СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ СТЫКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ МОНОЛИТНОЙ ЗАГОТОВКИ С ДВУХСЛОЙНЫМ ПАКЕТОМ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК B23K9/16 B23K9/23 B23K33/00 

Изобретение относится к области изготовления сварных конструкций, содержащих двухслойные пакеты из алюминиевых сплавов, соединяемые стыковым соединением с монолитной заготовкой.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу сварки монолитной заготовки с многослойным пакетом листов, при котором листы фиксируют относительно друг друга, совмещают кромки пакета и монолитной заготовки и осуществляют сварку соединения (Справочник по сварке по ред. В.А. Винокурова. М.: Машиностроение, 1970. Т.3, стр.208, рис.20г). Указанный способ обеспечивает удовлетворительное качество формирования соединений сталей и титановых сплавов.

Существенным недостатком упомянутого способа сварки является то, что в случае изготовления узлов из алюминиевых сплавов качественного соединения с полным проплавом обеспечить не удается. Это связано с тем, что между поверхностями листов пакета присутствует оксидная пленка, которая не разрушается при нагреве. В результате этого происходит чрезмерное увеличение ширины шва на верхнем листе без формирования соединения между верхним и нижним листами пакета. Проплавление нижнего листа наступает только после полного проплавления (прожога) верхнего листа. При этом формирование проплава остается нестабильным.

Предлагаемый способ обеспечивает качественное формирование стыкового соединения пакета листов с монолитным листом из алюминиевых сплавов и за счет этого - повышение герметичности соединений и их механических свойств.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, обеспечивается тем, что перед фиксацией листов пакета верхний лист пакета смещают относительно нижнего листа от стыка на расстояние (0,8-1,2)δ, где δ - толщина листов в пакете, а сварку выполняют на режиме полного проплавления стыкового соединения монолитных заготовок толщиной, равной толщине пакета.

Подробнее сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 показана схема сборки стыкового соединения монолитной заготовки с пакетом из двух листов; на фиг.2 - макроструктура соединения монолитной заготовки с пакетом; на фиг.3 - внешний вид соединения со стороны проплава; на фиг.4 - макроструктура соединения монолитной заготовки с пакетом при смещении верхнего листа пакета относительно нижнего листа от стыка на расстояние менее 0,8δ; на фиг.5 - внешний вид соединения со стороны проплава при смещении верхнего листа пакета относительно нижнего листа от стыка на расстояние менее 0,8δ.

Сущность заявляемого способа дуговой сварки в защитных газах стыковых соединений монолитной заготовки с пакетом из двух листов из алюминиевых сплавов заключается в следующем. Перед сваркой верхний лист 1 пакета накладывают на нижний лист 2 пакета со смещением в сторону от стыка (фиг.1). Величину смещения верхнего листа 1 относительно нижнего листа 2 задают в пределах (0,8-1,2)δ, где δ - толщина листов в пакете. Затем листы 1 и 2 пакета прихватывают точечной контактной сваркой с образованием сварной точки 3. После фиксации листов пакет состыковывают с монолитной заготовкой 4 с зазором в стыке не более 5-10% от толщины монолитной заготовки. Собранное стыковое соединение монолитной заготовки с пакетом из двух листов сваривают на режиме, обеспечивающем полное проплавление стыкового соединения монолитных заготовок толщиной, равной толщине пакета.

На формирование соединения пакета из двух листов с монолитной заготовкой большое влияние оказывает величина смещения верхнего листа 1 относительно нижнего листа 2 пакета. При величине смещения менее 0,8δ наблюдается преимущественное проплавление верхнего листа при сварке, сопровождающееся значительным увеличением ширины шва (фиг.2). Плавление нижнего листа пакета не происходит из-за образования в месте контакта двух листов прочной оксидной пленки, которая препятствует теплопередачи от верхнего листа пакета к нижнему листу. В результате этого со стороны пакета листов формируется непровар (фиг.3).

При смещении верхнего листа 1 пакета относительно нижнего листа 2 на величину (0,8-1,2)δ, где δ - толщина листов в пакете, наблюдается одновременное плавление листов пакета с образованием общей сварочной ванны (фиг.4). С корневой стороны соединения формируется равномерный проплав (фиг.5). Увеличение смещения более 1,2δ приводит к образованию прожога нижнего листа при сварке пакета с монолитной заготовкой.

Заявляемый способ был опробован при сварке слоистой панели из сплава В1341 с каркасом топливного агрегата. Толщина каркаса в зоне сварки составляла 3 мм. Пакет собирался из листов толщиной 1,5 мм. Перед сборкой листы пакета подвергали травлению в щелочи и осветлению в 30% растворе азотной кислоты. После травления листы на расстоянии 15-20 мм от края подвергали шабрению для удаления оксидной пленки, сформированной в процессе травления.

После зачистки листы смещали относительно друг друга и фиксировали контактной точечной сваркой с формированием точки диаметром 4-4,5 мм. Сварку осуществляли автоматической аргонодуговой сваркой на скорости 12 м/ч при токе дуги 85-90 А. В процессе сварки в сварочную ванну подавали присадочную проволоку марки АМг4 диаметром 1,6 мм. После сварки соединения подвергали искусственному старению при 170°С в течение 14 часов.

Из полученных сварных соединений вырезали образцы на механические испытания и на проверку герметичности соединения методом керосино-меловой пробы. Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица 1Смещение верхнего листа пакета относительно нижнего листаШирина шва с лицевой стороны соединения, ммШирина проплава, ммПредел прочности сварного соединения, МПаЗона разрушения сварного соединения при испытанияхРезультаты испытаний на герметичностьnδммНа монолитной заготовкеНа верхнем листе пакетаНа монолитной заготовкеНа нижнем листе пакета0,7δ1,052,84,51,30244По зоне контакта листов в пакетеТечь керосина0,8δ1,22,83,81,31,0295По линии сплавления со стороны монолитной заготовкиГерметичное соединение1,0δ1,52,83,31,31,33051,2δ1,82,83,01,31,43001,3δ1,952,83,01,31,9280Течь керосина по пакету листов1,5δ2,252,83,11,3Прожог нижнего листа230По зоне контакта листов в пакете

Полученные данные свидетельствуют, что только при смещении верхнего листа пакета относительно нижнего листа от стыка на расстояние (0,8-1,2)δ наблюдается качественное формирование соединения. При меньшей величине смещения (меньше 0,8δ) в процессе сварки интенсивно плавится верхний лист, а проплавление нижнего листа затруднено из-за окисления его поверхности воздухом, находящимся в зазоре между контактирующими поверхностями листов в пакете. Полученное в этом случае соединение отличается негерметичностью и пониженной прочностью.

При величине смещения верхнего листа относительно поверхности нижнего листа более 1,2δ наблюдается прожог нижнего листа и нарушение формирования соединения.

Таким образом, заявленный способ сварки монолитной заготовки с пакетом из двух листов позволяет получать качественные стыковые соединения алюминиевых сплавов и обеспечивает возможность облегчения авиационных топливных баков.

Изобретение относится к области сварки, в частности к способу дуговой сварки в защитных газах стыкового соединения монолитной заготовки с пакетом из двух листов равной толщины из алюминиевых сплавов, и может найти использование в различных отраслях машиностроения. Осуществляют фиксацию листов пакета относительно друг друга, сборку стыкового соединения пакета с монолитной заготовкой толщиной, равной толщине пакета, и сварку. Перед выполнением фиксации листов пакета верхний лист пакета смещают относительно нижнего листа от стыка на расстояние (0,8-1,2)δ, где δ - толщина листов в пакете. Сварку выполняют на режиме полного проплавления стыкового соединения монолитных заготовок толщиной, равной толщине пакета. В результате достигают высокое качество сварного соединения. 5 ил., 1 табл.

Способ дуговой сварки в защитных газах стыкового соединения монолитной заготовки с пакетом из двух листов равной толщины из алюминиевых сплавов, включающий фиксацию листов пакета относительно друг друга, сборку стыкового соединения пакета с монолитной заготовкой толщиной, равной толщине пакета, и сварку, отличающийся тем, что перед выполнением фиксации листов пакета верхний лист пакета смещают относительно нижнего листа от стыка на расстояние (0,8-1,2)δ, где δ - толщина листов в пакете, а сварку выполняют на режиме полного проплавления стыкового соединения монолитных заготовок толщиной, равной толщине пакета.