Способ изготовления изделий Советский патент 1992 года по МПК B23K20/00 B23K31/00 

Изобретение относится к сварке, в-час- тности к способам сварки с принудительным деформированием (ССПД-процесс), и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных изделий, например, лопатки газотурбинного двигателя.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей способа, а также качества изделия.

На чертеже изображено устройство для термокомпрессионной сварки с собранной в нем заготовкой лопатки.

Лопатка состоит из пера 1, двух замковых полок 2 и 3 и двух антивибрационных полок 4 и 5. Устройство состоит из двух

опорных плит 6 и 7, стяжных болтов 8, клиньев 9 и пуансонов 10 и 11,

На этапе окончательной сварки полуфабрикат лопатки через окно, закрываемое заглушкой 12 изотермического блока 13, устанавливается на нижнюю половину штампа 14, закрепленную на станине 15 пресса. Верхняя половина штампа 16 прикреплена к ползуну 17 пресса.

Способ осуществляют следующим образом.;

Части лопатки пера 1, две замковые полки 2 и 3 и две антивибрационные полки 4 и 5 собирают в устройстве для термокомпрессионной сварки. Между опорной плитой 6 и замковой полкой 3 устанавливают пуансон

VJ

hO Ю VI VI

10, между опорной плитой б и антивибрационной полкой 5 устанавливают пуансон 11. Устройство в вакуумной печи нагревается до температуры начала деформирования микровыступов Тн с произвольной скоростью, а в диапазоне температур деформиро- вания - со скоростью, определяемой по формуле

е Ат

Vnarp - ---g-- ,

где Ј - скорость деформации микровыступов;

AT - интервал температур деформирования;

Ј - степень деформации микровыступов.

Длину Н и термический коэффициент линейного расширения а дав. для пуансона, необходимого для прихватки пера и замковых полок, а также для прихватки пера и антивибрационных полок, определяли по формуле

,,Ё-ZRz %

Н а дав -т/

vHarp

где 2 Rz - суммарная высота неровностей поверхности свариваемых частей.

При сборке устройства обеспечивались зазоры б между поверхностью пуансона с .изделием для каждого пуансона, определяемые по формуле

д Н а дав. (Тн-Тк),

где Тн - температура начала деформирования;

Тк - комнатная температура.

После нагрева до температуры конца деформирования печь охлаждали, устройство вынимали и разбирали. Далее для окончательной сварки производили деформацию в штампе. Полуфабрикат лопатки, предварительно подогретый в камерной печи, через окно изотермического блока устанавливали на нижнюю половину штампа. Ползун пресса с закрепленной к нему верхней половиной штампа, спускаясь, деформировал полуфабрикат лопатки.

Пример. Для изготовления лопатки ГТД из сплава ВТ8М с двумя замковыми полками и двумя антивибрационными полками были изготовлены ее части: две замковые полки, перо и две антивибрационные полки.

Скорость нагрева сборки, нашли в формуле

0

- 10 с эти условия определяют сверхпластичность состояния сплава. ЛТ- диапазон температур деформирования микровыступов. Для сплава ВТ8М этот диапазон составляет 900 - 950°С. Степень деформации была выбрана равной 0,4. При этом площадь физического контакта примерно равна ,6- -0,7.

Скорость нагрева равна

10

Vnarp Ј- -

,25-10 2К-с ,

0,4

15

Затем для каждой части изделия - замка и антивибрационной полки - были определены Hi, Й2. 2Дав1 и аДав2 по формулам

Ј(2Rz)i ,

V

нагр.

Hra« --ЈЈ&.

нагр.

где HI и Н2 длина пуансона соответственно для замковых и антивибрационных

полок;

«дав1 , «дава - термический коэффициент линейного расширения пуансона со- ответственно для замковых и антивибрационных полок;

( 2Rz)i, (2 Rz)2 - суммарная высота неровностей профиля, деформируемых поверхностей соответственно замковых и антивибрационных полок,

(2 Rz)i 0,,,001 + 0,001 -Ю,ОИ4-0,01 0,042 мм.

(2 Rz)2 0,0025 + 0,002.5 + 0,001 +0,001 + + 0,0025 + 0,0025 0,012 мм.

40

Hi «дав- , 10 4 0,042

1,25-10

3,36-10 4м-К 1,

На .аДав2.

10 40,042

1,25-10

- 2

50

1,,

Материал пуансона выбрали 12Х18Н10ТС «дав 20 10 6К 1.

Изобретение может быть использовано при сварке с принудительным деформированием при изготовлении сложнопрофиль- ных изделий, например лопатки газотурбинного двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют предварительную сварку с использованием термокомпрессорной сварки при скорости нагрева VHarp Ј - ДТ/е , где к - скорость деформации микровыступов, ДТ - интервал температур деформирования микровыступов; Ј - степень деформации микровыступов. Усилия сварки дифференцируют в зависимости от шероховатости поверхности свариваемых частей. Для этого подбирают длину рабочей части инструмента Н из Соотношения Н -адавл Ј2 Rz/VHarp, где S Rz - суммарная высота неровностей профиля поверхности свариваемых частей изделия, 2давл - термический коэффициент линейного расширения. При этом при установке изделия в устройстве для термокомпрессорной сварки обеспечивают зазор д между поверхностями инструмента и изг делием д Н а давл (Тн - Ткоин), где Тн - температура начала деформирования микровыступов, Ткомн. комнатная температура. 2 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л С

V

нагр.

Ё1-ДТ

Для сплава ВТ8М с размером зерна 3 - 5 MkM в диапазоне температур 900 - 950 °С оптимальная скорость деформации Ј 10

i-4

55

Н1. 3,34.10 м

20-10 6;

Н2

10

- 4

20-10

г- 5 мм г

Затем была произведена сборка заготовки лопатки в устройстве для термокомпрессионной сварки-. При этом были обеспечены зазоры между поверхностями пуансона и изделием 5i и (За , равные

(5-| Hi «дав (Тн - Ткомн.) 16,8х20хЮ 6х(900 - 20) 0,29 мм,

«32 Н2 адава П н - Ткомн.) -5x20x10 6х(900 - 20) 0,088 мм,

где Ткомн. - комнатная тмпература,

Тн - температура начала деформирования микровыступов.

Собранное устройство было помещено в вакуумную печь ОКБ-8086 и в ней был создан вакуум мм рт.ст. До 900°С был произведен быстрый нагреву в диапазоне 900 - 950°С поддерживали скорость нагрева 1,25х10 2 К-с . После достих ения 950°С печь была охлаждена, устройство вынуто и разобрано. Для окончательной сварки изделия была произведена изотермическая штамповка полуфабраката лопатки на прессе П-479 при 950°С и скорости деформации детали е . Для этого полуфабрикат лопатки, предварительно нагретый в камерной печи КС-600, укладывали на нижнюю половину штампа через окно изотермического блока и осуществляли опускание ползуна с закрепленным к нему верхним штампом со скоростью 10 мм/с.

Лопатку вынимали из штампа через окно изотермического блока и охлаждали на воздухе. Металлографические исследования показали высокое качество сварного соединения.

- Таким образом, предлагаемое решение позволяет повысить качество сварного шва и расширяет технологические возможности способа. Совокупность признаков предлагаемого решения дает новый экономичный способ изготовления изделий, в том числе сложнопрофильных, таких как лопатка газотурбинного двигателя, из отдельных составных частей сваркой давлением.

Формула изобретения . 1. Способ изготовления изделий, включающий сборку отдельных частей изделия, их прихватку, сварку давлением на воздухе и механическую обработку, отличающий- с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества

0

5

0

5

0

5

0

5

0

изделия, прихватку выполняют термокомпрессионной сваркой, для чего собранные части изделия размещают в устройстве для термокомпрессорной сварки, имеющем инструмент, длину рабочей части которого Н устанавливают в зависимости от шероховатости поверхности свариваемых частей изделия, исходя из следующего соотношения

Н СС дав Б 2. RZ / «нагр,

где «дав. - коэффициент линейного расширения материала пуансона:

е - скорость деформации микровыступов;

ZRZ - суммарная высота неровностей поверхности свариваемых частей,

Унагр - скорость их нагрева при сварке, обеспечивая зазор д между изделием и инструментом пуансоном, который определяют из соотношения

5 Н ОГдав (Тн-Тк),

где Тн - температура начала деформирования выступов,

Тк - комнатная температура,

нагревают со скоростью VHarp., которую определяют в зависимости от скорости деформации микровыступов и температуры нагрева, исходя из следующего соотношения

VHarp еДТ/е ,

где AT - интервал температур деформирования микровыступов;

е - степень деформации микровыступов,

и сдавливают;

3.Способ по п.1 и 2, от л ичающийся тем, что, с целью обеспечения возможности изготовления изделий со свариваемыми поверхностями, расположенными под углом друг к другу, в процессе сварки производят изменение положения свариваемого изделия.