UA46460C2 - Спосіб зварювання тертям і машина для його реалізації - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі зварювальної техніки і може бути використаний при виготовленні деталей методом зварювання тертям. В способі зварювання тертям заготовки стискають осьовим зусиллям нагріву, одній із заготовок надають обертального переміщення навколо спільної осі. Після закінчення заданого часу нагрівання виконують відключення приводу обертання, примусове гальмування і проковку шляхом підвищення осьового зусилля до значення зусилля проковки. Після відключення приводу обертання визначають момент тертя в зоні контакту, примусове гальмування і проковку починають при досягненні максимального значення моменту тертя, при цьому проковку виконують одночасно з гальмуванням. Машина для зварювання тертям містить станину, на якій розміщені затискач нерухомої заготовки і затискач рухомої заготовки, з'єднаний через муфту зчеплення з приводом обертання, гальмівний пристрій і блок керування циклом зварювання. Обладнана блоком керування гальмуванням і проковкою, до складу якого входять послідовно з'єднані асинхронний тахогенератор, розміщений на валу приводу обертання, датчик екстремуму, комутаційне реле, при цьому вхід блока керування гальмуванням і проковкою з'єднаний з виходом блока керування циклом зварювання, а виходи - з приводом осьового зусилля і гальмівним пристроєм. Досягається оптимізація термодеформаційних процесів формування зварного з’єднання, що приводить до підвищення його якості.

Description

На фіг.1 зображені криві зміни в часі основних параметрів зварювання, які характеризують запропонований спосіб, де п - швидкість обертання, Ен, Епр - осьове зусилля відповідно нагріву і проковки, ін,

Іпр - час відповідно нагріву і проковки, її; - момент початку примусового гальмування, Мер - момент тертя у зоні контакту.

На фіг.2 зображено схему запропонованої машини для зварювання тертям.

Суть способу, що пропонується, полягає в наступному. На початковій стадії процесу вварювання заготовкам, що стиснуті осьовим зусиллям нагрівання - Ен надають відносне обертальне переміщення на протязі заданого часу їх або до моменту досягнення заданої величини укорочення заготовок. При цьому, досягається заданий розігрів торців заготовок, що вварюються. Після цього виконують відключення приводу обертання і одночасно визначають момент тертя Мгр, який характеризує термодеформаційні процеси в зоні контакту. Оскільки зміна значення Мір при зменшенні швидкості обертання має екстремальний характер (Вилль В.М. Тепловьіделение в стадий торможения при сварке трением. - Автоматическая сварка М8, 1982г. - с.33-35), то при зменшенні частоти обертання п момент тертя Метр зоні контакту спочатку збільшується, досягаючи максимального значення при певному значенні п, а потім починає зменшуватись.

Оскільки для одержання якісних з'єднань необхідно обмежувати час стадії, на якій Мтр має низькі значення, то при досягненні максимального значення Мтах, одночасно виконують примусове швидке гальмування обертання і проковку. При цьому досягається оптимізація термодеформаційних процесів формування з'єднання для будь-яких діаметру і поєднання матеріалів, що зварюються.

Визначення моменту часу, який відповідає досягненню максимального значення моменту тертя після відключення приводу обертання, пропонується здійснювати шляхом вимірювання динаміки зміни частоти обертання м в часі - дм//дї, а примусове гальмування і проковку починати при досягненні максимального значення ам/аї.

Визначення моменту часу, який відповідає досягненню максимального значення моменту тертя після відключення приводу обертання, пропонується також здійснювати попередньо перед зварюванням експериментально для заготовок заданого розміру і поєднання матеріалів шляхом визначення значення частоти обертання, яка відповідає максимальному значенню моменту тертя, що дозволяє спростити реалізацію способу при зварюванні великих партій заготовок.

Машина для зварювання тертям включає станину - 1, на якій закріплені затискач 2 нерухомої заготовки, затискач З рухомої заготовки, привід осьового зусилля 4, гальмівний пристрій 5, привід обертання 6, блок керування циклом зварювання 7. Виходи приводу б і блоку 7 з'єднано з входом блоку керування гальмуванням і проковкою 8, до складу якого входять послідовно з'єднані асинхронний тахогенератор 9, розміщений на валу приводу обертання 6, екстремальний регулятор 10, комутаційне реле 11, при цьому вхід блоку керування гальмуванням і проковкою 8 з'єднаний а приводом 6 і виходом блоку 7, а виходи - з приводом осьового зусилля 4 і гальмівним пристроєм 5.

Машина працює таким чином. В затискачі 2, З встановлюються заготовки 12, 13, до них прикладається зусилля нагріву і включається привід обертання 6. Починається цикл вварювання. Після досягнення заданого часу нагріву блок керування циклом вварювання 7 одночасно подає команди на відключення приводу 6, і на блок керування гальмуванням 8 на початок визначення моменту тертя. У цей час затискач З з заготовкою 13 продовжує обертатись під дією сил інерції обертових мас машини. На виході тахогенератора 9 генерується сигнал, який визначає зміну швидкості обертання м у часі млі і пропорційний моменту тертя, (Лебедев В.К., Литвин Л.В., Дьішленко А.Т., Черненко И.А. - Определение момента трения при инерционной сварке по величине углового ускорения // Автомат сварка. - 1986. - М8. - сб.31-33). Цей сигнал подається на вхід екстремального регулятора 10, який при досягненні максимального значення ам/аї, що відповідає, максимуму моменту тертя, подав сигнал на комутаційне реле 11. Реле 11 комутує гальмівний пристрій 5 і привід осьового зусилля 4 - одночасно відбувається примусове гальмування обертання і прикладення зусилля проковки. При цьому формування з'єднання завершується при одночасній дії осьової та тангенціальної складових деформації що дозволяє оптимізувати термодеформаційні процеси формування з'єднання.

Приклад. Зварювання тертям заготовок діаметром ЗОмм із алюмінію АДІ і сталі 12Х18НІ10Т на машині

МСТ-35 (прототип), і на лабораторній машині, обладнаній блоком керування гальмуванням у окладі тахогенератора ТГ-5А, перетворювача 525123, екстремального регулятора 1А01-1, комутаційного реле

РЕО-22.

Режим зварювання: Швидкість обертання п - 1000об/хв; зусилля нагрівання Ен - З0ОбОкг; час: нагрівання

Ін - Зс; зусилля проковки Епр - бОООКГ.

Зварні з'єднання, одержані яри зазначених параметрах на машині-прототипі, мають низькі показники пластичності внаслідок неповного видалення із стика прошарку металу з низькими механічними властивостями, який містить крихкі інтерметалідні фази, що утворюються внаслідок хімічної взаємодії сталі і алюмінію.

З'єднання, одержані при зварюванні на зазначених параметрах, на машині і способом, що пропонуються, мають високі показники механічних властивостей. При цьому визначення моменту тертя виконувалось шляхом вимірювання частоти обертання асинхронним тахогенератором ТГ-5А при збудженні його постійним струмом. В генераторній обмотці тахогенератора наводиться сигнал ам/аї, пропорційний Мр і при досягненні максимального значення ам/аї, яке відповідає Мтах, виконувалось примусове гальмування і проковка.

Визначення частоти обертання, якій відповідає досягненню максимального значення моменту тертя після відключення приводу обертання, здійснювалось експериментально попередньо перед зварюванням.

Це значення виявилось рівним 320об/хвилину. Виконувалось зварювання партії заготовок, під час якого вимірювали частоту обертання, а примусове гальмування і проковку починали при досягненні визначеного значення частоти обертання 320об/хв. Зварні з'єднання мали високі показники механічних властивостей.

Як експериментально встановлено вища якість зварних з'єднань досягається за рахунок проведення проковки одночасно з гальмуванням на заключній стадії процесу зварювання, при цьому деформація заготовок відбувається при одночасній дії осьового зусилля та тангенціальної складової зусилля. Це дозволяє оптимізувати термодеформаційні процеси формування з'єднання. При прикладенні зусилля проковки і початку гальмування до досягнення максимального значення моменту тертя Мр має місце надмірне видалення із зони з'єднання нагрітого металу і погіршення якості з'єднань. При прикладенні зусилля проковки і початку гальмування після досягнення максимального значення Мр погіршуються умови видалення із стика інтерметалідів внаслідок чого збільшується товщина крихкого інтерметалідного прошарку і значно погіршуються показники пластичності з'єднань.

Бл

М Б й ДЕ ву й

Фгі й й 1 Дерев З тт 421145 8.

Ф/ле