Способ сварки трением

(5 ИСАНИЕ ИЗОВ ЕТЕ К ПАТЕНТ 2(54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ(57) Использование: для сварки трением стали с чугуном, содержащим шаровидный графит, в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: при сварке трением деталей из чугуна и стали применяют чугун с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейся содержанием графитных шариков 280-320 на 1 ммг, ферритных зерен 280 - 300 на 1 мм и долей шаровидного графита более 950 ь в общем содержании графита. Время трения при сварке устанавливают таким образом, цтобы диффузия углерода, в сталь в зоне сварного соединения была минимальной. Давление сжатия выбирают таким, чтобы происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивание графитных бХ УНД Ко, КГ и отер ГмбХ (ОЕ) , Хайнрих Грюр, Иоахим фон Е)РАЕ"К , А и д 37, 1985, Неп еЬеп, Вд, 11,иков в пластины. 1 з.п, ф-лы. Эта цель достигается применением чугуна с графитом шаровидной формы и структурой, характеризующейся содержанием графитных шариков 280-320/мм, ферритгных зерен 280 - 300/мм и долей шаровидно 2го графита 950/О в общем содержании графита; время трения устанавливается таким образом, цтобы диффузия углерода в сталь в месте сварки трением была минимальной; величина давления сжатия выбирается такой, чтобы в процессе сварки трением происходило лишь количественное выпрессовывание науглероженного расплава и не допускалось расплющивания гра.фитных шариков в пластинки. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Вальтер Хундхаузен ГмКука Швайсэнлаген унд Роб(56) ОЕ: й СНТЕЙ, Н, впдБСЬаеЬеп цпд Ясйпедеп, В2, 5. 60-65,ОЕ-: Копзтгоегеп ипд1986, МГ,2, 5. 33 - 37. Изобретение относится к сварке давлением, в частности сварке трением стали с чугуном. содержащим шаровидный графит, при котором между контактирующими поверхностями стыкуемых деталей создают посредством вращения относительное перемещение и стыкуемые детали прижимают друг к другу их контактирующими поверхностями как в ходе относительного перемещения (фрикционное давление), так и в неподвижном состоянии при более высоком давлении (сжимающее давление). Целью изобретения является повие прочности соединения. 1771440 АОбычно причиной дефектов В зоне сварного соединения при сварке трением является, помимо прочего, сдавливание в чугуне ецае)овидного гГ)афита. В связи с этим задачей, решаемой настоя.цим изобретением, является нахождение технологичес,их параметров, при которых удается предотвратить такое сдавливание и адновремен 1,о обеспечить прочность сварного соединени 51, саатВетствующу)О прочнОсти оснОВНО- го материала (стали и.чугуна),Изобретение основано также на знании того, чта ограниче)1 ная способность к сварке трением про 51 ш)5)ется в результате обусловленного теплотой трения растворения углерода, которое вследствие быстрого отвода тепла через деталь приводит к образованию ледебурита и мартенсита и, тем самым, существенном(охрупчие)анию мате" риала, Следствием этого является затруднительная обработка деталей из-за недостаточной Вязкости и появление тоещин от Внутренних напряжений на элементах конструкций.Проведенные исследования показали, что применяемый в настоящее время чугун может содержать в сваей структурее охрупчива,ащие элементы, которые после осуществления сварки трением сразу же приводят к образованио грещин и повре)кдению материала,Используемая В настоящее время после сварки последу)ащая термообработка удорожает процесс, и такая термообработка не может устранить первичные трещины ат внутренних напряжений, то есть трещины, возникшие непосредственно после завершения процесса сварки тоением. В связи с этим Возникла необходимость ВыпОлнить воспринимающее нагрузки сечение сварного соединения без дополнительной термообрабатки и беэ содержания ледебурита, Поэтому одна из задач, которую необходимо решить при реализации изобретения, закл)ачалась в том, чтобы усовершенствовать материал чугун с шаровиднеям графитаьь С (5 -1 Л а В Е( О) П Р И 1( ) Д Н Ы М ДЛ Я С В а Р К 1 г 1 Т Р Е Н И Е М и избахать ухудша)ащих качество чугуна структурных изменений, в частности появления ледебуритной или мартенситной структуры пад влиянием теплоты све)рки трением.Используемый для изготовления 1 угуе 1- ной детали чугун с шаровидным графитом характеризуется определенными свойствами вязкости.Элементами, придающими хрупкие свойства, явля)отся марганец, хром и медь, а такяе фосфор, сера и микроэлементьПри производстве чугуна согласно изобретенено 10 15 20 25 30 40 45 50 беоется перед обработкой магнием для образования шаровидного графита) предпочтительно расплав, содержащий Мп 0,01 - 0,25%; Сг 0,01-0,05%, СО 0,02 - 0,05%; Р 0,01 - 0,02; Я 0,001-0,02%, а также ка рбидстабилизирующие микроэлементы - висмут, олово, селен, теллур, сурьма, молибден; ванадий в общей концентрации не более 0,15%,Из техники известно, что злемент кремний сплавляется в ферите и с увеличением содеркания приводит к повышению хрупкости. С другой стороны, кремний является важнейшим легирующим элементом, стимулирующим выделение углерода во время затвердевания и тем самым предотвращающим образование цементитной или ледебуритной структуры.,Для обеспечения низкого содержания кремния при оптимальном и стабильном затвердевании при точке звтектики зарекомендовали себя как предпочтительные следующие технологические приемы.С целью стимулирования процесса кристаллизации графита содержание углерода в расплаве устанавливают предпочтительно В Г)ределах 3,7.-3,85%. Содержание кремния В базисном расплаве устанавливают предпочтительно в пределах 2,14 - 2,16%, при этом проводится преимущественно двухступенчатое введение затравки в расплав до получения окончательного содержания 2,30:" 0,10 % Кроме того, для уменьшения обусловленной технологией склонности к переохлаждению и тем самым для того, чтобы избежать затвердевания с образованием карбида, целесообразно проводить обработку чистым магнием в конвертере при содержании Мц 0,045 ф. 0,005%В результате благодаря предлокенному составу расплава и методам его переработки материал приобретает такие свойства, которые согласно изобретению приводят к достижени)о значительного соответствия со свойствами стали и тем самым создают реша 1 ощу 1 о предпосылку для однообразного поведения материалов после сварки трением,Соединяемые между собой материалы явля 1 отся, с одной стороны, ферритным чугуном с шаровидным графитом и конструкционнай сталь(о, с другой стороны. Прочность получаемого сварного соединения соответствует проч)эсти обоих соединяемых между собой основных металлов, 8 очень узкой зоне шва (100 гпу) происходит незначительное повышение твердости вследствие образования перлита являюЗаказ 3752 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,москва,Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 щейся в остальном ферритной основы, Это относится к состоянию без дополнительной термообработки,Время трения и давление нагрева и проковки зависят от размеров машины, сечения сварки и диаметра детали, причем на время трения дополнительно еще влияет разная скорость вращения различных размеров машин. Время трения, а в конечном счете также давление нагрева и проковки должны определяться путем немногих экспериментов, что является обычным и допустимым.Ниже приводится конкретный пример выполнения предложенного в изобретении способа сварки трением, а именно: для трения двух труочатых тел, которые в первом случае имеют условный проход 50 мм, э во втором случае условный проход 200 мм;- материалы соединяемых между собой заготовок в обоих примерах являются чугун с шаровидным графитом и сталь;- поперечные сечения заготовок на участке сварного соединения в первом примере образуются из толщины стенки 4 мм при номинальном диаметре 50 мм, а во втором пример из толщины стенки 8 мм при номинальном диаметре 200 мм;- величина относительной скорости вращения между заготовками составляет в первом примере 5,0 м/с. а во втором примере 55 м/с;- время давления трения составляет в обоих случаях 4 с;- величина давления трения составляет в первом примере 27 бар, а во втором примере 52 бар;- время давления нагрева и проковки составляет в первом случае 4 с, а во втором примере 5 с;- величина давления нагрева и проковки составляет 82 бар или соответственно 124 бэр;- номинальные значения твердости получаемого сварного соединения составляют в обоих примерах 42, М м при 12 Д вращения,В приведенном выше примере использовали чугун, расплав которого имел следующий состав; 3,80% угля; 2,50 Я, кремния; 0,27 оь марганца: 0,016";6 фосфора; 0,003;4 сер ьк 0,040 хрома; 0,001ва надин, Расходод магния; 1,1 - 1,3 кг/т Уо.Температура расплава, при которой 5 осуществляется ввод магния, 1460 С,Продолжительность обработки расплава магнием до 2 мин.Таким образом, благодаря сокращениюпоинятого до сих пор времени тоения, мож но уменьшить диффузию углерода в сталь взоне сварного соединения при сварке тре" нием. Благодаря повышению применявшегося до сих пор давления сжатия достигается выпрессовывание науглеро женного расплава из зоны сварки трениеми тем самым - устранение ледебуритной или мартенситной структуры, Процесс реализуем лишь при условии, что величина давления сжатия соответствует такому значению, 20 при котором не происходит расплющиванияграфитных шариков в,пластинки.Формула изобретения 1, Способ сварки трением деталей изстали и чугуна, при котором свариваемые 25 детали вращают одна относительно другойи сжимают, вращение прекращают и прикладывают давление проковки, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения прочности соединения в случае сварки чугу на с шаровидным графитом, для изготовления чугунной детали используют полученный из расплава чугуна, содержащий графитные шарики 280-320 на 1 мм 2.ферритные зерна 280 - 300 на 1 мм и долей2 35 шаровидного графита более 95 оь в общемсодержании графита, время трения при сварке ограничивают моментом оплавления контактной поверхности детали из чугуна при давлении трения, обеспечивающем вы прессовывание науглероженного расплаваиз зоны контакта без расплющивания грэфитных шариков в пластинки.2. Способ по и. 1, отл ич а ю щи йс ятем, что при сварке трением трубчатой дета ли из стали с трубчатой деталью из чугуна сшаровидным графитом, имеющих наружные диаметры 100 мм и толщину стенок 12 мм, давление трения выбирают равным 22 бэр, время трения 40 с, давление проковки 50 86 бар.