Способ изготовления конструкций сложной формы диффузионной сваркой Советский патент 1992 года по МПК B23K20/14 

Изобретение относится к сварке давлением и может быть использовано при изготовлении конструкций методом совмещения сверхпластической формовки с диффузионной сваркой.

Целью изобретения является повышение качества изделия за счет исключения пустот в зоне сопряжения ребер жесткости с Обшивками и снижения степени разнотол- щинности.

На чертеже изображена заготовка для формовки конструкций поперечный разрез (слева от оси симметрии - исходное положение, справа - после деформирования).

Заготовка состоит из листов 1 и 2. уложенных один против другого. В пространстве между листами находятся элементы заполнителя 3 для формисопачич ребер жесткости и прокладка 4. прикрепленная к листу 1. Листы 1 и 2 образуют пологть 5. Периметр прокладки 4 расположен на расстоянии i от боковой грани заполнителя 3 Стрелками показано направление прикладываемого давления Р к листу 2. Позицией 6 обозначен участок галтепи, заполненный продуктом эвтектической реакции.

Способ осуществляется следующим образом.

VI

О

о

00

VI ел

В штампе (не показан) размещают листы 1 и 2 один относительно другого на определенном расстоянии. Между листами располагают заполнитель, например, в виде объемных элементов 3. Элементы заполни теля прикрепляют к одному из листов, на пример, точечной сваркой. Между листами 1 и 2 также размещают прокладки 4 на участках, по которым будет происходить контакт листов.

Прокладки 4 изготовлены из материала образующего эвтектику с материалом формуемого листа при температуре сварки толщиной

d S(PK/S.UJ где Sr площадь поперечного сечения галтели;

Р - периметр ячейки, образованный ребрами жесткости:

К - коэффициент, учитывающий процентное содержание материала прокладки в обьеме заполняемых пустот;

S - площадь прокладки,

причем края прокладки располагают от ребер жесткости на расстоянии равном радиусу галтели.

Полость 5 между листами вакуумируют Штамп нагревают до температуры сверхпластичности материала, из которого выполнены листы.

Затем над одним из листов создают из бьпочное давление газа и формуют лист в режиме сверхпластичности. Формуемый лист соприкасается с другим листом через прокладку 4. В месте контакта начинает образовываться жидкость, которая по мере формоизменения листа выдавливается к ре брам жесткости. При этом формуемый лист. оформляя ребра жесткости, образует г;злте ли, пустоты 6 в которых заполняются продуктом эвтектической реакции

На заключительном этапе формовки листы и заполнитель соединяют диффузионной сваркой. В процессе сварки во время изотермической выдержки происходит выравнивание по химическому составу мата- риала, заполнившего пустоты Q галтелях, с основным материалом. По окончании сварки давление снимают, штамп разбирают и извлекают готовую деталь.

Изготавливали обечайку с внутренними кольцевыми ребрами жесткости диаметром 200 мм, высотой 160 мм. Материалом заготовок является титановый сплав вТ 14 Заготовка включала в себя две цилиндрические оболочки, сваренные из листа 0,8 мм. К внутренней поверхности большей оболочки на диаметре 198,4 мм прикрепляли аргоновой сваркой заполнитель, выполненный в виде колец прямоугольного сечения с наружным

диаметром 198.4 мм. Расстояние между боковыми гранями соседних колец равнялось 32 мм. При этом периметр Р ячейки, образованный боковыми гранями колец, составлял

Р 2я ,8л мм, (2) где D - наружный диаметр колец

С учетом того, что радиус галтели г-1 мм, медные прокладки размещали на расстоянии 1 мм от боковых граней колец, прикрепляли их к оболочке контактной точечной сваркой. При этом прокладки изготавливали в виде полосы шириной 30 мм, свернутой в кольцо диаметром 198.4 мм. Площадь S прокладки равнялась 5952л мм

15

Площадь поперечного сечения галтели

при г--1 мм составляла

Sr-()-0.215 мм2.(3) Медь взаимодействует с титаном с образованием эвтектики при температуре выше

870°С. Объемное соотношение компонентов при этом составляет. % Си-65,. Ti 35. Поэтому коэффициент К. учитывающий процентное содержание материала прокладки в объеме заполняемых пустот равнялся

065.

Толщина Л прокладки, определенная по формуле (1). составила 9 мкм.

Цилиндрические обечайки устанавливали соосно гз штампе, предусматривающем

вакуумирование полости 5 между оболочками и создание избыточного давления ча внутреннюю поверхность меньшей оболочки.

Штамп помещали в вакуумную печь и

нагревали до 880°С. соответствующий температуре сверхпластичности сплава ВТ-14. Меньшую оболочку формовали, прикладывая давление газа с ее внутренней стороны Максимальное давление газа (аргона) 1,5

МПа При этом происходила формовка листовой оболочки, скорость деформации обеспечивали в интервале 10 -10 с V На заключительном этапе формовки сборку выдерживали под давлением 1,5 МПа в течение 2 х ч для обеспечения диффузионного соединения листовых заготовок с заполнителем.

По окончании процесса сварки давление аргона снимали, штамп раскрывали и

извлекали готовую деталь. Полученную таким способом обечайку разрезали с целью контроля заполнения эвтектикой пустот в галтелях. Макроструктур шй анализ показал отсутствие пустот и пор в местах сопряженгя ребер жесткости с обшивкой.

Предлагаемый способ изготовления металлических многослойных конструкций обеспечивает по сравнению с известными способами получение изделий лучшего качестаа за счет оформления галтелей в местах сопряжения ребер жесткости с обшивками и устранения такого дефекта, как пустоты в этих местах, а также позволяет снизить степень разнотолщинности по сечению конструкции.

Формула изобретения Способ изготовления конструкций сложной формы диффузионной сваркой, при котором свариваемые детали в виде листовых заготовок и заполнителя, расположенного между ними, нагревают до температуры сварки, одну из листовых заготовок формуют в режиме сверхпластичности до контакта с другой листовой заготовкой с образованием галтелей при формировании ребер жесткости и осуществляют изотермическую выдер0

жку.о уличающийся тем, что. с целью повышения качества изделия, между свариваемыми поверхностями листовых заготовок располагают промежуточную прокладку из материала, образующего эвтектику при температуре сварки с материалом формуемой заготовки, толщиной д . равной

(5 SrPK/S,

где Sr - площадь поперечного сечения галтели;

Р - периметр ячейки, образованной ребрами жесткости,

К - коэффициент, учитывающий процентное содержание материала прокладки в объеме заполняемых пустот. причем края прокладки располагают от ребер на расстоянии,равном радиусу галтели.

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом и может быть использовано в авиастроении, судостроении и других областях машиностроительной промышленности при изготовлении изделий методом совмещения сверхпластимеской формовки с диффузионной сваркой. Цель изобретения повышение качества изделия. Для згого между свариваемыми поверхностями лиг.то вых заготовок располагают промежуточные прокладки из материала, образующего эвтектику при температуре гвтрки с материалом формуемой заготовки, толщиной Л SrPK/S где Sr площадь поперечно ог.ечения галгп ли, Р - периметр ячейки, образованной ребрами жесткости; К коэффициент. учитывающий процентное содержание материала прокладки р объеме ззпо жчемы/ пустот, S - площадь прикидки. Примем ПЭР прокладки располагаю or -) о а ..стоянии, равном радиусу галтели. В рро:;ес.гг- сварки исключается образование пусмот в зоне сопряжения ребер жест. с, обшин- ками и снижени1-; р.э но10 щинг;г ти ; «л С