Способ сварки металлов трением Советский патент 1992 года по МПК B23K20/12 B23K20/24 

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано при сварке трением деталей комбайна.

В процессе сварки трением электродвигатель и ходовая часть машины испытывают большие нагрузки вследствие резкого возрастания сопротивления силам вращения в начальный период сварки. Причем, чем ближе диаметр заготовок к предельно допустимому диаметру заготовок, свариваемых на данном оборудовании, тем эти нагрузки больше. Это приводит к резкому снижению скорости вращения шпинделя машины и быстрому износу оборудования. Для повышения надежности работы оборудования необходимо уменьшить величину мального крутящего момента в начале процесса сварки на стадии сухого трения и активных деформаций металла Уменьшение крутящего момента осуществляется несколькими способами.

Известен способ сварки, и котором применяется наложение ультразвуковых колебаний, снижающих коэффициент трения и предел текучести металла, что в свою очередь ведет к снижению крутящего момента.

Недостатком такого способа является то, что осуществить наложение ультразвуковых колебаний на контактирующих поверхностях свариЕаемых заготовок трудно в виду необходимости применения ультразвукового преобразователя большой мощности.

Известен способ сварки трением, в котором при увеличении крутящего момента на валу шпинделя машины автоматически регулируется давление путем специального центробежного регулятора, соединенного с валом электродвигателя.

Р --ЧЭ

sj 00

Недостатком такого способа является сложность доработки обычной машины таким регулятором, а также большие пиковые нагрузки на ходовую часть машины в начальный момент сварки.

Наиболее близким к изобретению является способ сварки трением, в котором уменьшение начального момента трения осуществляется путем специальной подготовки торцовых поверхностей свариваемых загоювок. Эта цель достигается уменьшением начальной поверхности контакта свариваемых заготовок одинакового диаметра путем выполнения на обеих заготовках выборок металла В данном случае рассматриваем сварку заготовок ответственных конструктивных элементов, а также элементов, работающих в условиях динамических нагрузок, что определяет одинаковость геометрических размеров торцовых поверхностей заготовок

В известном способе предложено несколько вариантов уменьшения контактирующих поверхностей свариваемых заготовок В виде снятия фасок под углом 2-5°, диаметром DI (0,5-0,8)0, глубиной ,8 и в виде сверления отверстий в торцевых поверхностях обеих заготовок глубиной b i, где D-диаметр заготовок, - осадка одной заготовки Известно, что средний по сечению коэффициент трения изменяется также, как и момент трения и является функцией многих переменных. Он зависит от температуры на поверхности трения, давления, скорости относительного движения в рассматриваемой точке этой поверхности, причем чем дальше от центра вращения отстоит рассматриваемая точка, тем меньший коэффициент трения в этой части заготовки Поэтому степень уменьшения начального момента трения, предложенная по первому варианту путем снятия фаски по наружному диаметру, малоэффективна. По второму варианту, во-первых, не указываются диаметры отверстий, что является существенным параметром для сварного шва, а во-вторых, указанная величина глубины отверстий ослабит несущую Способность сварного сое- Дичения, так как его площадь будет определяться величиной первоначально ктштактируемых площадей заготовок Кро- эде этого, общим недостатком предложенных вариантов является необходимость подготовки торцовых поверхностей у обеих заготовок, причем с использованием, как минимум, двух переходов (торцовка - снятие фасок под углом 2-5°, торцовка - дент- ровка - сверление), что повышает тр удоем- кость сварки.

Целью изобретения является повышение надежности работы оборудования

Поставленная цель достигается тем, что соединяемые цилиндрические заготовки с

выборками приводят в контакт с приложением усилия сжатия при одновременном относительном их перемещении, при этом скорость относительного перемещения постоянная, но, выборку производят в виде

кольцевой проточки в одной из заготовок с соотношением диаметров Di2 2(D22 - Оз2}, где Di - диаметр заготовки; D2 - больший диаметр проточки, выполненной в пределах 0,,85Di; Оз- меньший диаметр проточки, а глубина проточки b 1 /31, где I - длина деформируемой части заготовки При сварке заготовок из разных по составу сталей выборку производят в заготовке из менее пластичного материала.

В виду того, что в начальный момент

сварки площадь контактируемых поверхностей уменьшается за счет выборки, в одной из заготовок снижаются пиковые нагрузки на ходовую часть машины Процесс сварки

проходит без резких снижений скорости вращения шпинделя машины, что повышает надежность работы оборудования

На фиг 1 изображены заготовки перед сваркой1 на фиг 2 - то же после сварки на

фиг. 3 - то же, подготовленные для сварки предлагаемым способом

Сущность способа заключается в том что в одной из заготовок по торцу выполняется кольцевая выборка металла в соотношении диаметров Ог 2(0а2 - Оз2), где Di - диаметр заготовки, 02 - больший диаметр выборки, выполненный в пределах 0 75- 0,85Di, Оз - меньший диаметр выборки, оп- ределяемый из вышеприведенной

формулы. Глубину выборки b для качественного соединения как показали металлографические исследования, достаточно выбрать равной b 1 /3, где - длина деформируемой части заготовки

В виду того что в начальный момент

сварки площадь контактируемых поверхностей уменьшается за счет выборки в одной из заготовок, снижаются пиковые нагрузки на ходовую часть машины, и шпиндель машины вращается с постоянной скоростью. Результаты изменения соотношения площадей выборки Si к полной поверхности торца заготовки S на относительное изменение скорости вращения шпинделя Дл%

при глубине выборки b 1/31 приведены в таблице.

Лабораторные исследований и анализ полученных данных показал что наименьшее изменение скорости, а следовательно и

наименьший начальный крутящий момент на валу шпинделя наступает при Si 0.5S, что соответствует соотношению диаметров Ог - 2(D2 - Оз ). Из условия получения большей эффективности снижения момента трения и лучших условий гратовыделения целесообразнее кольцевую проточку выполнять в районе средней окружности торцовой поверхности заготовки, таковыми параметрами кольцевой проточки должны быть:

Da - наибольший диаметр проточки, выполненный в пределах 0,75-0,85Di;

Оз - наименьший диаметр проточки определяется из вышеприведенной формулы.

После подготовки торца детали под сварку производится сварка трением двух заготовок. Для этого заготовку с проточкой 1 приводят во вращение и прижимают к гладкому торцу заготовки 2, закрепленному неподвижно. Начинается сухое трение контактирующих торцов, крутящий момент и мощность тепловыделения возрастают. Под влиянием температуры металл становится более пластичным, получается тонкий слой расплава легкоплавкой эвтектики между трущимися торцами. Скорость нарастания сопротивления силам вращения значительно уменьшается. Разогретый металл вытесняется в грат. Постепенно по мере усадки в контакт вступает оставшаяся часть торцовых поверхностей заготовок, предварительно подогретая теплом, выделившимся на этом этапе.

При этом, в отличие от известного способа, на процесс сварки одновременно действуют два противоположных фактора, интенсивность одного из которых убывает по мере нарастания ее у другого. Одним фактором является рассмотренное выше снижение скорости увеличения сил сопротивления вращению. Ко второму фактору относятся явления, связанные с постепенным вовлечением в процесс сварки относительна холодных участков торцовых поверхностей заготовок и, следовательно, с увеличением сил сопротивления вращению и мощности тепловыделения,

Постепенно процесс тепловыделения стабилизируется на уровне установившегося момента. В силу этих факторов скорость вращения шпинделя изменяется незначительно, ходовая часть машины не испытывает ударнонарастающих нагрузок, а при сварке разноименных металлов, характерных для сварки трением, осуществляется относительно симметричная пластическая де- формрция заготовок.

Как показали исследования макрошлифа сечения образца сварки разноименных металлов, более равномерная пластическая деформация получается при торцовой выборке у заготовки из менее пластичного металла за счет лучших условий теплоотвода в

более пластичную заготовку в виду большего ее сечения в начальный период сварки,

На ПО Таганрогский комбайновый завод по предложенному способу сварки трением была изготовлена опытная партия

вал-шестерня 54-60860, входящая в мост ведущих колес самоходного зерноуборочного комбайна.

После изготовления деталей по предложенному способу были проведены сравнительные стендовые испытания. Результаты исследований положительные. Сварка деталей по предложенному способу позволяет сэкономить 30 тысяч рублей за счет снижения расхода легированного металла.

Формула изобретения

1 Способ сварки металлов трением, при котором предварительно подготавливают торцы заготовок, при этом уменьшают площади контактирующих поверхностей, о т л ичающийся тем. что, с целью повышения надежности работы оборудования путем уменьшения начального момента трения, уменьшают площадь контактирующих поверхностей свариваемых заготовок, выполняя на торце одной из заготовок кольцевую проточку, размеры которой выбирают из соотношений

40

Di 2(D22 - Оз2):

-2 :

Ь-1/31,

где DI - диаметр заготовки;

02- больший диаметр кольцевой про- точки, Da (0,75-0,85)01;

03- меньший диаметр кольцевой про- точки;

b - глубина проточки;

1- длина деформируемой части заготов- ки,

2Способ поп, 1,отличающийся тем, что в случае сварки заготовок с различными физико-механическими свойствами кольцевую проточку выполняют на торце за

готовки из менее пластичного материала

Использование: при сварке трением различных деталей для уменьшения начального момента трения. Сущность изобретения: на торце однсй из свариваемых заготовок выполняют кольцевую проточку с заданными размерами. При сварке заготовок из разнородных металлов проточку выполняют на торце заготовки из менее пластичного материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл. « Ј

ш

Я/л#

Л

W