Способ изготовления металлической профильной детали сваркой давлением

1:ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11. 04. 78 (21) 2620269/25-27с присоединением заявки Мо(51)м. Кл. В 23 К 20/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 791.66(088.8) Дата опубликования описания 17. 10. 80(5) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОФИЛЬНОЙ ДЕТАЛИ СВАРКОЙ ДАВЛЕНИЕМ Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению металлической профильной детали сваркой давлением, и может быть использовано для изготовления Х-образных, тавровых двутавровых и с заданным размерным соотношением элементов профиля.Известен способ изготовления элемента теплообменника, при котором между заготовками основного материала на участках, не подлежащих сварке, располагают шаблон из материала, препятствующего сварке основных заготовок, производят сварку давлением, 15 после чего заготовке придают требуемую форму 11.Однако этим способом невозможно получить профильные детали.Наиболее близким к описываемому 20 изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления металлической профильной детали сваркой давлением, при котором между заготовками детали 25 на участках, не подлежащих сварке, располагают металлический наполнитель из материала с коэффициентом термического расширения, отличным от коэффициента термического расширения материала заготовок, наполнитель после сварки удаляют,а детали придают требуемую Форму 12,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 свариваемых заготовок, между внутренними кромками наполнителя устанавливают прокладки из материала детали, а пе- ред 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,2- полученная профильная деталь, поперечный разрез.Способ осуцествляют следующим образом.Между заготовками 1(фиг.,1)детали на участках, не подлежащих сварке, располагают металлический наполнитель 2 из материала с коэффициентом термического расширения, в 1,1-2,0 раза отличающимся от коэффициента термического расширения материала заготовок 1, и образующий с ним при нагреве интерметаллиды, причем наружные кромки наполнителя совмещают с кромками свариваемых заготовок, 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 О дившиеся части заготовок отгибают с целью придания детали требуемой формы(фиг.2).Нередко при этом,особенно в случае отгибки на значительный угол элементов из высокопрочного материала, в местах гиба наблюдается появление трещин из-за оставшегося на поверхности,. соприкасавшейся с наполните- лем, хрупкого слоя интерметаллидОв. Для избежания образования трещин этот 30 слой необходимо удалять, например, кратковременным травлением в кислотном растворе.35Благодаря 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 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 5 О величине коэффициента термического расширения между соединенными сваркой давлением материалами менее чем 1,1 раза, то возникающие при тепло- смене на их границе напряжения сравнительно 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 щиеся термические напряжения могут привести или к преждевременному отрыву наполнителя от заготовок детали илик короблению (ис, ажению) геометрии заготовки. 65 Напряжения в переходной зоне мС- гут быть дополнительно повышены резким охлаждением, например в воде,от температуры, при которой осуществляют выдержку при термодиффузионной 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(легкоокисляюцие 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 1,5 х 40 х 200 мм титанового сплава марки ОТ 4, между которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5 х 10 х 200 мм из того же сплава и наполнитель в виде листа размерами 1,5 хЗОх 200 мм из стали марки Ст 3, отличающейся от титанового сплава по величине коэффициента термического расширения в 1,6 раза.Сварку осуцествляли на вакуумном прокатном стане при температуре 900 фС с обжатием 35. Далее заготовку разрезали на 2 части в гоперечном направлении и подвергали термодиффузионной обработке в вакууме по режиму: температура 800 С, продолжительность выдержки 2 ч, охлаждение с печью, остаточное давление рабочей атмосферы 510 торр. Затем наполнитель удаляли путем механического отрыва от основного материала, а освободившиеся от наполнителя части заготовки отогнули в противоположные стороны на угол ЗОО. При этом вторую часть заготовки предварительно подвергали травлению в кислотном растворе, включаю-. щем смесь азотной и плавиковой кислот, дляснятия 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 Ч-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участками.П р и м е р 2. Сваривали пакет., состоящий из двух листов размерами 1,6 х 80 хЗООмм высокопрочного титанового сплава марки ВТ 6 С, между которыми располагали прокладку размерами 2,8 х хЗОх 300 мм из этого же сплава и по обе стороны от нее - наполнитель в виде листа размерами 2,8 х 25 хЗООмм из стали марки Ст 3,отличающейся от сплава ВТ 6 С по величине коэффициента термического расширения в 1,45 раза. Свар 770698ку осуществляли на вакуумном прокатном стане при температуре 900 фС с обжатием 23. Далее заготовку разрезали поперек на три части. Вторую и третью из них подвергали термодиффуэионной обработке в вакууме по режиму: температура 750 С, продолжительность выдержки 1 ч, остаточное давление 510 4 торр, охлаждение второй части производили в печи, а третьей - в воде после предварительной разгерметизации рабочего пространства. Удалихь наполнитель у первой части заготовки механическим путем не удалост из-за высокой прочности сцеп, ления между сваренными прокаткой разнородными составляющими листовой за готовки вследствие отсутствия хрупкой зоны на их границе. У второй части наполнитель был отделен от основы с большими трудностями, 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 2 случае недостаточно хрупкая эона (из-за малой продо.вхительности выдержки при термодиффузионном отжиге) была дополнительно ослаблена возникшими при быстром охлаждении на границе между разнорбдными материалами термическими напряжениями. Освободившиеся от наполнителя участки заготовки отгибали в противоположные стороны на угол 30 вследствие чего получили Н-образную профильную деталь с равнотолщинными отогнутыми участкаП р и м е р 3. Свариваемый пакет собирали иэ двух листов размерами 1 х х 40 х 200 мм и Зх 40 х 200 мм соответственно 40 высокопластичного йикеля марки Н 1, между которыми по всей площади располагали прокладку размерами 1,5 х 20 х х 200 мм иэ того же материала и наполнитель в виде листа 1,5 х 20 х 200 мм из 45 стали марки Ст З,отличающейся по величине коэффициента термического расширения в 1,2 раза. Сварку осуществляли на стане Дуо 350 при температуре 650 фС с обжатием 45. Далее О листовую заготовку подвергали термодиффузионной обработке на воздухе при температуре 750 С и продолжительности выдержки 1 ч с последующим охлаждением в воде. Затем наполнитель удаляли путем механического отрыва от основного металла, а.освободивщиеся от наполнителя участки заготовкиотгибали в противоположные стороны на угол 90 ф.В результате изготовили тавровую профильную заготовку с разнотолщинными отогнутыми участками.Использование описываемого изобретения пОзволит изготавливать из листовых заготовок профильные детали практически любой конфигурации иэ листовых материалов и тем самым повысить коэффициент использования металла и производительность труда.Формула изобретенияСпособ изготовления металлической профильной детали сваркой давлением, при котором между заготовками детали на участках,. не подлежащих сварке, располагают металлический наполни- тель иэ материала с коэффициентом термического расширения, отличным от коэффициента термического расширения материала заготовок, наполнитель после сварки удаляют, детали придают требуемую форму, о т л и ч а ю - ,щ и й с я тем;что, с целью упрощения удаления наполнителй, а также расширения номенклатуры профильных дета лей, наружные кромки наполнителя совмещают с кромками свариваемых заготовок, между внутренними кромками на-полнителя устанавливают прокладки из материала детали, а перед удалением наполнителя производят термодиффуэионную обработку для образования хрупкого слоя, причем используют наполнитель с коэффициентом термического расширения, в 1,1-2,0 раза отличающимся от коэффициента термического расширения материала заготовки,образующий с ним при нагреве интерметаллиды.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3659326,кл. В 23 К 31/02, 1972.2. Тыжнова Н. В. Диффузионнаясварка(обзор зарубежной литературы за1966-1970).М., ВИЛС, 1972, с. 27-35.Мус Зака лиал ППП Патент",г. Ужгород, ул. Проектна ф,.У770698 7346 13 Тираж 1160 ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и отк 113035, Москва, Х(-35, Раушская Подписнота СССРытийнаб., д. 4/5