Способ сварки трением

Опубликовано 15.03.82. Бюллетень 10Дата опубликования описания 15.03.82 по делам нэвбретеннй н аткрмтий(54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ 1Изобретение относится к сварке трением.Известен способ сварки трением деталей из чугуна с шаровидным графитом, в основу которого положен цикл с трехступенчатым изменением давления при равномерном нагреве.Структура чугуна с шаровидным графитом обеспечивает получение неразъемного соединения с помощью сварки трением. Чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун) представляет собой сплав железа с углеродом. Углерод в этом чугуне в основном находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита с мелкодисперсным расположением в матрице сплава. Форма графита и его расположение в высокопрочном чугуне приводит на начальной стадии нагрева при сварке трением к выгоранию углерода со свариваемых торцов. На окончательной стадии нагрева, когда доступ воздуха к свариваемым торцам прекрашается, а температура достигает значений близких к температурам плавления, углерод растворяется в аустените, происходит фазовое превращение, т. е. образуются карбиды типа Ге С. Таким образом, в стадии нагрева на свар иваемых торцах деталей 2из чугуна с шаровидным графитом углерод в свободчом состоянии не присутствует и, следовательно, не образуется пленка из графита. Отсутствие пленки графита позволяет получить качественное соединение деталей из чугуна с шаровидным графитом в стадии проковки 11.Недостатком этого способа является то,что он не обеспечивает получение неразъемного соединения деталей из серого чугуна 1 О с серым чугуном и серого чугуна со стальюиз-за структуры серого чугуна, который представляет собой сплав железа с углеродом, Углерод в этом чугуне в основном находится в свободном состоянии в форме грубопластинчатого графита с объемным 15 расположением в матрице сплава. Формаграфита и его расположение в сером чугуне приводят к тому, что при сварке трением в стадии нагрева на свариваемых торцах графит не успевает полностью выгореть и перейти в другое фазовое состояние, поэтому образуется пленка из графита, которая выполняет роль смазывающего материала и уменьшает нагрев. В стадии проковки при образовании неразъемного соединения эта пленка не выдавливается из стыка. Из-занедостаточного нагрева свариваемых заготовок и из-за хрупкости пленки из графита (графит является хрупкой фазой) прочность ,такого соединения очень низкая (практически соединение не получается).Известен также способ сварки трением, при котором нолучают неразъемное соединение деталей из серого чугуна со сталью; в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку, В этом способе в детали из серого чугуна в месте предполагаемого соединения высверливают отверстие, диаметр которого намного больше диаметра стержня из стали. Далее в основании отверстия выфрезеровывают кольцевой паз. В отверстие до отказа вставляют стержень и прижимают с необходимым усилием. Стержню сообщают вращение, а затем осуществляют проковку. Неразъемное соединение образуется за счет заполнения кольцевого паза деформированным металлом 2.Недостатком такого способа является то, что он позволяет сваривать детали только разновеликого сечения, предусматривает специальную механическую обработку крупногабаритной детали из серого чугуна и большой расход стали из-за того, что перед сваркой деталь из стали должна быть вставлена на определенную глубину в деталь из серого чугуна.Цель изобретения - расширение номенклатуры свариваемых изделий из серого чугуна, а также серого чугуна со сталью, устранение специальной механической обработки деталей перед сваркой и уменьшение расхода материала.Поставленная цель достигается тем, что в,способе сварки трением, преимущественно из серого чугуна и серого чугуна со сталью, при котором в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку, концы заготовок из серого чугуна перед сваркой отбеливают на глубину больше, чем припуск на сварку, а после сварки отбеленные участки термообрабатывают.Отбеливание не снижает производительности получения литых заготовок из серого чугуна.Производят отбеливание следующим образом,Выплавляют чугун. Затем заливают его в форму, состоящую из двух частей. Верхняя часть формы выполнена из материала, обеспечивающего низкую скорость охлаждения, . Нижняя часть формы выполнена из материала, обеспечивающего высокую скорость охлаждения. Кристаллизация чугуна в такой форме позволяет получить заготовку из серого чугуна с отбеленным участком определенной длины. При этом на участке белого чугуна весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида типа РезС, При сварке на свариваемых торцах не образуется пленка из графита. Торцы заготовок нагреваются до требуемой температуры. Прочность неразъемного соединения удовлетворительная из-за того, что в стыке отсутствуетхрупкая пленка из графита. Последующая3 термическая обработка отбеленного слояв сварных заготовках приводит к превращению белого чугуна в чугун с хлопьевиднымграфитом и увеличению прочности сварныхзаготовок.Пример конкретного исполнения. Предлагаемым способом сваривают заготовки изсерого чугуна с содержанием С, 26/о %в2,1 о/о, Мп - 0,62 о/о, Р - 0,12 о/о Ь - 0,12 о/оЧугун выплавляют в гра 1 ритовом .тигле снагревом током высокой частоты, выплав 1 ф ленный чугун при 13201390 С заливаютв форму, состоящую из двух частей. Верхняячасть выполнена из шамота (кирппич ШБВГОСТ 3272-71), Нижняя часть выполненаиз стали 45, для увеличения скорости охаюлаждени я, Таким образом, получены заготовки из серого чугуна18 мм, длиной120 мм, На длине 100 мм получена структура серого чугуна, на длине 20 ммструктура белоцо чугуна с переходной зоной.Заготовки из стали 15 длиной 100 мм ии 1 р 18 мм.Сварка выполняется на полуавтоматеМфА при следующих режимах: п == 26 кгс/мм; 1= 10 с; барр -- 3 сгде,п - число оборотов заготовки в мин;эеР - давление нагрева;Рп - давление проковки;т ц - время нагрева;пр - время проковки.,Образцы после сварки подвергают термической обработке по следующим режимам.1 партия образов - нагрев до 650 С,выдержка 4 ч и охлаждение на воздухе.2 партия образцов - нагрев до 900 С,4 Е выдержка 20 мин.,охлаждение с печьюдо 300 С и охлаждение на воздухе.Сваренные образцы испытывались на4 изгиб. Требуемая прочность получена наобразцах, термообработанных при 900 С.При этом разрушение образца происходитпо основному металлу, т. е. по серому чугунуи визг = 3640 кгс/мм.На фиг. 1 показана микроструктура обэф разца из серого чугуна + сталь 15, охлажденного после сварки на воздухе; на фиг. 2 -микроструктура образца из серого чугуна +сталь 15, после термической обработки при650 С; на фиг. 3 - микроструктура образцаиз серого чугуна + сталь 15, после термической обработки при 900 С.Микроструктурный анализ показывает,что в этих образцах отсутствуют трещины,непровары и другие дефекты сварки.Предлагаемый способ сварки трением можно применять в арматуростроении, например, в производстве задвижек.Применение предлагаемого способа сварки трением снижает трудоемкость изготовления продукции и дает экономию около 20000 р.Формула изобретенияСпособ сварки трением, преимущественно серого чугуна или серого чугуна со сталью, при котором в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры свариваемых изделий, устранения специальной механической обработки деталей перед сваркой и уменьшения расхода материала, концы заготовок из серого чугуна перед сваркой отбеливают на глубину больше, чем припуск на сварку, а после сварки отбеленные участки термообрабатывают.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Гельман А. С, и др. Сварка трением толстостенных труб. Технология машиностроения, М 8, 1960, с. 64 - 69,2. Патент США М 3444611, кл. 29-470.3, 20.05.69 (прототип).ономаренко Н 11303Филиал Редактор И. КаЗаказ 1247/19 Составитель Б. Техред А. Бойкас Тираж 51 ПИ Государственного ко делам изобретений и Москва, Ж - 35; Раушс П Патент, г. Ужгород