СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B23K20/14 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и сварке и может быть использовано для изготовления методом совмещенного процесса сверхпластической формовки и диффузионной сварки сложнопрофильных изделий типа панелей.

Известен способ изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя собирают в пакет и соединяют между собой в определенных местах прерывистой сваркой, после чего пакет герметизируют по контуру с установкой газопроводящего трубопровода, затем помещают пакет в технологическую оснастку между разнесенными обшивками, нагревают до температуры сверхпластичности, в процессе нагрева продувают полость штампа аргоном для удаления воздуха и удержания верхнего листа обшивки от провисания, формуют подачей давления между листами наполнителя до полного контакта образующихся ячеек между собой и обшивками. Недостатками данного способа являются усложнение оснастки, связанное с созданием внутри оснастки полости, ее герметизацией и установкой дополнительных трубопроводов, а также повышенный расход инертного газа для продува полости и создания инертной атмосферы.

Известен также способ изготовления панелей, при котором листы наполнителя соединяют между собой по заданному рисунку прерывистой сваркой, собирают в пакет вместе с обшивками и герметизируют по контуру с установкой в технологической зоне газопроводящих трубопроводов, помещают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и осуществляют формовку обшивок подачей давления между ними и листами наполнителя, после завершения формовки обшивок давление стравливают и подают его между листами наполнителя до формирования ячеек и сварки контактирующих поверхностей, при этом газ, вытесняемый в процессе формовки, удаляется через трубопровод для подвода давления между обшивками и наполнителем [1].

Для удаления газа известно использование вакуумирования пространства между наполнителем и обшивками, что требует усложнения оснастки для предотвращения провисания обшивок, дополнительного оборудования для откачки вакуума, значительного удлинения технологического процесса и повышенных энергозатрат. Возможно удаление газа только за счет его вытеснения при изменении объема полости между наполнителем и обшивками без дополнительных средств откачки, что не может гарантировать полный вывод газа из-за возможного перекрытия путей отвода, особенно на поздних этапах формовки.

Наличие между свариваемыми поверхностями остаточного газа затрудняет развитие физического контакта и препятствует получению качественного диффузионного соединения.

Целью изобретения является повышение качества диффузионного соединения из-за гарантированного отвода рабочей среды, без усложнения оснастки и без использования дополнительного оборудования.

Для достижения этой цели в способе изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя соединяют между собой по определенному рисунку сваркой, собирают в пакет с листами обшивок, герметизируют по контуру, устанавливают в технологическую оснастку и формуют подачей давления рабочей среды через трубопроводы, расположенные в технологической зоне, вначале между листами обшивок и наполнителем, затем между листами наполнителя, сварные швы, образующие рисунок наполнителя, по крайней мере, с одной стороны периметра пакета, продолжают в технологическую зону до места подсоединения системы ввода-отвода рабочей среды, при этом сварные швы в технологической зоне выполняют сплошными или прерывистыми с расстоянием между сварными точками не более 2ρ_нап, а листы обшивки с этой же стороны периметра пакета, подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивкой и наполнителем полости, высота которой определяется условием:
h≅2 δ_нап+2 ρ_нап , где h - расстояние между обшивкой и наполнителем в технологической зоне;
δ_нап- толщина листа наполнителя после формовки;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя. При формовке наполнителя, по мере заполнения им пространства между обшивками, в угловых зонах ячеек образуются естественные газопроводящие пути, ограниченные недеформированными углами ячеек. Газопроводящие пути являются областью скопления и средством отвода инертного газа. Однако в случае изготовления панелей с продольными параллельными ребрами, образующиеся естественные газопроводящие пути не сообщаются друг с другом, в связи с чем возникают технологические трудности по отводу газа, так как в этом случае необходимо предусматривать подсоединение системы ввода-отвода газа ко всем местам его скопления. В случае изготовления панелей ячеистого типа образующиеся естественные газопроводящие пути представляют собой сообщающуюся сеть, так как швы наполнителя пересекают друг друга, что позволяет осуществлять отвод газа через одно место подсоединения к данной сети. Но в этом случае из-за применения для образования ячеек прерывистого сварного шва возникают препятствия для вывода газа, обусловленные тем, что в местах разрывов швов условия деформации, из-за свободной оттяжки металла в верхнюю угловую часть ячейки способствуют более быстрому перекрытию газопроводящих путей, что может привести к изоляции отдельных участков скопления газа и одного места подсоединения системы ввода-отвода газа будет также недостаточно.

Для обеспечения гарантированного отвода инертного газа сварные швы, образующие рисунок наполнителя, продолжают в технологическую зону до места подсоединения системы ввода-отвода газа, благодаря чему все естественные газопроводящие пути основной зоны формовки, выходящие на сторону технологической зоны, получают сообщение с системой ввода-отвода газа посредством газопроводящих путей, образующихся в процессе формовки над сварными швами выполненными в той части наполнителя, которая находится в технологической зоне. При этом предварительно листы обшивок в технологической зоне подвергают дополнительной деформации таким образом, что между обшивкой и наполнителем образуется полость, высота которой определяется условием
h≅2 δ_нап+2 ρ_нап , (1) где h - высота полости;
δ_нап- толщина наполнителя;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя. Высота полости, определяемая из условия (1), равна такой величине, при которой перекрытие газопроводящих путей, образующихся в технологической зоне, невозможно. Эта величина определяется предельным радиусом формовки, представляющим собой такой радиус кривизны деформируемой поверхности, при котором возникающие в металле напряжения меньше напряжения течения в данных условиях. Предельный радиус формовки зависит от толщины формуемого листа, давления рабочей среды и напряжения течения материала при температуре и скорости деформации, используемых в технологическом процессе, и определяется по формуле
ρ_нап= ,
(2) где ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя;
σ_т.ч.- напряжение течения;
δ_нап- толщина наполнителя;
Р - максимальное давление при формовке Как правило, предельный радиус формовки составляет 0,5-2 толщины формуемого листа, отсюда из условия (1) можно установить, что высота полости относительно толщины наполнителя невелика, поэтому деформацией листа наполнителя при расчетах пренебрегаем и учитываем исходную толщину заготовки.

Сварные швы в технологической зоне выполняют герметичными или в случае применения прерывистых сварных швов расстояние между сварными точками не должно превышать 2ρ_нап.

Для получения полости на рабочей поверхности в технологической части штамповой оснастки, в обеих полуматрицах выполняют углубления высотой выбираемой из условия
H≅2 δ_нап+2 ρ_нап+δ_обш , (3) где Н - высота углубления
δ_нап- толщина наполнителя;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя;
δ_обш- толщина обшивки. Деформацией обшивки в технологической зоне пренебрегаем из тех же соображений, что и для наполнителя. Длину и ширину углубления выбирают из конструктивных соображений, с учетом расположения трубопроводов системы ввода-отвода газа.

На фиг. 1 показана схема соединения листов наполнителя сварными швами; на фиг.2 - разрез готовой панели плоскостью, перпендикулярной дополнительным сварным швам наполнителя.

Листы наполнителя 1, 2 соединены по заданному рисунку сварными швами 3. Позицией 4 обозначена условная граница основной и технологической частей наполнителя. Сварные швы 5 связывают швы рисунка наполнителя с местом установки трубопроводов 6, 7 системы ввода-отвода газа. Позицией 8 обозначен трубопровод подачи давления между листами наполнителя. На фиг.2 позициями 9, 10 обозначены верхняя и нижняя полуматрицы, позициями 11, 12 - обшивки панели. Над сварным швом 5 показаны газопроводящие пути 13, 14, образованные в процессе формовки.

Способ осуществляют следующим образом. Листы наполнителя 1, 2 соединяют по заданному рисунку прерывистыми швами 3. Швы, выходящие на сторону технологической зоны, соединяют между собой и местом установки трубопроводов 6, 7 системы ввода-отвода газа сварными швами 5. Соединенные листы наполнителя собирают с обшивками 11, 12 в пакет, герметизируют с установкой газоподводящих трубопроводов: 8 - для подачи давления между листами наполнителя, 6, 7 - для подачи давления между листами обшивок и наполнителем. Пакет устанавливают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и формуют подачей давления, вначале между обшивками и листами наполнителя, при этом в технологической зоне образуются полости. По окончании формовки обшивок давление стравливается и подается через трубопровод 8 между листами наполнителя. В процессе формовки наполнителя газ из основной зоны формовки вытесняется через газопроводящие пути, образованные в технологической зоне 13, 14, и трубопроводы 6, 7 в систему ввода-отвода газа. По окончании формовки наполнителя панель выдерживают под давлением до получения диффузионного соединения контактирующих поверхностей, охлаждают и извлекают из оснастки.

Перед установкой заготовки панели в оснастку в полуматрицах 9, 10 выполняют углубления высотой, определенной из условия (3).

П р и м е р. Изготавливают ячеистую панель из титанового сплава ВТ6 размером 100 х 100 мм. Толщина листов обшивок - 0,5 мм, толщина листов наполнителя - 0,6 мм. По формуле (2) определяют предельный радиус формовки наполнителя при 4 МПа (температура 900^оС, скорость деформации 10^-3 с^-1), максимальное давление в процессе 1,5 МПа. Предельный радиус формовки равен 1,2 мм. Из условия (3) выбирают необходимую высоту углубления - 4 мм. Ширину углубления принимают равной 100 мм, длину - 4,0 мм. На одном из листов, служащих заготовками наполнителя, отмечают линией на расстоянии 40 мм от края границу технологической зоны. Листы наполнителя соединяют по заданному рисунку электроконтактной сваркой таким образом, чтобы сварные швы, выходящие на сторону технологической части наполнителя, пересекли отмеченную границу. Концы этих швов соединяют дополнительными герметичными сварными швами с местом установки трубопроводов системы ввода-отвода газа. Листы наполнителя собирают с обшивками в пакет, герметизируют аргоно-дуговой сваркой по контуру с установкой газопроводящих трубопроводов. Пакет помещают в оснастку, нагревают до 900^оС, формуют панель подачей давления 1 МПа, вначале между обшивками и листами наполнителя, по завершении формовки обшивок давление стравливают до нуля, затем давление подают между листами наполнителя 1,5 МПа, по окончании формовки наполнителя панель выдерживают под давлением до получения диффузионного соединения контактирующих поверхностей, охлаждают и извлекают готовую панель из оснастки. При исследовании качества диффузионного соединения пор и непроваров не выявлено.

Использование: изготовление методом совмещенного процесса сверхпластической формовки и диффузионной сварки сложно - профильных изделий типа панелей. Сущность изобретения: сварные швы, образующие рисунок, по крайней мере, с одной стороны периметра пакета, продолжают в технологическую зону до места присоединения системы ввода-отвода рабочей среды. При этом сварные швы в технологической зоне выполняют сплошными или прерывистами с расстоянием между сварными точками не более 2 ρ_нап , а листы обшивки с этой же стороны периметра пакета подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивкой и наполнителем полости, высота которой h определяется соотношением, представленным в формуле изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ, при котором листы наполнителя соединяют по определенному рисунку сварными швами, собирают вместе с обшивками в пакет, герметизируют по контуру, устанавливают в технологической зоне наполнителя газоподводящие трубопроводы, помещают в оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и формуют подачей рабочей среды вначале между листами обшивок и наполнителем, а затем между листами наполнителя, отличающийся тем, что сварные швы наполнителя по крайней мере с одной стороны пакета продолжают в технологическую зону до места подсоединения трубопроводов, а листы обшивки подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивкой и наполнителем полости, высоту которой определяют из соотношения
h ≅ 2δ_нап + 2ρ_нап ,
где h - расстояние между обшивкой и наполнителем в технологической зоне;
δ_нап - толщина листа наполнителя;
ρ_нап - предельный радиус формовки наполнителя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что швы наполнителя в технологической зоне выполняют прерывистыми с расстоянием между сварными точками не более 2 ρ_нап .