СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ШТАМПОСВАРНЫХ ЗАМКНУТЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК B23K20/06 B21D26/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу получения штампосварных замкнутых тонколистовых конструкций с помощью индукционного разогрева соединяемых заготовок токами высокой частоты, преимущественно для изготовления деталей сложной формы из алюминия, меди, никеля и их сплавов.

Известен способ сварки формовкой, при котором свариваемые детали устанавливаются внахлест с постоянной величиной зазора между ними. Зону сварки герметизируют кожухом и создают в нем нейтральную атмосферу. Перед сваркой деталь нагревается с помощью индуктора от генератора тока высокой частоты, после чего на этот же индуктор подается импульс тока от магнитно-импульсной установки. Взаимодействие магнитных полей индуктора и метаемой детали, в которой индуцируется ток, создает между ними отталкивающие усилия, в результате которых эта деталь метается в направлении неподвижной детали и происходит их сварка. Исходный зазор между свариваемыми деталями необходим для разгона метаемой детали и увеличения скорости соударения при сварке в твердой фазе по аналогу со сваркой взрывом (см. Дудин А.А. Магнитно-импульсная сварка металлов./Под ред. Э.С. Коракозова, М.: Металлургия, 1979, с.16-17) [1].

Индукционный разогрев деталей осуществляется предварительно от отдельного высокочастотного генератора и необходима сложная герметизирующая оснастка для сварки трубчатых заготовок внахлест. Все это снижает производительность процесса.

Описанным способом сваривают две заготовки труб, помещенных одна в другую с нахлестом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения сварных соединений листовых металлических материалов при изготовлении цилиндрических, конических и других сложных по форме деталей и узлов, при котором свариваемые внахлест заготовки помещаются в зону действия магнитного индуктора, соединяемого с высокочастотным генератором импульсного тока, при этом свариваемые поверхности заготовок прижимают одна к другой и к жесткой опоре силами взаимодействия магнитных полей индуктора и тока самоиндукции, возникающего в заготовках и разогревающего их в местах сварки (см. патент RU № 2110381 С1, МПК 6 В 23 К 13/01, опубл. 10.05.98. Бюл. № 13) [2], принимаемый за прототип.

Недостатком известного способа получения сварных соединений является необходимость предварительной формовки заготовок, что увеличивает длительность производственного цикла, а также недостаточно высокое качество сварного соединения из-за того, что разогрев индукционным током в местах сварки осуществляется лишь за счет переходного сопротивления и нет условий для полного удаления окисных пленок и других загрязнений из зоны сварки.

Техническим результатом заявляемого способа является ускорение технологического цикла получения штампосварных конструкций и улучшение качества сварного соединения листовых металлических материалов.

Технический результат достигается тем, что способ получения штампосварных замкнутых конструкций из листовых металлических материалов, при котором свернутую с перехлестом заготовку помещают в зону действия магнитного индуктора, соединенного с высокочастотным импульсным генератором тока, со стороны, противоположной магнитному индуктору, заготовку ограничивают жесткой опорой из изолирующего материала, при этом свариваемые поверхности заготовок прижимают одна к другой и к жесткой опоре силами взаимодействия магнитных полей индуктора и токами самоиндукции, возникающими в заготовке и разогревающими их в местах сварки.

Согласно изобретению между свариваемыми поверхностями заготовки в исходном состоянии устанавливают зазор и одновременно со сваркой осуществляют формовку, для чего в качестве жесткой опоры используют матрицу, повторяющую форму штампосварной конструкции.

Другое отличие состоит в том, что величину зазора между свариваемыми поверхностями в месте перехлеста устанавливают в интервале 0,3-1 мм.

Наличие зазора позволяет осуществлять с помощью искрового пробоя электроэрозионную очистку и выплеск жидкого металла с окисными, адсорбированными пленками и другими загрязнениями из зоны соединения при сближении кромок заготовки.

Использование в качестве жесткой опоры матрицы, повторяющей форму готовой детали, позволяет одновременно со сваркой получить сформованные поверхности за счет отталкивающего усилия при взаимодействии магнитных полей индуктора и деформируемой детали.

На фигуре 1 изображена схема способа получения штампосварной конструкции из листовых металлических материалов в исходном состоянии, где а - сечение по Б-Б, где 1 - заготовка с перехлестом 2 и зазором 3, 4 - матрица, 5 - индуктор, 6 - ВГИТ (высокочастотный генератор импульсных токов); б - сечение по А-А, где 1 - заготовка с перехлестом 2 и зазором 3, 4 - матрица с пазами 7, 5 - индуктор, 6 - ВГИТ.

На фигуре 2 изображена схема способа получения штампосварной конструкции из листовых металлических материалов в завершенном состоянии, где а - сечение по Б-Б, где 1 - готовая штампосварная конструкция, 4 - матрица, 5 - индуктор, 6 - ВГИТ; б - сечение по А-А, где 1 - готовая штампосварная конструкция, 4 - матрица с пазами, 5 - индуктор, места сварки - 8 и формовки ребер жесткости конструкции - 9.

На фигуре 3 приведены штампосварные конструкции, полученные заявляемым способом.

Способ получения штампосварных конструкций осуществляется следующим образом. Заготовку 1 листового материала, например из меди, алюминия толщиной 0,2-0,5 мм сворачивают с перехлестом 2 шириной h не более 4 мм, и в зоне перехлеста устанавливают зазор (Δ) 3 между кромками заготовки, равный 0,5-1 мм, в зависимости от толщины заготовки с использованием диэлектрических вкладышей в зоне перехлеста для фиксации величины зазора 3.

Согнутую заготовку 1 помещают в изолирующую матрицу 4, повторяющую форму готовой штампосварной конструкции, используемой в качестве экрана для оплетки кабеля связи. Внутри заготовки 1 помещают вдоль ее продольной оси индуктор 5, обмотка которого подключена к выходу высокочастотного генератора импульсного тока 6 (фиг.1a), вход которого соединен с сетью.

При разряде высокочастотного генератора импульсных токов 6, в индукторе 5 создается высокочастотное (5-100 кГц) электромагнитное поле, под действием которого в свернутой с перехлестом 2 заготовке 1 наводится ЭДС самоиндукции, при этом возникает электрический пробой исходного зазора 3, в результате чего электрическая цепь замыкается. По заготовке 1 протекает индуцированный импульс тока и в зазоре возникает импульсная дуга, которая разогревает и оплавляет противолежащие поверхности в зоне перехлеста. Возникающие при взаимодействии магнитного поля индуцированного тока с магнитным полем индуктора 5 усилие деформирует заготовку в сторону матрицы 4. При этом выбивается вкладыш, определяющий величину зазора, исходный зазор 3 уменьшается до нуля и из зоны соединения (перехлеста) выдавливается слой расплавленного металла вместе с адсорбированными и окисными пленками и другими загрязнениями, что повышает качество сварного соединения. Разогретые очищенные поверхности сдавливаются, прижимаются к матрице и происходит контактная электрическая сварка.

Магнитное давление действует на всю поверхность заготовки и осуществляет формовку заготовки в соответствии с конфигурацией матрицы. Таким образом, за один разряд высокочастотного генератора импульсных токов длительностью 10-200 мкс определяемый типом и толщиной материала происходит процесс контактной электрической сварки и формовки замкнутых конструкций сложной формы из листового материала.

Весь процесс сварки и формовки происходит в течение долей секунды, поэтому очищенные поверхности в месте перехлеста не успевают окислиться и температурное воздействие локализовано, что позволяет сваривать тонкостенные быстро окисляющиеся металлы с большой теплопроводностью: алюминий, медь, никель и их сплавы. За счет исключения операции предварительной формовки заготовки ускоряется технологический цикл получения штампосварных замкнутых конструкций из тонкого листового материала.

Примером использования способа является сварка и штамповка цилиндрического экрана кабеля с многочисленными продольными и поперечными ребрами жесткости и резьбовой поверхностью из медной фольги толщиной 0,2 мм (фиг.3). Листовая заготовка имеет прямоугольную форму, исходный зазор Δ=0,5 мм, величена перехлеста h=3 мм, внутренний диаметр основного цилиндра 18 мм, длина конструкции 30 мм, максимальная величена гофра 1,2 мм, энергия разряда в ВГИТ 2 кДж. Исходный зазор Δ свариваемых кромок формируется за счет использования специальных вкладышей-клиньев, которые при сближении кромок выталкиваются из зоны соединения. Разъемная формирующая матрица, повторяющая форму изделия, выполнена из стеклотекстолита. Для обеспечения одновременной формовки и сварки был использован цилиндрический витковый индуктор, который запитывался от серийно выпускаемого высокочастотного генератора импульсных токов серии "Импульс" энергоемкостью 2,5-10 кДж.

Источники информации

1. Дудин А.А. Магнитно-импульсная сварка металлов./Под ред. Э.С. Коракозова, М.: Металлургия, 1979, с.16-17.

2. Патент RU № 2110381 С1, МПК 6 В 23 К 13/01, опубл. 10.05.98. Бюл. № 13 - прототип.

Изобретение может быть использовано при изготовлении деталей сложной формы из алюминия, меди, никеля и их сплавов. Свернутую с перехлестом заготовку помещают в зону действия магнитного индуктора, соединенного с высокочастотным импульсным генератором тока. Между свариваемыми поверхностями в исходном состоянии устанавливают зазор в интервале 0,3-1 мм. Со стороны, противоположной магнитному индуктору, заготовку ограничивают матрицей из изоляционного материала. Свариваемые поверхности прижимают одну к другой и к матрице силами взаимодействия магнитных полей индуктора и тока самоиндукции, возникающими в заготовке и разогревающими их в местах сварки. Зазор между свариваемыми поверхностями позволяет провести очистку искровым разрядом, при котором происходит выплеск окислов и других загрязнений до соприкосновения соединяемых поверхностей под действием магнитного давления. 3 ил.

Способ получения штампосварных замкнутых конструкций из листовых металлических материалов, при котором свернутую с перехлестом заготовку помещают в зону действия магнитного индуктора, соединенного с высокочастотным импульсным генератором тока, заготовку со стороны, противоположной магнитному индуктору, ограничивают матрицей из изоляционного материала, при этом свариваемые поверхности прижимают одну к другой и к матрице силами взаимодействия магнитных полей индуктора и тока самоиндукции, возникающими в заготовке и разогревающими их в местах сварки, отличающийся тем, что между свариваемыми поверхностями заготовки в исходном состоянии устанавливают зазор в интервале 0,3-1 мм.