 30, вследствие чего получили V-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участками . П р и м е р 3. Свариваемый пакет собирали из двух листов размерами 1х х40х200мм и Зх40х200мм соответственн высокопластичного йикел  марки Н1, между которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5х20х х200мм из того же материала и наполнитель в виде листа.1,5х20х200мм из стали марки Ст 3,отличающейс  по величине коэффициента термического расширени  в 1,2 раза. Сварку осуществл ли на стане Дуо 350 при Температуре с обжатием 45%. Далее листовую заготовку подвергали термодиффузионной обработке на воздухе при температуре 750С и продолжитель ности вьщержки 1ч с последующим охлаждением в воде. Затем наполнитель удал ли путем механического отрыва от основного металла, а освободившиес  от наполнител  участки заготовки отгибали в противоположные стороны на угол 90.В результате изготовили тавровую профильную заготовку с разнотолщинными отогнутыми участками . Использование описываемого изобретени  позволит изготавливать из листовых заготовок профильные детали практически любой конфигурации из листовых материалов и тем самым повысить коэффициент использовани  метал-, ла и производительность труда. Формула изобретени  Способ изготовлени  металлической профильной детали сваркой давлением, при котором между заготовками детали на участках,-не подлежащих сварке, располагают металлический наполнитель из материала с коэффициентом термического расширени , отличным от коэф.фициента термического расширени  материала заготовок, наполнитель после сварки удал ют, детали придают требуемую форму, отличающ и и с   тем,что, с целью упрощени  удалени  наполнители, а также расширени  номенклатуры профильных дета- лей, наружные кромки наполнител  совмещают с кромками свариваемых заготовок , между внутренними кромками наполнител  устанавливают прокладки из материала детали, а перед удалением наполнител  производ т термодиффузионную обработку дл  образовани  хрупкого сло ,причем используют наполнитель с коэффициентом термического расширени , в 1,1-2,0 раза отличающимс  от коэффициента термического расширени  материала заготовки,образующий с ним при нагреве интерметаллиды .. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3659326, кл. В 23 К 31/02, 1972.
2. 2.Тыжнова Н. В. Диффузионна  . сварка(обзор зарубежной литературы за 1966-1970).М., ВИЛС, 1972, с. 27-35.

   ploiSfP

   «f

   770698

   S.Hrc

   ч чЧЧ