Способ сварки трением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 бб 0905 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ(57) Изобретение относится к сварке металлов трением, в частности к сварке металловс различными механическими свойствами.Цель изобретения - повышение качествасварного соединения путем выравниваниядеформирующих напряжений сжатия по се 5)5 В 23 К 20/12 // В 23 К 103:18 чению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образования сварного соединения, Способ сварки трением заготовкой включает выполнение на внутренней поверхности осадочной матрицы 3 канавки компенсатора 6 напряжений, а между фаской 5 и компенсэтором 6 - деформирующего пояска 7. В процессе проковки сварного шва запрессовывают зону сварногосоединения. в осадочную матрицу, Запрессовывание ведут до заполнения компенсатора 6 более пластичным металлом заготовки 2. Качество соединения позволяет после сварки производить закалку сварного шва при термообработке инструмента, без трещин. 5 ил 2 табл.Изобретение относится к сварке металлов трением, в частности к сварке металловс различными механическими свойствами.Цель изобретения - повышение качества сварного соединения путем выравнивания деформирующих напряжений сжатияпо сечению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образованиясварного соединения.На фиг,1 изображена схема осадки до 10проковочной матрицы и эпюра напряженийсжатия в поперечном сечении сварногошва; на фиг.2 - схема осадки в проковочнуюматрицу и эп юра сжатия в поперечном сечении сварного шва; на фиг,З - схема наложения эпюр напряжений сжатия в поперечномсечении сварного шва при осадке до матрицы и в проковочную матрицу; на фиг.4 -схема дополнительной осадки с прессованием сварного шва сквозь осадочную матрицу и эпюра напряжений сжатия в поперечномсечении сварного шва; на фиг.5 - эскиз осадочной матрицы,Способ сварки трением заготовок изматериалов с резко различающимися свойствами, в частности быстрорежущей 1(фиг.1) и конструкционной 2 сталей в инструментальном производстве, состоит в следующем,Нагревают заготовки 1 и 2 диаметром О 30в зоне стыка путем трения их торцов привзаимном вращении и постоянном осевомдавлении Г 1, Затем прекращают вращениезаготовок 1 и 2 при достижении в стыкенеобходимой температуры и пластичности 35металлов и начинают проковку. Проковка доосадочной матрицы (фиг,1) заключается вовзаимной осадке двух заготовок при увеличении осевого давления. При этом распределение напряжений сжатия по сечению в 40плоскости сварного шва заготовок 1 и 2 происходит согласно эпюре, представленнойна фиг,1, При этом значение сжимающихнапряжений о,ж в центральной зоне сечения сварного шва больше, чем в периферийной зоне, и равно в центреФж 1 = 3/2 ггпуК,где %1 - напряжение текучести более пластичного материала (конструкционнаясталь) при температуре Т 1;К - коэффициент, учитывающий сопротивление металла пластической деформации,Следовательно, при осадке до проковочной матрицы свариваемость в центральной зоне заготовок 1 и 2 лучше, чем впериферийной зоне. Для улучшения свариваемости заготовок в периферийной зонесоздают давление Р (фиг,2) по наружной поверхности заготовки из более пластичного металла, направленное под углом к плоскости 2 сварного шва заготовок с одновременной осадкой заготовок под действием осевого давления Е 2, в результате чего происходит более интенсивная деформация зоны сварного шва в его периферийной зоне, При этом изменяется характер распределения напряжений в контактной зоне, и значение напряжений в центральной зоне будет меньше. чем в периферииПсж 2 = 1/2 От 2К,где се 2 - напряжение текучести более пластичного материала при температуре Т 2 %1%2, так как температура разогрева в стыке Т 1 Т 2),По периферии контактной зоны напряжение сжатия резко увеличивается за счет давления Р 2, ограничивающего дальнейшую деформацию околошовной зоны более пластичного металла.Таким образом, при проковке в осадочную матрицу происходит улучшение свариваемости в периферии контактной зоны, Из схемы на фиг.З видно, что на диаметре сечения О х свариваемых заготовок в точках пересечения двух эпюр напряжения сжатия наименьшие и чаще всего недостаточные для свариваемости заготовок, Поэтому при изломе образцов после сварки для контроля качества сварного шва) на торцевой поверхности наблюдается дефект в виде "Блестящего кольца" диаметром О хДля повышения качества сварного шва проводят дополнительную осадку заготовки из более пластичного металла с прессованием сварного шва сквозь, осадочную матрицу. При помощи осевого давления Гз осуществляют дополнительную осадку заготовок, При этом сварной шов совмещают с плоскостью 3 действия постоянного давления Р зпо наружному диаметру заготовок, В результате в контактной зоне сварного шва создаются осевые напряжения сжатия, величина которых определяется по формулеоцсжз = 3/2 п,2 К . Причем осевые напряжения сжатия распределяются по сечению сварного шва равномерно,При дополнительной осадке производят примерно половину всей величины осадки заготовок, Дополнительную осадку производят в осадочной матрице (фиг.5). Осадочная матрица представляет собой массивную разъемную шайбу 3. в корпусе которой выполнено сквозное центральное отверстие 4, Диаметр отверстия 4 на 1-2 мм больше диаметра свариваемой заготовки 2.51015 20 25 30 35 40 50 55 В отверстии 4 выполнены формирующая грат фаска 5 с углом 30-45 . В центральном отверстии 4 матрицы выполнен компенсатор 6 напряжений в виде канавки фасонного профиля, объем которой определяется положением сварного шва в начале и конце проковки, Между фаской 5 и компенсатором 6 выполнен деформирующий поясок 7, плавно соединенный с фаской 5 и канавкой компенсатора 6 напряжений,Экспериментально установлено, что наиболее благоприятные условия для выравнивания напряжений сжатия в поперечном сечении сварного шва создаются при выполнении диаметра отверстия, образованного деформирующим пояском 7, равным б = 1,1 01, где б 1 - диаметр центрального отверстия матрицы.Матрицу устанавливают на торцевой стороне зажима 8, в котором устанавливают невращающуюся заготовку 2 из более пластичного материала. Вылет заготовки 2 за торец матрицы 1,5 - 2,5 мм в зависимости от диаметра заготовки 3. Торец заготовки 2, противоположный свариваемому, опирается на основание 9. Заготовку 1 из менее пластичного металла (например, из быстрорежущей стали) закрепляют в приспособлении (не показано), при помощи которого ей сообщается вращательное движение и перемещение вдоль оси по направлению к заготовке 3. Закрепляют заготовки 2 и 1 и осадочную матрицу, затем осуществляют цикл сварки. После разогрева торцевых зон свариваемых заготовок производят проковку. На первой фазе проковки сближают заготовки в осевом направлении с приложением усилия сдавливания. При этом происходит интенсивное выдавливание металла в грат вместе с окисной пленкой,Далее происходит дальнейшая деформация металла свариваемых заготовок, и фаска 5 матрицы заполняется разогретым металлом. При дальнейшем движении заготовки 1 заполненная металлом фаска 4 и деформирующий поясок 7 препятствуют дальнейшему увеличению диаметра заготовки в контактной и околошовной зоне заготовки из более пластичного металла и проковка плавно переходит в третью фазу. Продолжают перемещать заготовку 1 по направлению к заготовке 4. Так как заготовка 3 более пластичная, то заготовка 1 деформирует ее, При этом выдавленный обьем металла из околошовной эоны заготовки 2 размещается в компенсаторе 6 напряжений,Цвижение заготовки продолжают до совмещения ее торца с плоскостью наименьшего диаметра деформирующего пояска 7. При этом происходит равномерное,распределение напряжений сжатия по плоскости сварного шва, ограниченного диаметром заготовок, К этому моментукомпенсатор 6 напряжений заполняетсяпластичным металлом, Тем самым создается препятствие дальнейшему продвижениюзаготовки 1 в осадочну:о матрицу, и заканчивается третья фаза проковки.П р и м е р, На машине для сваркитрением фирмы "Тпогпрзоп" произведенасварка заготовок - образцов для испытанияиз сталей Р 6 М 5 ФЗ-МП и 38 ХС. Диаметр заготовок 40 мм, Количество сваренных заготовок 10 шт,Режимы сварки по предложенному способу представлены в табл.1.После сварки заготовки подвергнутытермической обработке, а затем механической обработке с заключительной термообработкой и шлифованием доФ 34 мм,Вся партия сваренных предложеннымспособом заготовок подвергнута исследованию, Изготовлено 10 образцов для испытания на изгиб и 10 образцов дляметаллографического исследования.Результаты механических испытаний наизгиб представлены в табл.2,Металлографическими исследованиямиобразцов, изготовленных из заготовок, сваренных предложенным способом, в сварном шве и околошовной зоне дефектов ввиде карбидных сеток и скоплений карбидов не обнаружено,Осуществление при проковке дополнительной осадки заготовки иэ более пластичного металла с прессованием зоны сварногошва сквозь осадочную матрицу позволяетвыровнять деформирующие напряжениясжатия по сечению сварного шва, Равномерное распределение напряжений по поперечному сечению сварного швапозволяет избежать образования несплошностей в зоне сварки, которые в изломе имеют вид "блестящих колец", Благодаряликвидации несплошностей в зоне сваркиповышается прочность сварного соединения, т,е, его качество.Особенно важно повышение качествасварного соединения при сварке быстрорежущих и конструкционных сталей в инструментальном производстве. Высокоекачество сварного соединения позволяетэкономить быстрорежущую сталь, так как вэтом случае появляется возможность изготовления хвостовой части инструмента иэконструкционной стали, Высокое качествосварного соединения исключает поломкиинструмента в зоне сварки, что особенноважно для инструмента, работающего с1660905 качества сварного соединения путем выравнивания деформирующих напряжений сжатия по сечению сварного шва в пределах диаметра заготовки в процессе образова ния сварного соединения, на внутреннейповерхности матрицы выполняют канавкукомпенсатор, а между гратоформирующей фаской и канавкой-компенсатором - деформирующий поясок диаметром, равным 1,1 10 диаметра центрального отверстия матрицы,а при проковке дополнительно осаживают заготовку из более пластичного материала до заполнения им канавки компенсаторэ напряжений. Таблица 1 Значение параметров Параметры режима сва ки 1,3 5Т аблица 2 большими динамическими нагрузками. Более высокое качество сварки позволяет производить закалку сварного шва притермообработке инструмента без трещин. Формула изобретения Способ сварки трением заготовок из материалов с резко различающимися механическими свойствами, включающий проковку запрессовкой зоны сварного шва в осадочную матрицу до заполнения металлом ее гратоформирующей фаски, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения Вылет заготовок:из зажимов шпинделяиз осадочной матрицы, ммСкорость вращения заготов и, об/минУдельное давление нагрева зэгоговок, ПаВремя нагрева, сЧисло фаз проковкиУдельное давление проковки,ЛаВремя проковки. сВеличина осадки заготовок, мм;быстрорежущая стальконстоукционнэя сталь 40 1,5 581 70 - 80 35 3 250 - 300 5 - 6Составитель В,ЗотинФиг, 4Техред М.Моргентал Редактор В.Данко КорректорМ .Кучеряв город, ул. Гагарина, 101 инат "Пате роизводственно-издательски каз 2082 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5