СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ПЕНОАЛЮМИНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B23K9/23 B23K103/10 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве изделий из пористого материала - пеноалюминия, применяемого для тепло-, звуко-, виброизоляции в качестве ударного энергопоглотителя в автомобилестроении, кораблетроении, лифтостроении и других областях народного хозяйства.

Известен способ получения изделий из пеноалюминия, плакированного алюминиевым сплавом, используя лазерную сварку, включающий в себя сварку плакированного невспененного алюминия и вспенивание изделия после сварки (см. R. Braune, A. Otto " Tailored blanks based on foamable aluminium sandwich material, p. 119-124; J. Banhart, M.F. Ashby, N.A. Fleck: Metal Foams and Porous Metal Structure, MIT Verlag, 1999).

Недостатком этого способа является: применение специфической оснастки и технологических приемов, необходимых для вспенивания детали либо сварного узла после сварки, что влечет за собой дополнительные затраты и расходы.

Известен способ соединения пеноалюминия через Н-образные вставки из серийных алюминиевых сплавов, используя аргонодуговую сварку, включающий в себя изготовление вставок из серийных алюминиевых сплавов, закрепление вставок на заготовках из пеноалюминия и сварку, прочность получаемых изделий 0,8-1,00 от прочности исходного материала (см. А.А. Бондарев, Н.Г. Третьяк, Андр. А. Бондарев, Л. А. Арбузова " Перспективы использования пеноалюминия в сварных конструкциях", Автоматическая сварка 1, 2000, стр. 53-55), прототип).

Недостатками данного способа являются: дополнительный расход металла на вставки, трудозатраты на их изготовление, что влечет повышенные экономические расходы, сложность закрепления вставок на деталях из пеноалюминия, пониженная прочность мест соединения этих вставок и пеноалюминия и, как следствие, снижение срока службы изделия.

Предлагается способ соединения полуфабрикатов из пеноалюминия, состоящий из сварки плавлением полуфабрикатов из пеноалюминия с плотностью кромок 0,95-1,00 от плотности исходного матричного сплава.

Требуемую плотность кромок получают путем заневоливания их в процессе вспенивания.

Необходимую плотность кромок получают путем механического уплотнения вспененного материала.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что сварке плавлением подвергают заготовки из пеноалюминия с плотностью кромок 0,95-1,00 от плотности исходного матричного сплава.

Требуемую плотность кромок получают путем заневоливания их в процессе вспенивания.

Необходимую плотность кромок получают путем механического уплотнения вспененного материала.

Предлагаемый способ позволяет повысить экономичность процесса соединения полуфабрикатов из пеноалюминия.

Предлагаемый способ позволяет снизить расход металла на вставки и исключить дополнительные операции по их изготовлению и креплению вставок к полуфабрикатам из пеноалюминия, а также сократить расход присадочного материала. Все это повышает экономичность процесса соединения пористых полуфабрикатов.

Пример 1. Для испытания взяли 10 пластин невспенененного алюминия из сплава марки 1205 (Т_пл=650^oС, плотность 2,7 г/см³, размер пластин 300 х 100 х 3 мм). Кромку каждой пластины поместили между двумя стальными полосами (марка стали 30ХГСА, размер полос 300 х 40 х 3 мм). Пластины зафиксировали при помощи болтов, т.е. кромки заневолили (ширина заневоливания 5-7 мм), далее каждую пластину поместили в электропечь, при температуре 790^oС заготовки выдержали в течение пяти минут до полного вспенивания алюминия. Плотность пеноалюминия составила 0,65 г/см³, плотность кромки 2,64 г/см³. Затем пластины соединили попарно между собой по уплотненным кромкам, используя ручную аргонодуговую сварку (присадочная проволока марки СВ-АК5, сварочный ток 60 А, скорость сварки 7 м/ч). После сварки провели механические испытания сварных соединений. Для определения механических характеристик сваренных образцов проводились испытания на растяжение, на машине марки 5Z46 по шкале 2,5 т в соответствии с ГОСТ 1497-73. Для этих целей использовались плоские образцы, выполненные по ГОСТ 1497-73, скорость нагружения образцов составила 5 мм/мин. Разрушение всех образцов происходило по основному металлу за пределами уплотненной зоны и, таким образом, прочность полученных сварных соединений составила 1,00 от прочности пеноалюминия.

Затраты на подготовку для аргонодуговой сварки попарно между собой десяти пластин с заневоленными кромками и присадочный материал составили 154,5 руб. (из них 100 руб. - затраты на фиксирование кромок между стальными пластинами при вспснивании алюминия, 54,5 руб. - затраты на присадочный материал при цене присадочной проволоки марки СВ-АК5 - 145 руб. за 1 кг).

Пример 2. Для испытания взяли 10 пластин пеноалюминия из сплава марки 1205 (Т_пл= 650^oС, плотность 0,65 г/см³, размер пластин 310 х 110 х 25 мм). Кромку каждой пластины прокатали роликами с усилием 500 Н/м, ширина прокатки 7 мм. После прокатки плотность кромки составила 2,65 г/см³. Затем пластины соединили попарно между собой по уплотненным кромкам, используя ручную аргонодуговую сварку (присадочная проволока марки СВ-АК5, сварочный ток 60 А, скорость сварки 7 м/ч). После сварки провели механические испытания сварных соединений по методике, приведенной в примере 1. Разрушение всех образцов происходило по основному металлу за пределами уплотненной зоны и, таким образом, прочность полученных сварных соединений составила 1,00 от прочности пеноалюминия.

Затраты на подготовку для аргонодуговой сварки попарно между собой десяти пластин с механически уплотненными кромками и присадочный материал составили 284,5 руб. (из них 230 руб. - затраты на уплотнение кромок, 54,5 руб. - затраты на присадочный материал при цене присадочной проволоки марки СВ-АК5 - 145 руб. за 1 кг).

Пример 3. Для сравнения провели сварку двадцати пластин пеноалюминия из сплава марки 1205 (размер пластин 300 х 100 х 5 мм, плотность 0,6 г/см³) по способу-прототипу (десять пластин сварили попарно между собой методом электронно-лучевой сварки и десять - ручной аргонодуговой) с использованием Н-образных вставок из сплава АМг2 (толщина вставок 10 мм), в которых с двух сторон были отфрезерованы пазы (размер фрезеровки 300 х 15 х 5^+o,5 мм). Образцы пластин из пеноалюминия вставлялись в паз до упора, после чего производилась фиксация пластин путем легкого обжатия вставок по пазам, далее производилась сварка.

При электронно-лучевой сварке производилось кинжальное проплавление вставки и пеноалюминия.

При ручной аргонодуговой сварке сварка вставки и пеноалюминия производилась нахлесточным швом с двух сторон.

После сварки провели механические испытания сварных соединений по методике, приведенной в примере 1. Прочность полученных сварных соединений, выполненных при помощи электронно-лучевой сварки, составила 0,75-0,85 от прочности пеноалюминия, разрушение происходило по границе шва. Прочность сварных соединений, полученных при помощи ручной аргонодуговой сварки, составила 0,7-0,8 от прочности пеноалюминия, разрушение происходило по границе шва.

Затраты на изготовление вставок для электронно-лучевой сварки попарно между собой десяти пластин из пеноалюминия составили 1300 руб. (из них стоимость материала для пяти вставок 200 руб., материал - АМг2, цена за килограмм - 114 руб.; остальные затраты на фрезеровку и травление).

Затраты на изготовление вставок для аргонодуговой сварки попарно между собой десяти пластин из пеноалюминия и присадочный материал составили 1436 руб. (из них стоимость материала для пяти вставок 200 руб., материал - АМг2, цена за килограмм - 114 руб.; стоимость присадочного материала 136 руб. при цене присадочной проволоки марки СВ-АК5 - 145 руб. за 1 кг, остальные затраты на фрезеровку и травление).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить экономичность изготовления изделий из пеноалюминиевых полуфабрикатов в 4,5-10 раз по сравнению со способом-прототипом.

Способ может использован при производстве изделий из пористого материала - пеноалюминия. Заготовки из пеноалюминия соединяют путем сварки плавлением по кромкам, обработанным до получения их плотности 0,95-1,0 от плотности исходного матричного сплава. Необходимую плотность кромок получают путем заневоливания их в процессе вспенивания заготовок или их механического уплотнения после вспенивания заготовки. Способ позволяет получить соединение высокой прочности и повысить срок службы изделий. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ соединения заготовок из пеноалюминия путем сварки плавлением, отличающийся тем, что сварку производят по кромкам, обработанным до получения их плотности 0,95-1,0 от плотности исходного матричного сплава. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимую плотность кромок получают путем заневоливаниия их в процессе вспенивания заготовок. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что необходимую плотность кромок получают путем их механического уплотнения после вспенивания заготовки.