Способ сварки трением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (111 24 9 51) 4 В 23 К 20 12 ИЗОБРЕТЕНВИДЕТЕЛЬСТВ У ПИС ТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ( 71) Новосибирский ордена ТрудовогоКрасного Знамени инженерно-строительный институт им, В.В. Куйбьппева( 56) Вавилов А.ф Войков В.П. Сварка трением,-М.: Машиностроение,1964, с. 96.Вилль И.И, Сварка металлов давлением.-Л.: Машиностроение, 1970,с. 61-62,54) ( 57) 1. СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ, при котором производят нагрев свариваемых заготовок за счет тепла, выделяемого в процессе их трения, и дополнительного тепла от газовой горелки, осадку и охлаждение, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и качества сварки, уменьшения расхода электроэнергии и горючего газа,аснижения необходимых удельных давлений при нагреве и проковке, регулирования тепловложения в заготовки пр сварке материалов с различными тепло физическими характеристиками для одновременного достижения ими пласти" ческого состояния, перед сваркой на боковые поверхности заготовки наносят теплоизоляционньп. слой, предварительно нагревают разомкнутые торцы свариваемых заготовок газовойгорелкойодо 700-720 С, затем совместно нагревают заготовки одновременно газовым пламенем и трением при удельном давлении 19-20 МПа до 800-850 С, после чего осуществляют выравнивающий нагрев разомкнутых торцов заготовока газовой горелкой до 1100-1200 С и последующий нагрев заготовок трением при удельном давлении 30 МПа до температуры сварки 1250-1350 С, осада ку производят при удельном давлении проковки 95-100 МПа и нагреве заготовое газовой горелкой и,последующим замедленным охлаждением, при котором величину тепловложения в ту или другую заготовку регулируют интенсивностью пламени и временем нагрева.2. Способ по и 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения структурной неоднородности в переходном слое шва и снижения остаточных напряжений, на заготовку с большим коэффициентом теплопроводности теплоизоляционный слой наносят большей толщины или из материала с более низкой теплопроводностью.2324 Изобретение относится к сваркетрением, преимущественно к способамсварки трением инструментальных сталей и сплавов с конструкционнойсталью.Целью изобретения является уменьшение тепловых потерь, сокращениепродолжительности сварки, снижениеудельных усилий нагрева и проковки,уменьшение расхода электроэнергии,обеспечение регулирования тепловложения в свариваемые заготовки дляодновременного достижения ими пластическогр состояния, снижение неравномерности нагрева и охлаждения металла и повышение качества сварныхсоединений.На чертеже показаны изменениятемпературы и давления в свариваемомстыке в процессе сварки.П р и м е р, Проводится сварказаготовок быстрорежущей стали, Р 18диаметром 18 мм с заготовками изконструкционной стали 45 того жедиаметра. Сварка производится на машине МСТс мощностью привода вращения 10 кВт, позволяющей развиватьосевое усилие в пределах от 4,9 до49 кН при частоте вращения1500. об/мин.Химический состав стали марки45 соответствует ГОСТУ, структуранормализованная ферритно-перлитовая,Коэффициент теплопроводности0,115 кал/(см.с. С), удельная теплоемкость 0,112 кал/(г. С), коэффициент теплового расширения032 ал/(см. С, " ),20 25 30 35 Состав стали Р 18, 7.: С 0,8, И 18,Сг 4, Ч 1,5. Структура. после обра"40ботки давлением и отжига состоит изсорйитиэированного перлита и включений избыточных карбидов вольфрама,хрома и ванадия.Коэффициент теплопроводностн0,045 кал/(см .С, фС), удельная теплоемкость 0,105 кал/(г. С), коэффициент теплового расширения0,20 кал/(см. С.с" ),Для снижения тепловых потерь вовремя сварки через боковые поверхности заготовок на эти поверхностиперед сваркой наносится теплоизоляционное покрытие,В качестве материала для нане- .сения теплоизоляционного слоя используется асбоцементная смесь (А/Ц=2),состоящая из 677. распущенного асбес 39 2та марки П-50 и 337, быстротвердеющего портландцемента марки 500. Смесь замешивается на воде, расход которой примерно равен весу сухой смеси, т.е. соответствует отношению В/А+Ц=1. Покрытие наносится на заготовки кистью или пистолетом-распьлителем.Аналогично наносятся смесь маршаллита с жидким стеклом, силиковые композиции и другие композициис малым коэффициентом теплопроводности,Поскольку теплопроводность и теплоемкость быстрорежущей стали Р 8значительно ниже, чем у конструкционной стали марки 45, толщина изоляционного слоя на заготовках сталиР 18 доводится только до 1,5 мм, вто время, как на заготовках иэ стали марки 45 до 2,5 мм.Коэффициент теплопроводности асбоцементного покрытия составлял0,00025 кал/(см.с. С),Заготовки с отвержденным покрытием закрепляются в зажимах машиныс зазором несколько большим шириныкольцевой горелки. Для нагрева применяется кольцевая горелка, имеющая24 сопла (диаметр сопла 0,6 мм) испособная подавать до 6 л газовойсмеси в секунду. Горелка зажигаетсяв стороне от стыка, чтобы торцовыесечения заготовок не покрывалиськопотью, затем подводится к зазоруи восстановительным пламенем производится нагрев торцов до С, = 100 о720 С. Температура контролируется визуально по цвету поверхности металла и времени нагрева, которое должно составлять примерно о = 3 сПосле этого зазор смыкается, одна из заготовок приводится во вращение, горелка смещается влево вположение, симметричное стыку, ипроизводится совместный нагрев заготовок до 1 =830-850 С одновремено2но газовым пламенем и теплом, выделяющимся при трении и удельном давлении нагрева Р = 19,6 МРа, дляполучения пластичной однофазнойструктуры аустенита. Время совместного нагрева-= 2-3 с.Затем производится выравнивающий нагрев торцовых сечений и концов заготовок пламенем одной горелки до 1 = 1100-1200 С, для чего концы заготовок разводятся на величину первоначального зазора и горелка смещается вправо к его оси, Здесь следует стремиться к одновременному достижению обоими заготовками достаточной для сварки пластичности, в связи с чем заготовку из быстро- режущей стали следует нагревать дольше, чем заготовку из стали марки 45.В этот период (за время 7 -"ь2,5 с) при бесконтактном нагреве трение и деформационное упрочнение .металла прекращается, в результате чего происходит интенсивный рост зерна аустенита, пластичность загото вок не только выравнивается, но и быстро повышается и создаются благоприятные условия для качественной сварки.Это позволяет более энергично 20 осуществлять следующую операцию - нагрев заготовок за счет тепла тре - ния до рабочей температуры сварки (С = 1250-1350 С) при несколько увеличенном давлении нагрева Р2н30 МПа. Время этого периодапримерно равно 1,5-2,5 с.Затем производится осадка заготовок с выжиманием грата при удельном давлении проковки Р = 98 Г 1 Па 30 (припуск на сварку 3-5 мин). В конце цикла сваренный стык и зона термического влияния заготовок охлаждаются при постепенном снижении интенсивности пламени и включении го- З 5 релки. Время это. э периода с -с 41-1,5 с.Для получения сравнительных данных параллельно производится сварПоказател: для способов известного предлагаемого Асбестоцементноепокрытие с толщинойу стали Р 18-1,0 мм,у стали марки 45 -1,5 ммДля покрытия0,00025 Нет Для стали марки45 0,115для стали Р 180,045Значительные Уменьшаются в 1 О и более раз соответственно коэрфициенту теплопроводности покрытия Характеристики и параметрыспособов Теплоиэоляционная защита свариваемых заготовок Коэффициент теплопроводности наружного слоя. заготовки, кал/(см.с. С) Потери тепла через боковые поверхности заготовок 439 4ка заготовок стали Р 18 и стали марки 45 того же сечения (9 8 мм) по известному способу на той же машине Г 1 СТ,Результаты сравнительных испытаний сведены в таблицу. Как видно из таблицы, предлагаемый способ по сравнению с известным имеет следующие преимущества: благодаря наличию теплснзоляционного слоя уменьшаются тепловые потери через боковые поверхности заготовок; устраняется окисление металла в зоне сварки; величина удельного усилия нагрева и проковки уменьшается примерно на 607., что позволяет уменьшить мощность привода сжатия манин и облегчить условия работы соответствующих деталей; сокращается продолжительность нагрева заготовок трением, что на 507 и более уменьшает расход электроэнергии на вращение и сварку заготовок; уменьшается общее и машинное время сварки и возрастает производительность на 3-152; появляется возможность эффективно регулировать процесс сварки и тепловложение в заготовки в зависимости от теплофизических свойств стали, формы и размера заготовок; увеличивается максимальный диаметр свариваемых на машине данной мощности заготовок с 25 мм до 30 мм и более; снижается неравномерность нагрева и охлаждения металла заготовок и величина остаточных сварочных напряжений; повышается качество сварных соединений.1232439 известного предлагаемого 13-14 3,5-5,5 8,5-10,0 13-14 14-15 9-11 10-12,5 78,4 7480 19940 156,8 98 39890 24955 1,х 100,63 х 10 0,97 х 10 0,0197 0,0078 Отсутствует Имеет место Устраняется Характеристики и параметрыспособов Время нагрева заготовоктеплом трения, .с Время нагрева заготовокгазовым пламенем, с Время совместного нагрева заготовок треаия и горелкой, с Общее время нагрева, сМааинное время сварки, с Удельное усилие нагрева,МПа Усилие нагрева трением, Н Удельное давление проковки, МПа Усилие проковки, Н Тепло, выделяемое в процессе трения, Дж Тепло, выделяемое при нагреве горелкой, Дж Расход электроэнергиина одно сварное,соединениекВтч Расход ацетилена, л/мииВозможность регулирования тепловложения в заготовки из разных марокстали Окисление металла впроцессе сварки Продопжение таблицы Р =1961 Рн =30 Изменением материала и толщиныслоя покрытия,времени нагрева горелкой, мощности искорости движенияпламени, продолжительности отдельныхпериодов1232439 Продолжение таблицы Характеристики и параметрыспособов Производительностьсварки, число соединений 17 а ачество сварных соений Из-за неравномерно и Окислы отструктурыродность- закалочныхи величиннапряжений ствую нагрева и наличия окислов могут быт непровары, в струк ре шва наблюдается о о карби ших с рещи Составитель К. Техред И.Попович овец,ктор А. Шанд Корректор М. Шароши Заказ 2729/1 одлисное В ИИПИ Гоо дела 035, М комитета СССР открытий ушская наб., д.ква, Ж, Ра Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгородф Проектная ородность, заные структуры, ды. Из-за боль варочных напий возможны Тираж 1001дарственногоизобретений ая неоднобразованиеструктурсварочныхуменьшается