Способ сварки трением Советский патент 1982 года по МПК B23K20/12 

(54) СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ

1

Изобретение относится к сварке трением.

Известен способ сварки трением деталей из чугуна с шаровидным графитом, в основу которого положен цикл с трехступенчатым изменением давления при равномерном нагреве.

Структура чугуна с шаровидным графитом обеспечивает получение неразъемного соединения с помош,ью сварки трением. Чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун) представляет собой сплав железа с углеродом. Углерод в этом чугуне в основном находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита с мелкодисперсным расположением в матрице сплава. Форма графита и его расположение в высокопрочном чугуне приводит на начальной стадии нагрева при сварке трением к выгоранию углерода со свариваемых торцов. На окончательной стадии нагрева, когда доступ воздуха к свариваемым торцам прекращается, а температура достигает значений близких к температурам плавления, углерод растворяется в аустените, происходит фазовое преврашенИе, т. е. образуются карбиды типа . Таким образом, в стадии нагрева на свариваемых торцах деталей

из чугуна с шаровидным графитом углерод в свободном состоянии не присутствует и, следовательно, не образуется пленка из графита. Отсутствие пленки графита позволяет получить качественное соединение деталей

5 из чугуна с шаровидным графитом в стадии проковки 1.

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает получение неразъемного соединения деталей из серого чугуна

, с серым чугуном и серого чугуна со сталью из-за структуры серого чугуна, который представляет собой сплав железа с углеродом. Углерод в этом чугуне в основном находится в свободном состоянии в форме грубопластинчатого графита с объемным

15 расположением в матрице сплава. Форма графита и его расположение в сером чугуне приводят к тому, что при сварке трением в стадии нагрева на свариваемых торцах графит не успевает полностью выгореть и - перейти в другое фазовое состояние, поэтому образуется пленка из графита, которая выполняет роль смазывающего материала и уменьшает нагрев. В стадии проковки при образовании неразъемного соединения эта пленка не выдавливается из стыка. Из-за

недостаточного нагрева свариваемых заготовок и из-за хрупкости пленки из графита (графит является хрупкой фазой) прочность .такого соединения очень низкая (практически соединение не получается).

Известен также способ сварки трением, при котором получают неразъемное соединение деталей из серого чугуна со сталью; в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку. В этом способе в детали из серого чугуна в месте предполагаемого соединения высверливают отверстие, диаметр которого намного больше диаметра стержня из стали. Далее в основании отверстия выфрезеровывают кольцевой паз. В отверстие до отказа вставляют стержень и прижимают с необходимым усилием. Стержню сообшают врашение, а затем осуш,ествляют проковку. Неразъемное соединение образуется за счет заполнения кольцевого паза деформированным металлом 2.

Недостатком такого способа является то, что он позволяет сваривать детали только разновеликого сечения, предусматривает специальную механическую обработку крупногабаритной детали из серого чугуна и большой расход стали из-за того, что перед сваркой деталь из стали должна быть вставлена на определенную глубину в деталь из серого чугуна.

Цель изобретения - расширение номенклатуры свариваемых изделий из серого чугуна, а также серого чугуна со сталью, устранение специальной механической обработки деталей перед сваркой и уменьшение расхода материала.

Поставленная цель достигается тем, что в-способе сварки трением, преимушественно из серого чугуна и серого чугуна со сталью, при котором в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку, концы заготовок из серого чугуна перед сваркой отбеливают на глубину больше, чем припуск на сварку, а после сварки отбеленные участки термообрабатывают.

Отбеливание не снижает производительности получения литых заготовок из серого чугуна.

Производят отбеливание следующим образом.

Выплавляют чугун. Затем заливают его В форму, состоящую из двух частей. Верхняя часть формы выполнена из материала, обеспечивающего низкую скорость охлаждения. . Нижняя часть формы выполнена из материала, обеспечивающего высокую скорость охлаждения. Кристаллизация чугуна в такой форме позволяет получить заготовку из серого чугуна с отбелённым участком определенной длины. При этом на участке белого чугуна весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида типа FejC. При сварке на свариваемых торцах не образуется

пленка из графита. Торцы заготовок нагреваются до требуемой температуры. Прочность неразъемного соединения удовлетворительная из-за того, что в стыке отсутствует хрупкая пленка из графита. Последующая термическая обработка отбеленного слоя в сварных заготовках приводит к превращению белого чугуна в чугун с хлопьевидным графитом и увеличению прочности сварных заготовок.

Пример конкретного исполнения. Предлагаемым способом сваривают заготовки из серого чугуна с содержанием С-3, 26% Si - 2,1%, Мп -0,62%; Р-0,12%; S -0,12%. Чугун выплавляют в графитовом тигле с нагревом током высокой частоты, выплав$ ленный чугун при 1320... 1390°С заливают в форму, состоящую из двух частей. Верхняя часть выполнена из шамота (кирппич ШБВ ГС)СТ 3272-71). Нижняя часть выполнена из стали 45, для увеличения скорости охлаждения. Таким образом, получены заготовки из серого чугуна 18 Мм, длиной 120 мм. На длине 100 мм полученаструктура серого чугуна, на длине 20 мм - структура бело1;о чугуна с переходной зоной. Заготовки из стали 15 длиной -100 мм и 5 ф 18 мм.

Сварка выполняется на полуавтомате МФ-372А при следующих режимах: п 1550 об/мин; РЦ 13 кгс/мм ; Ррр 26 кгс/мм ; tjj 10с; tnp. 3 с где.п -число оборотов заготовки в мин; Р„ -давление нагрева;

РПР-давление проковки;

t -время нагрева;

t пр-время проковки.

Образцы после сварки подвергают термической обработке по следующим режимам.

1партия образов - нагрев до 650°С,

выдержка 4 ч и охлаждение на воздухе.

2партия образцов - нагрев до . 900°С, выдержка 20 мин.,

охлаждение с печью до 300°С и охлаждение на воздухе.

Сваренные образцы испытывались на 5 изгиб. Требуемая прочность получена на образцах, термообработанных при 900°С. При этом разрушение образца происходит по основному металлу, т. е. по серому чугуну и изг 36 ... 40 кгс/мм.

На фиг. 1 показана микроструктура 66fr разца из серого чугуна + сталь 15, охлажденного после сварки на воздухе; на фиг. 2 микроструктура образца из серого чугуна + сталь 15, после термической обработки при 650°С; на фиг. 3 - микроструктура образца из серого чугуна + сталь 15, после термической обработки при 900°С.

Микроструктурный анализ показывает, что в этих образцах отсутствуют трещины, непровары и другие дефекты сварки. Предлагаемый способ сварки трением можно применять в арматуростроении, например, в производстве задвижек. Применение предлагаемого способа свар,ки трением снижает трудоемкость изготовления продукции и дает экономию около 20000 р. Формула изобретения Способ сварки трением, преимущественно серого чугуна или серого чугуна со сталью, при котором в процессе сварки длина заготовок уменьшается на величину, равную припуску на сварку, отличающийся тем, что, с целью расширения номенклатуры свариваемых изделий, устранения специальной механической обработки деталей перед сваркой и уменьшения расхода материала, концы заготовок из серого чугуна перед сваркойотбеливают на глубину больше, чем припуск на сварку, а после сварки отбеленньш участки, термообрабатывают. Источники информации, принятые во вниманиеПри экспертизе 1.Гельман А. С. и др. Сварка трением толстостенных труб. «Технология машиностроения, № 8, 1960, с. 64-69. 2.Патент США № 3444611, кл. 29-470.3, 20.05.69 (прототип).

иг./