СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 2016 года по МПК B23K20/14 B23K101/18 

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом и может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей в различных отраслях аэрокосмического машиностроения.

Многослойные сотовые (ячеистые) панели широко используются в аэрокосмической промышленности благодаря способности удовлетворять требованиям малого веса и высокой прочности. В настоящее время технология сверхпластической формовки и диффузионной сварки (СПФ/ДС) является основным процессом для изготовления многослойных панелей. Кроме того, сотовые панели из титановых сплавов наиболее широко (из большого множества многослойных панелей) применяются в аэрокосмическом машиностроении.

Тем не менее, обычная технология СПФ/ДС имеет некоторые недостатки:

1) продолжительная диффузионная сварка при высокой температуре делает время всего процесса сварки более долгим;

2) нагружение при высокой температуре (около 900°С) ухудшает характеристики материала и уменьшает срок эксплуатации штампа;

3) продолжительность формовки (около 20 часов), включая время нагрева и охлаждения, приводит к росту себестоимости готовой продукции и снижению производительности труда.

Время протекания процесса сварки при заданных температуре и давлении в большинстве случаев должно быть минимальным, что обусловлено как физико-механическими, так и экономическими соображениями. Для диффузионной сварки необходимо лишь время для обеспечения плотного контакта и определенной степени развития процессов диффузии. Слишком значительная диффузия может привести к образованию пустот в зоне соединения, а в ряде случаев к изменению химического состава и образованию крупных интерметаллических фаз.

Известны способы изготовления многослойных металлических сотовых панелей, при которых листовые заготовки заполнителя собирают в пакет, предварительно соединяют между собой электроконтакной сваркой в определенных местах, затем располагают их между обшивкам и размещают в печи, где нагревают до определенной температуры, и при помощи штампа производят формовку и сварку заполнителя с обшивками давлением газа (патенты США №3920175, 1975 г., №4043498, 1976 г., №4304821, 1978 г., №4882833, 1987 г., а также а.с. СССР №1606287, В23К 20/14, 1990 г. и а.с. №1662790, В23К 20/14, 1991 г.).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2537980, В23К 20/14, 2014 г., которое было принято авторами за аналог.

Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам электроконтактной сваркой. Сваренные листы заполнителя размещают в штампе между листами обшивок, нагревают их и производят формование ячеек заполнителя, осуществляя диффузионную сварку ячеек между собой и с листами обшивок. В процессе формования осуществляют контроль избыточного давления в полости обшивок.

Однако при использовании титанового сплава ВТ6С, который имеет (α+β)-структуру, дополнительная лазерная сварка для формирования ячеистой конструкции неприемлема из-за малого количества в составе сплава интерметаллидов.

Недостатком данного способа является то, что при более длительном процессе СПФ/ДС появляются нестабильности геометрических размеров многослойной конструкции и снижение прочностных характеристик в зонах соединения.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик многослойных изделий из титанового сплава за счет соединения заготовок заполнителя лазерной сваркой в пакет, их локального соединения, размещения между обшивками, установкой собранного пакета в штампе и его нагрева до температуры формовки, формования ячеек заполнителя и диффузионной сварки листов заполнителя с листами обшивок за счет сверхпластической деформации титанового сплава путем подачи газа под давлением между листами заполнителя.

Способ изготовления многослойных металлических панелей из титановых сплавов осуществляется следующим образом. Предварительно листы заполнителя 1 и 2 (фиг. 1) по внутренним пересекающимся линиям 3 и 4 (фиг. 2) соединяют путем лазерной сварки. Затем электроконтактной сваркой по пересекающимся зонам 5 и 6 локально соединяют листы заполнителя 1 и 2. Материал листов - титановый псевдо-α-сплав ОТ4-1, толщина заполнителей 1 и 2 составляет 1,3 мм, а толщина обшивок 7 и 8 составляет 1,5 мм. Затем поочередно производят сверхпластичскую формовку и диффузионную сварку при температуре 900°С аргоном под давлением 0,12 МПа внутренних и внешних слоев наполнителей и обшивок, а для того чтобы предотвратить сварку листов 1 и 2 заполнителя продували аргоном под давлением 0,4 МПа через трубопровод 9.

Таким образом, при применении способа, объединяющего сварку лазерным лучом, сверхпластическую формовку и диффузионную сварку, сокращается время всего процесса СПФ/ДС. Это приводит к снижению стоимости изготовления готовых деталей и увеличению срока службы штампа, повышаются прочностные характеристики за счет уменьшения влияния к изменению химического состава и образования хрупких интерметаллических фаз псевдо-α-сплава ОТ4-1.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением с подогревом многослойных панелей из титановых сплавов, в частности, для аэрокосмического машиностроения. Предварительно листы заполнителя соединяют лазерной сваркой. Затем электроконтактной сваркой по пересекающимся зонам локально соединяют листы заполнителя. Далее поочередно производят сверхпластическую формовку и диффузионную сварку при температуре 900°С аргоном под давлением 0,12 МПа внутренних и внешних слоев наполнителей и обшивок. Для предотвращения сварки листов осуществляют продувку аргоном под давлением 0,4 МПа. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик многослойных сотовых изделий из титанового сплава ОТ4-1. 2 ил.

Способ изготовления многослойных металлических панелей из титановых сплавов, включающий локальное соединение собранных в пакет листовых заготовок заполнителя по пересекающимся зонам, размещение их между обшивками, установку полученного пакета в штампе и его нагрев до температуры формовки, формование ячеек заполнителя и сварку листов заполнителя с листами обшивок за счет сверхпластической деформации титанового сплава путем подачи газа под давлением между листами заполнителя, отличающийся тем, что предварительно осуществляют соединение пакета листовых заготовок заполнителя с использованием лазерной сварки, а последующее локальное соединение листовых заготовок по пересекающимся зонам проводят электроконтактной сваркой, при этом используют листы заполнителя из титанового псевдо-α-сплава ОТ4-1.