Способ сварки металлов давлением

(51)М. Кд. В 23 К 2 С/00 Гооударотввнный комитет СССР но делам наооретеннй н открытийОпубликовано 150182 Бюллетень И 2 Дата опубликования описания 15.01. 82 Ф(72) Авторыизобретения Г.П,С ц , В.К.ли д , Р.м,и Р А СПЕП з.и А.О.ЧарнецкийА м.,г -д ПАТСНТН 0 рдена Ленина и ордена Трудового Красн . институт электросварки им. Е.О.Пат 71) Заявите) СПОСОБ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ ния Изобретение относится к сварке металлов давлением в нагретом и хо лодном их состоянии и может быть ис-пользовано предприятиями черной и цветной металлургии, электротехнической, строительной, машиностроительной и в других отраслях промышленности.Известен способ стыковой сварки давлением, согласно которому давление1 О к деталям прикладывают вдоль оси 11 л.Недостатками известного способа являются необходимость применения сложных машин с тремя силовыми механизмами и сложной кинематикой поФ лучаемые сварные соединения имеют структурную неоднородность по всему сечению изделия, сам процесс сварки осуществляется с потерями мета."ча и др20Известен способ сварки металлов давлением, согласно которому концы свариваемых деталей устанавливают внахлестку и прикладывают давление по нормали к осям детали до совмещения их 1 2При сварке укаэанным способом пластическая деформация происходит в направлениях как нормальных к плоскости сжатия, так и в плоскости сжатия. Поэтому провар получают при глубокой деформации, вызывающей уменьшение толщины в зоне соединения, изменение формы изделий в зоне сварки, а на концах зоны соединения образуются очаги непроваров - краевые дефекты.Цель изобретения - повышение качества сварного соедине и устранение потерь металла.Указанная цель достигается тем, что в способе сварки металлов давлением, согласно которому концы сва. риваемых деталей устанавливают внахлестку и прикладывают давление по нормали к осям деталей до совмещения их, при этом давление прикладывают к деталям на поверхности длиной, 897439большей дпины нахлестки, течениеметалла с торцов свариваемых концовограничивают прижимами, а удельноедавление сжатия, прикладываемое кдеталям в зоне сварки, рассчитывают 5по формуле бр;к к к К = 1,1-2,1 где Р " удельное давление,кгс/мм 16К 6=1 1 195 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределениенапряжений и структурное состояние; 13К = 1,05-1,75 - коэффициенттрения,"К = 1,0-.1,95 - коэффициент,учитывающийвлияние скорос.ети деформирования,коэффициент,учитывающийвлияние масштабного Фактора;б - предел процЭности металла,кг/мм 2; МЧ - относительноесужение деталеи, 4На чертеже схематически изображена последовательность операций при Мданном способе сварки, где; а - исходное положение, б - начало сварки,в - начало провара, г - конец процесса сварки,Схема осуществления предложенного 4 фспособа содержит свариваемые детали 1,)и , прижимы 2 и 3, деформирующиечасти 4 и 5, корпус 6.На чертеже обозначено: Р - усиплие прижатия, Рн - усилие сжатия;4 Я- длина прижима; 1.Н - длина нахлестки.Соединяемые части деталей зачищают, устанавливают внахлестку и фиксируют, Затем при сварке низкоплас- Отичных высокопрочных металлов производят нагрев, например, контактнымспособом до 1 гомологической температуры (07,-0,85) Т,пл.К, металлыи сплавы очень чувствительные к рекри сталлизации нагревают до (0,3-0,55)Т.пл.К; причем предварительно объемно нагреты массивные детали, например заготовки горячего проката, дополнительно не нагревают, а пластичные металлы совершенно не нагревают.Свариваемые части изделия сжимают непрерывно нарастающим усилиеми ограничивают пластическую деформацию свариваемых частей по всем неконтактирующим (не соединяемым) поверхностям. При этом усилие сжатиявызывает экструзию -течение металлатолько через соединяемые (контактирующие) поверхности в направленииосей свариваемых деталей.Напряженным состоянием и интенсивностью деформации, как факторами определяющими свариваемость, управляютв процессе экструзии с помощью длинынахлестки, т.е. величины смещаемогообъема металла, длины и рельефа прижимов деталей, а также усилия прижатия, Ход привода сжатия устанавливаютвсегда равным полусумме толщин соединяемых деталей, в процессе цикласварки их оси непоерывно сближаюти в конце его оси полностью совмещают,т,е, получают типичное стыковое соединение,При сварке однородных металловнапряжение сжатия на соединяемыхповерхностях повышают указанным путемдо величины не ниже истинного предела прочности данного металла приустановленной температуре сварки.Для гарантии провара необходимую величину напряжения (равную или большую истинного предела прочности)создают до завершения деформации,т.е. до совмещения осей.При сварке разнородных металловусилие сжатия устанавливают из расчета обеспечения на контактирующихповерхностях напряжения (удельногодавления) не ниже истинного пределапрочности, а более пластичного металла также до окончания деформации.Параметры режима предложенногоспособа сварки определяют расчетноопытным путем так, что при совмещенииосей деталей получают сформированноевысокопрочное стыковое соединение.Режимы сварки для предложенногоспособа определяют следующим методом,Минимальное удельное давление сжатия в зоне сварки должно быть не нижеистинного предела прочности металлапри данной температуре Р . )/ б;,фмиНо удельные давления в зоне сварки распределяются неравномерно. В8974 крайних точках нахлестки они минимальны, а в центре нахлестки - максимальны и поэтому оптимальное удельное давление сжатия - Рс оказывается значительно больше чем Р .Учитывая 5 условия деформирования можно записатьРс = Кр КяКч Кд 61 ю где К К К К - коэффициенты, учитываюбСчКщие влияние(соответственно) - неравномерности напряжений, трения, скорости деформирования и масштабногофактора.Как известно 15бВъ= ,где 68- предел прочности;1 р - относительное сужение деталей. 1 В, 20Поэтому Р = К. К - К КС О- Ч11" По данному оптимальному удельному давлению определяют усилие сжатия Р и затем опытно-расчетным путем на Ъ ходят величину нахлестки Ен и усилие прижатия Р 1, Для круглых деталей и= (0,4-7,5), где д - диаметр деталей,При сварке компактных прямоуголь- зо ных и квадратных сечений изделий(О 3-6,0), где д- толщина детали. Для сварки лент и листов е 11= (0,8-5)8.Степень деформации при сварке устанавливают равной полусумме свариваемых диаметров или толщин. Пределы изменения составляют до + 253 от средней толщины деталей.Конкретные примеры выполнения предложенного способа сварки с контактным нагревом, предварительным подогревом, однородных металлов в холодном состоянии и разнородных металлов в холодном состоянии приведены ниже.45П р и м е р 1, Сваркой с контактным нагревом сваривают катанку из ст. 45 8,0 мм. Используя приведенные зависимости можно найти, что при 1050 С оптимальное удельное давление Рс = 32 кгс/ммДлина нахлестки 1.нопределяется из условий обеспечения провара и работы иэделия и поэтому в данном случае н = 7,2 мм. Усилие сжатия Р определяется как произведение удельного давления на55 площадь поперечного сечения и, следовательно, Р = 1850 кгс. Усилие прижатия Рп определяют опытным путем 39 бкорректируя величину его по глубинепровараДля данного случая Р =20,5 кгс.Данный режим сварки обеспечиваетполучение сварных соединений с пол, ным проваром и равнопрочных с основным металлом.П р и м е р 2, Сваркой с гредва:рительным нагревом осуществляют сварку заготовок квадратного сецения 60 х60 мм из ст.3 предварительно нагоретых в печи до 1150 С, Процесс сварки происходит по схеме (см, чер-;теж а). Режим сварки: оптимальноеудельное давление, Рс = 35 кгс/мм,длина нахлестки, 1. = 50 мм, максимальное усилие сжатия, Р = 115 тс,усилие прижатия, Рп = 3 тс, ходпривода сжатия - 60 мм,П р и м е р 3. При холодной сварке алюминия диаметром 4,5 мм, по дан,ному способу, параметры режима свар 1 ки равны;Рс = 88 кгс/мм 1 = 9 мм,н= 3,56 тс,РпП р и м е р 4. При холодной сварке разнородных металлов - алюминиядиаметром 4,5 мм с медью того жедиаметра параметры режима сварки равны: Рс = 100 2 кгс/мм.= 9,5 мм,Р 4,36 тс,РИ= 42,0 кгс,РЪ= О.Из примеров 3 и 4 следует, чтооптимальное удельное давление присварке разнородных металлов близко кудельному давлению, необходимому присварке более пластичного металла,т.е. алюминия. При осуществлении сварки меди дизметром 4,5 мм с медью того же диаметра Рс оказывается равным 219 кгс/мм .При выполнении сварки2по режимам примеров 2, 3 и 4 получают качественные соединения, равнопрочные с основным металлом.Ожидаемый экономический эффект отвнедрения предлагаемого способа сварки определяется повышением качествасварных соединений, повышением производительности сварки, исключениемпотерь металла на сварку и др.Применение предложенного способарационально в непрерывном производстае, например, при холодном воло 897139, чении катанки из прочных сталей насталепроволочноканатных заводах.формула изобретенияСпособ сварки металлов давлением,при котором концы свариваемых де%талей устанавливают внахлестку иприкладывают давление по нормам косям деталей до совмещения их, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения качества сварного сое;вдинения и устранения потерь металла,давление прикладывают к деталям наповерхности длиной, большей длинынахлестки, а течение металла с торцов свариваемых концов ограничиваютприжимами, при этом удельное давлениесжатия, прикладываемое к деталям взоне сварки, рассчитывают по формулеС= (УККК,У, где Рс - удельное давлениесжатиякгс/мм ,Ъ = 1,1-1,95 - коэффициент, учитывающий неравно Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Кабанов Н.С. и Слепак Э.Ш. Технология стыковой контактной сварки. М., "Машиностроение", 1970, с.28-31. 2. Авторское свидетельство СССР И 60906, кл. В 23 К 11/20, 1910, 0-1 ЛК= 1,0-1,951,1"2,1фа мерное распределение напряжений иструктурное сос;тояние;коэффициент трения,коэффициент, учитывающий влияние скорости деформирования;коэффициент, учитывающий влияниемасштабного фактора,предел прочностиметалла, кг/мм,относительное сужение деталей, 4,., д. 4 филиал ППП "Патент", г.ужгород,. ул.Проек Заказ 11817/16 Тир ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва, 897439Д ж 1150 Поенного комитета тений и открыти -35, Раущская н