Способ сварки трением

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 24 9 А1 (51) 4 В 23 К 20 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3851033/25-27 (22) 20.12.84 (46) 23.05.86. Бюл. У 19 (71) Новосибирский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбьппева (72) Е.И. Егоров и А.Г. Меркулов (53) 621 ° 791.14 (088.8 ) (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 шийся тем, что, с целью повышения производительности и качества сварки, уменьшения расхода электроэнергии и горючего газа, а снижения необходимых удельньпс давлений при нагреве и проковке, регулиI рования тепловложения в заготовки при сварке материалов с различными теплофизическими характеристиками для одновременного достижения ими пласти" ческого состояния, перед сваркой на боковые поверхности заготовки наносят теплоизоляционньп. слой, предварительно нагревают разомкнутые торцы свариваемых заготовок газовой горелкой о до 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 заготовок а 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 MI1a 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 юшийся 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.

12324

Изобретение относится к сварке трением, преимущественно к способам сварки трением инструментальных сталей и сплавов с конструкционной сталью.

Целью изобретения является уменьшение тепловых потерь, сокращение продолжительности сварки, снижение удельных усилий нагрева и проковки, уменьшение расхода электроэнергии, обеспечение регулирования тепловложения в свариваемые заготовки для одновременного достижения ими пластическогр состояния, снижение неравномерности нагрева и охлаждения металла и повышение качества сварных соединений.

На чертеже показаны изменения температуры и давления в свариваемом стыке в процессе сварки.

Пример. Проводится сварка заготовок быстрорежущей стали, Р18 диаметром 18 мм с заготовками из конструкционной стали 45 того же диаметра. Сварка производится на машине MCT-23 с мощностью привода вращения 10 кВт, позволяющей развивать осевое усилие в пределах от 4,9 до

49 кН при частоте вращения

1500. об/мин.

Химический состав стали марки

45 соответствует ГОСТУ, структура нормализованная ферритно-перлитовая.

Коэффициент теплопроводности

0,115 кал/(см.с. С), удельная теплоемкость 0 112 кал/(г. С), коэффициент теплового расширения

0„32 кал/(см ° Сас ) °

25

35

Состав стали Р18, 7.: С 0,8, W 18

Cr 4, Ч 1,5. Структура. после обра"

40 ботки давлением и отжига состоит из сорйитиэированного перлита и включений избыточных карбидов вольфрама, хрома и ванадия.

Коэффициент теплопроводностн

0,045 кал/(см .С, С), удельная теплоемкость 0,)05 кал/(г. С), коэффициент теплового расширения

0,20 кал/(cM . С.c ), Для снижения тепловых потерь во время сварки через боковые поверхности заготовок на эти поверхности перед сваркой наносится теплоизоляционное покрытие.

В качестве материала для нанесения теплоизоляционного слоя используется асбоцементная смесь (А/Ц=2), состоящая из 67Х распущенного асбес39 2 та марки П-3-50 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-распылителем.

Аналогично наносятся смесь маршаллита с жидким стеклом, силиковые композиции и другие композиции с малым коэффициентом теплопроводности.

Поскольку теплопроводность и теплоемкость быстрорежущей стали PIS значительно ниже, чем у конструкционной стали марки 45, толщина изоляционного слоя на заготовках стали

Р18 доводится только до 1,5 мм, в то время, как на заготовках иэ стали марки 45 до 2,5 мм.

Коэффициент теплопроводности асбоцементного покрытия составлял

0,00025 кал/(см.с. С).

Заготовки с отвержденным покрытием закрепляются в зажимах машины с зазором несколько большим ширины кольцевой горелки. Для нагрева применяется кольцевая горелка, имеющая

24 сопла (диаметр сопла 0,6 мм) и способная подавать до 6 л газовой смеси в секунду. Горелка зажигается в стороне от стыка, чтобы торцовые сечения заготовок не покрывались копотью, затем подводится к зазору и восстановительным пламенем производится нагрев торцов до С< = 700о

720 С. Температура контролируется визуально по цвету поверхности металла и времени нагрева, которое должно составлять примерно 1 = 3 с °

После этого зазор смыкается, одна из заготовок приводится во вращение, горелка смещается влево в положение, симметричное стыку, и производится совместнь и нагрев заготовок до t, =830-850 С одновремено

2 но газовым пламенем и теплом, выделяющимся при трении и удельном давf ленин нагрева Р„ = 19,6 МРа, для получения пластичной однофазной структуры аустенита. Время совместного нагрева cz — » = 2-3 с.

Затем производится выравнивающий нагрев торцовых сечений и концов. заготовок пламенем одной горелки до t> = 1100-1200 С, для чего концы заготовок разводятся на вели1232 чину 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 быстрорежущей стали следует нагревать дольше, чем заготовку из стали марки 45.

В этот период (за время 7 - "о

2,5 с) при бесконтактном нагреве трение и деформационное упрочнение .металла прекращается, в результате чего происходит интенсивный рост зерна аустенита, пластичность загото- 15 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 (t< = 1250-1350 С) при несколько увеличенном давлении нагрева P

2 н

30 Mila. Время этого периода,,— э примерно равно 1,5-2,5 с.

Затем производится осадка заготовок с выжиманием грата при удельном давлении проковки Р„ = 98 MIla ЗО (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- 3g релки. Время это. э периода

1-1,5 с.

Для получения сравнительных данных параллельно производится сварПоказател:» для способов

f изв естного предлагаемого

Асбестоцементное покрытие с толщиной у стали Р18-1,0 мм, у стали марки 45—

),5 мм

Лля покрытия

0,00025

Нет

Для стали марки

45 0,115 для стали Р18

0,045

Значительные

Уменьшаются в 10 и более раз соответственно коэ<рфициенту теплопроводности покрытия

Характеристики и параметры способов

Теплоиэоляционная защита свариваемых заготовок

Коэффициент теплопроводности наружного слоя. заготовки, кал/(см.с. С) Потери тепла через боковые поверхности заготовок

439 4 ка заготовок стали Р18 и стали марки

45 того же сечения (И !8 мм) по известному способу на той же машине

МСТ-23.

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 60Х, что позволяет уменьшить мощность привода сжатия манин и облегчить условия работы соответствующих деталей; сокращается продолжительность нагрева заготовок трением, что на 50Х и более уменьшает расход электроэнергии на вращение и сварку заготовок; уменьшается общее и машинное время сварки и возрастает производительность на 13-15X 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

39890

24955!,х10 0,63x10

0,97х10

0,0197

0,0078

Отсутствует

Имеет место

Устраняется

Характеристики и параметры способов

Время нагрева заготовок теплом трения, .с

Время нагрева заготовок газовым пламенем, с

Время совместного нагрева заготовок треаия и горелкой, с

Общее время нагрева, с

Мащинное 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 электроэнергии на одно сварное, соединение кВтч

Расход ацетилена, л/мии

Возможность регулирования тепловложения в заготовки из разных марок стали

Окисление металла в процессе сварки

Нродопжение таблищ

Р =19 61 Рн =30

Изменением материала и толщины слоя покрытия, времени нагрева горелкой, мощности и скорости движения пламени, продолжительности отдельных периодов

1232439

Продолжение таблицы

Характеристики и параметры способов

Производительность сварки, число соединений в час

170

150

Качество сварных соединений

Из-за неравномерности Окислы отсутствуют нагрева и наличия структурная неодноокислов могут быть родность образование непровары, в структу- закалочных структур ре шва наблюдается и величина сварочных неоднородность, за- напряжений уменьшается калочные структуры, карбиды. Из-за больших сварочных напряжений возможны трещины

Составитель К Быковец

Техред И.Попович

Редактор А. Шандор

Корректор М. Шароши

Заказ 2729/15

Тираж 1001

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о