Способ соединения металлических деталей Советский патент 1993 года по МПК B23K20/12 

Изобретение относится к области сбег динения металлических деталей с иепользо- ванием инерционной сварки трением и может быть исп(эльзовано при соединении деталей из высокопрочных специальных сплавов, в частности при ремонте изделий.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет обеспечения соединения свариваемых деталей по всей площади их взаимодействия.

На фиг. 1 показаны параметры двух соединяемых сплошных заготовок; на фиг. 2 - параметры двух соединяемых полых заготО- вокг на фиг. 3 - макроснимок соединения, образованного полыми заготовками; на фиг, 4 - схематический вид сварного изделия, полученного согласно изобретению, пока зывающий криволинейную зону сварного .шва. . . ,-; ;; У. ....; . ..- -. . Сущность описываемого способа соединения деталей заключается в том, что соединяемые детали устанавливают соосно и сваривают их инерционной сваркой трениK/v

с:

ем при вращении деталей относительно друг друга и приложении давления.

фиг. 1 показывает сплошную деталь, соединяемую со сплошной деталью согласно изобретению. Как показано на фиг. 1, деталь А должна соединяться с деталью В, причем деталь А имеет меньший диаметр Da, чем диаметр DB детали В. Детали должны быть расположены соосно. При этом детали имеют разность радиусов, AR и AR . Очевид- но, что AR и AR1 будут равными и равны

(De-Da)/2. ;.::Л:: -.--: :... X;.V: : -:-л- сЬиг. 2 показывает геометрию соединения при сварке полых деталей, например, труб согласно изобретению. Деталь А должна соединяться с Деталью В, причем Детали А и В устанавливаются Собсно. Деталь А имеет толщину Стенки Та, а деталь В - большую толщину стенки Тв. Деталь А имеет внутренний диаметр 1Da и наружный диаметр ODa, тогда как деталь В имеет внутренний диаметр 1DB и наружный диаметр ODB. $ и S обозначают ступень, которая будет

Ч Сл

О

Сл

образовываться на детали В, соединяемой посредством инерционной сварки с де- талью А..

Размеры деталей, необходимые для до-: етижения цели изобретения, зависят от при- меняемого материалаг t ..e . отношение толщин и, следовательно, размеров ступе-:

ней.-(.Дй, Дй1или5и51 на фиг. 1 и2)будут изменяться в зависимости от материала; причем их лучше всего определять с пр- мо1д| Ю лабораторных экспериментов.

Для данного примера с никелевом, сверхпрочным материалом;полученным порошковой металлургией (на основе свёрх- п роч н ого сплава), которы и имеет номинальной состав 12% хрома, 18% кобальта, 3,2% молибдена, 4,3% дитана, 5% алюминия, 0,8% ванадия, 0,02% бора, 0,06% циркония, остальное никель), 6 размером 10,5 й/1и меньше согласно стандарту

ASTM, который :пбдверглй термообработке, включая термическуго обработку на твердый раствор при темлературе 2065° F (11300 G), закалку в масле от этой температуру и последующую низкотемпературную термообработку, включая нагрев до 1600° (871° С), 1800° F (982° С). 1200° F (649° С) и 1400° F (760Р С) ,и имеющий минимальный предел текучести при температуре 1300° F (704° С) 150 кг/кв.дюйм, соотношение диаметров Цв и Da, показанное на фиг. 1 .или трлсцин сте

нок Тв и Та на фиг. 2 должно составлять От

. примерно 1,5 до 1,7. Таким образом, со ссылкой на фиг. 4 и на примере соединения полых изделий из этого Материала, тонкое изделие с толщиной стенки 0,200 дюйма (5,08 мм) будет успешно соединяться с толстым /изделием, имеющим толщину стенки 0,,340 дюйма (7 62-8;63 мм). J . /Изобретение применяется для соединения деталей, у которы х внешняя и внутренняя ступени S и S , показанные на фиг. 2, по существу одинаковы. Однако в объёме И3Р брётения возможны различные ступени .между внутренним и наружным диаметрами, в случае, если обе ступени попадают под предпочтительный предел соотношения размеров этих ступеней, например 1,5-1,7 Для описанного выше примера Таким образом, например, при соединении изделия с толщиной стенки 0,200 дюйма (5,08 мм) предел толщины изделий, при котором можно будет успешно соединять детали, coctaBrtsi- ет от 0,050 до 0.070 дюйма (1,07-1,77 мм).

: В другом примере материал указанного состава, но который подвергли другой термообработке, которая обеспечивает меньший предел текучести и больший предел удлинения при повышенных температурах, имеет заданное отношение размеров тонких к толстым деталям 1,3-1,5. Как было указано, опытным путем можно определить отношение, необходимое для других сверхпрочных материалов. Наиболее эффектив5 ноё соотношение размеров лежит в пределах от 1,2:1 до 2,0:1.

Изобретение можно применять, когда требуется сваривать изделия, изготовле.н- ные из идентичных.сверхпрочных сплавов.

Также изобретение йожно применять в том случае, когда требуется сварка эквивалентных сверхпрочных сплавов. Чтобы быть эк вивалентными, сверхпрочные сплавы должны также иметь разность температур

5 рекристаллизации и плавления в пределах 100° F (37,78° Q.: /..

На фиг. 3 представлен макроснимок с увеличением в 20 раз, показывающий зону сварного шва, образованную при йНерцион0 ной сварке согласно Изобретению, и не- сплавленйе в зоне сва рного шва, которое не. проникает вглубь первоначальных размеров более тонкого изделия. : Как можно увидеть на фиг. 3, зона сварУ

5 ного шва при инерционной сварке имеет значительную степень кривизны. Изогнутая зона шва при инерционной сварке, показанная на фиг. 5, является важным результатом использования описываемого изобретения,

0 причем cteneHb кривизны различна для различных материалов или изменений других условий. Это именнр изогнутая зона сварного шва, образующаяся во время инерционной с варки, вы зы вает нал ра вл енный

5 выплеск материала и регулирует положение и величину остаточного нёсплавления в зо; ;:;Иёсварного шйа. .: . ; v;-.--: ;. ..,- ; ;/

Как показанр на фиг. 4, касательная к

криволинейной зоне сварного шва образу0 ет с ось|о вращения угол а меньший 90 . Угол и на фиг. 3 равен примерно 70°. Цель изобретения достигается при угле

. .Va 50-809.;:;;;;:-/ :..: :::; .;/ , . - -: : Изобретение эф фёктивНО при использо5

вЛнии его для ремонта поврежденных изде

.лий, например, деталей газотурбинного Двигателя посредством сварки. Такое по врежденйё может возникнуть во время при- менёНИя или изготовления из-за ошибок в

0 механической обработке. Обычной процедурой является удаление поврежденного участка с неповреждённого участка посредством механической обработки и затем замена поврежденного участка

5 неповрежденным участком посредством инерционной сварки. Очевидное требование - это то, чтобы несплавление в зоне сварного шва не уменьшало прочность изделия. Как указано, обычный способ инер

ционной сварки не отвечает этому критерию (когда сваривают высокопрочный сплав или высокопрочный сплав, полученный порошковой металлургией),поскольку не- сплавление в зоне сварного шва не будет удалено в результате механической обработки сваренного изделия. Альтернативы, каждая из которых нежелательна, закл юча- пись в оставлении несплавления в зоне сварного шва и/или уменьшении всего диаметра изделия ниже первоначального расчетного диаметра. ; Г ; ;; : : , :

ВизуальнЬ lyioJkHO легко увидеть, что согласно настоящему изобретению, часть ртен ки толстого сечения можно п риварить к стенке тонкого сеЦёния,; первоначально обработанной до размера и что можно сделать так. чтобы нёсплавление в зоне сварного шва находилось снаружи первоначал ьного диаметра, позволяя тем самым увеличить размер ремонтируемой части изделия, которое должно механически обрабатываться до первоначального расчетного размера с полным удалением несплавления в зоне сварного шва.

ФорМул а изо бретени я 1. Способ соединения металлических деталей, при котором детали устанавливают соосно и сваривают их инерционной сваркой трением при вращении деталей относи- тельно Друг друга и приложении давления, о т лич и ю щ и и с я тем, что, с Целью повышения качества сварного соединения за счет обеспечения соединения свариваемых деталей по всей площади их взаимодей- ствия, свариваемые детали изготавливают с наружными диаметрами, соотношение которых выбирают в пределах от 1,2:1 до

-:2,р:1..,:.;,;;:,:., :;. ,;-,;. :- :.:;

.5: Способ по п. 1, о т л и чаю щ и И с я

тем, что детали изготавливают из. сверхпрочных сплавов, полученных порошковой

металлургией.,:- , С/- - - . , .;., .: . .. ; .

3. Способ .по п, 1, о т л и ч а юЩ и И с я тем, что в случай Соединения полых деталей Детали изгртавяивЬют с толщиной стенок, соотношение которых выбирают в пределах от; 1,2:1 до 2,0:1. . -.

Lr

-ID

В

-ODB

Использование: при соединении металлических деталей из высокопрочных специ- а л ь н ы х сплавов с и с п ол ь з о в ани ем инерционной , сварки трением Сущность Изобретения: свариваемые детали изготавливают с наружными диаметрами, соотношение которых выбирают в пределах от 1,2:1 до 2,0:1. При соединении полых деталей их изготавливают с толщиной стенок, соотношение которых выбирают в тех же пределах, 2 з.п.ф-лы, 4 ил.