Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

@Q й

CoIo3 Советски к

Сециаикстическик

Респубпны (11) 594189 (61) дополнительное к авт. свил-ву— (QQ) Заявлено 250676 (21) 2375921/22-02 с присоединением заявки Ph

2 (Ы) М. Кл.

С 21 Р 1/78

Грврррипаыр аапрт

Свраа йнктрев 6йрр н деется извбрвтеврй и пирита (И) Приоритет1 (43) Опубликовано250278 Бюллетень М 7 (53) УДК 621.785.79 (088 ° 8} (45) Дата опубликования описания 02.03.75 (72) Авторы изобретения

С.А. Довнар и A.И. Григорьев

t7l) Заявитель

Физико-технический институт AH Белорусской ССР (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ИНСТРУИЕНТА

ДЛЯ УЛЬТРАЭВУКОВОЯ СВАРКИ

Изобретение относится к термической обработке изделий и может найти применение в, сварочном производстве, например при изготовлении инструментов для ультразвуковой сварки. 5

Известен способ термической обработки изделий с ультразвуком, включающий нагрев заготовки до температуры закалки, закалку в охлаждающей среде под действием ультразвуковых колеба- Ю ний и отпуск (11.

Данный способ позволяет повысить износостойкость изделий, например инструментов для ультразвуковой сварки, но не обеспечивает повышения качест- 16 ва воспроизведения сварных соединений, полученных этими инструментами.

Й процессе сварки необходимо отключить введение ультразвуковых колебаний в момент образования сварного со- Ж единения, так как дальнейшая подача ультразвуковой энергии в сварную зону разрушает уже образовавшееся сое" динение. Для этого используют систе-. мы обратной связи, которые очень громоздки и сложны в процессе настройки и практического применения.

Наиболее близким к предложенному является способ термической обработки изделий, например инструментов для ультразвуковой сварки,. включающий нагрев заготовки по температуры закалки, выдержку при температуре закалки с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск 12)

Такой способ позволяет получить структуру изделия в соответствии с характером распределения зон узлов и пучностей при температуре закалки.

В узловых зонах материал имеет большую твердость, по сравнению с зонами расположения пучностей, и различную структуру. К недостаткам известного способа относится низкая чувствительность материала инструмента в процессе ультразвуковой сварки к изменению параметров в процессе выполняемой им операции. При.изменении частоты колебаний, т.е. длины волны, в момент образования сварного соединения происходит смещение зон узлов и пучностей иэ областей, соответствующих их расположению при 1ермообработке, что вызывает дополнительную расстройку системы. Однако такая. расстройка в ряде случаев является недастаточной. Диапазон дополнительного изменения частоты за счет изменения структуры лежит в очень широких пределах и не обеспечивает достаточно высокого ка594189 чества сварных соединений. Система должна отключить ввод ультразвуковых колебаний только после выхода частоты колебаний за допустимые технологически установленные пределы.

Целью изобретения является получение структуры инструмента, обеспечивающей улучшение качества сварного соединения эа счет повышения четкости самоотключеиия ультразвуковых колебаний при выходе частоты за установленные пределы.

Это достигается тем, что в способе термической обработки иэделий, включающем нагрев заготовки до температуры закалки, выдержку при температуре за!

5 калки с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск, нагрев заготовки под закалку проводят в зонах расположения узлов и пучностей колебаний. Затем заготовку вторично нагревают до температуры закалки и прикладывают ультразвуковые ,колебания со смещением по отношению к их первоначальному распространению на

1/4 длины волны,затем заготовку помещают в эакалочную среду.

Способ осуществляют следующим образом.

Подвергаемое термической обработке изделие, например инструмент для ульт-ЗО развуковой сварки, устанавливают для интенсификации процесса ультразвуковой термообработки в двух концентраторах ультразвуковых колебаний, частота и фаза колебаний которых совпадает (при 35 нагреве в индукторе) с частотой и фазой токов высокой частоты индуктора.

Длину зоны нагрева, т.е. длину индуктора, выбирают равной величине смещения .эон узлов и пучностей в процессе 40 эксплуатации, например смещению длины А волны в момент образования сварного соединения.

Нагрев заготовки под закалку для уменьшения потерь ультразвуковбй знер"46 . гии по длине изделия можно осуществлять локально, перемещая индуктор. После эонной закалки заготовки на эксплуатационной частоте .в ней возбуждают

Ультразвуковые колебания сдвинутые

I 50 йа длину, соответ=òâóþùóþ изменению частоты колебаний в процессе сварки, например на 1/4 длины волны, т.е. в местах расположения пучностей создают узловые зоны и наоборот, Затем нагреJ вают зоны узлов и пучностей и проводят их закалку. После закалки выполняют низкий отпуск тела изделия н передают его на механическую обработку.

В процессе сварки, в момент образования сварного соединения, резко возрастает амплитуда колебаний инструмента, уменьшается волновое сопротивление в зоне сварки, а следовательно изменяется скорость распространения чльтразвуковых колебаний, что приводит 65 к изменению длины волны. Существует допустимое значение изменения частоты

Ультразвуковых колебаний, которое значительно не влияет на качество образования сварного соединения. Изменение частоты колебаний выше установленного предела ведет к разрушению образовавшегося соединения, поэтому частота колебаний должна лежать в пределах определенного допуска, а ввод ультразвуковой энергии в зону сварки должен быть прекращен при изменении частоты колебаний выше допустимой, т.е. Уже после образования сварного соединения и ухода (смещения) узлов и пучностей эа величину допуска. При распространении ультразвуковых колебаний узлы и пучности волны в инструменте лежат в структуре материала, соответствующей им по физической природе и механическим свойствам. При изменении частоты выше установленного допуска, т.е. равного длине эоны .закалки, узлы смещаются в зоны со структурой, благоприятной только для распространения колебаний в пучностях волны. Таким образом возникает барьер на пути распространения волны в инструменте, который почти полностью приводит к мгновенному затуханию амплитуды колебаний, и путем самоотключения ввода. энергии в зону сварки достигается осуществление процесса соединения только по частоте в пределах установленного допуска. Смещение зон нагрева узлов и пучностей можно осуществлять на 1/4 длины волны. При смещении зон нагрева больше 1/4 длины волны происходит наложение одной термообработки на другую.

Пример. По предлагаемому способу изготовляют инструмент из стали

Х12И длиной 160 мм для сварки в пределах изменения частоты 20 1 1 ко.

Изменение частоты в пределах 10% от эксплуатационной частоты приводит к изменению (смещению в процессе сварки) длины волны приблизительно на 1516 мм.Заготовку инструмента в зонах узлов и пучностей нагревают индуктором до 1000-1020 С с длиной зону нагрева 16 мм, сеединяют заготовку инструмента с двумя преобразователями

ВМС-6, работающими на частоте 20 кгц.

После нагрева этих зон (всех вместе или по отдельности) выполняют закалку. Затем изменяют длину волноводов и подают на заготовку инструмента колебания, сдвинутые на 1/4 длины волны, т.е. на 16 мм. После этого заготовку нагревают до 1000-1020 С, а затем эоны нагрева закаливают, например в масло. Выполняют низкий отпуск тела изделия при 160 С в течение 1 ч и передают инструмент на механическую обработку.

594189

Формула изобретени я

Составитель Р.Клычкова

Техред N.Kåëåìåø Корректор П.Е4акаревнч

Редактор Т.Фадеева

Заказ 773/31

ЦНИКПИ

Тиран 715 Подписное

Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

««»

Филиал ППП Патент, r.унгород, ул. Проектная, 4

Способ термической обработки инструмента для ультразвуковой сварки, включающий нагрев заготовки до температуры закалки, выдержку с одновременным наложением ультразвуковых колебаний, закалку и отпуск, о т л и ч а ющ и R с я тем, что, с целью получения требуемой структуры инструмента, на- I0 грев под закалку проводят в зонах располомения узлов и пучностей колебаний, затем вторично нагревают со смещением нагреваемых зон на 1/4 длины волны по отношению к их первоначальному распространению, после чего инструмент закаливают °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.НИИннформтяммаш Применение ультразвука при термической обработке металлов и сплавов М.,1968,13-67-4, с.36"38.

2.Автореферат кандидатской диссертации В.Е.Еремина Влияние ультразвуковых колебаний на процесс термической обработки сталей, Минск,1968, с.5-6,10-11.