СПОСОБ СВАРКИ ТРЕНИЕМ
METHOD OF FRICTION WELDING

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях промышленности при производстве сварных деталей из однородных и разнородных материалов.
Известен способ сварки трением, при котором после достижения определенных величин момента трения в стыке производят мгновенное принудительное прекращение вращения свариваемой заготовки и затем прикладывают давление проковки (патент РФ 2034686, В23К 20/12). Недостатками этого способа сварки являются нестабильность качества сварного соединения из-за подстуживания стыка перед проковкой вследствие инертности системы управления процессом, а также большой расход энергии и свариваемых материалов, вызываемых непрерывной работой привода вращения свариваемой заготовки на всей стадии нагрева при высоком давлении.
Наиболее близким к предлагаемому является способ сварки трением, при котором одну из свариваемых заготовок приводят во вращение и прикладывают к ним давление нагрева разное по величине на этой стадии, а затем давление проковки (патент РФ 2274530, В23К 20/12). При данном способе сварки трением на стадии нагрева давление к свариваемым заготовкам прикладывают импульсно, что приводит к незначительному уменьшению расхода энергии и свариваемых материалов. Недостатками этого способа сварки трением являются подстуживание стыка перед проковкой из-за инертности срабатывания системы управления процессом, а также интенсивное перемешивание и износ металла в зоне физического контакта при непрерывной работе привода вращения заготовки на всей стадии нагрева, приводящие к нестабильности качества соединения и значительному расходу электроэнергии и свариваемых материалов.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности качества сварного соединения, уменьшение расхода энергии и свариваемых материалов.
Решение поставленной задачи достигается следующим образом.
Способ сварки трением заключается в том, что одну из свариваемых заготовок приводят во вращение и прикладывают к ним давление нагрева разное по величине на этой стадии, а затем давление проковки. Стадию нагрева разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный, причем при начальном нагреве удаляют оксидные пленки и загрязнения со стыкуемых поверхностей и заканчивают период начального нагрева снижением давления до величины давления основного нагрева, которое составляет 25…50% от давления начального нагрева, и выполняют основной нагрев до температуры сварки в стыке, после чего в период окончательного нагрева отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки, при этом длительность нарастания давления меньше или равна длительности прекращения вращения заготовки.
Новым в предлагаемом способе является то, что стадию нагрева разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный, причем период начального нагрева заканчивают снижением давления до величины основного нагрева, которое составляет 25…50% от давления начального нагрева, и на этом низком давлении производят основной нагрев стыка до температуры сварки, после чего в период окончательного нагрева для исключения подстуживания стыка отключают привод вращения заготовки и увеличивают давление основного нагрева до давления проковки с длительностью нарастания давления меньшей или равной длительности прекращения вращения заготовки.
H1
H1
H1
H2
H2
H3
H3
ПР
ПР
H
H
H
H2
H1
H3
ПР
H1
Способ сварки трением осуществляют следующим образом. Свариваемые заготовки закрепляют в зажиме шпинделя и неподвижном устройстве машины. После задания параметров процесса (давление нагрева, проковки и др.) производят разгон шпинделя с закрепленной заготовкой и прикладывают давление начального нагрева P. Регламентацию процесса выполняют по времени. Циклограмма давлений в стадиях нагрева и проковки показана на чертеже: P и t - давление и время начального, P и t - давление и время основного, P и t - давление и время окончательного нагревов, P и t - давление и время проковки. Стадию нагрева разбивают на три периода: начальный I, основной нагрев II и окончательный нагрев III. Начальный нагрев заканчивают снижением давления до величины давления основного нагрева P=0,25…0,5 P и при указанном давлении выполняют основной нагрев стыка до температуры сварки. По достижении требуемой температуры отключают привод вращения и повышают давление нагрева до P=P=1,5…3,0 P, причем длительность нарастания давления меньше или равна длительности прекращения вращения заготовки. Завершается цикл сварки стадией проковки.
Производили сварку трением заготовок из стали 45 диаметром 18 мм. Параметры процесса:
Давление начального нагрева P<sub>H1</sub>, МПа
42,0
Время начального нагрева t<sub>H1</sub>, с
2,0
Давление основного нагрева P<sub>H2</sub>, МПа
16,0
Время основного нагрева t<sub>H2</sub>, с
4,0
Давление окончательного нагрева P<sub>H3</sub>, МПа
90,0
Время окончательного нагрева t<sub>H3</sub>, с
1,0
Давление проковки Р<sub>ПР</sub>, МПа
90,0
Время проковки t<sub>ПР</sub>, с
2,0
B
Общий припуск на сварку свариваемых заготовок составил 1,4…2,0 мм. Заготовки после сварки охлаждали на воздухе. Металлографические исследования показали, что структура в зоне соединения троостит и в ней отсутствует дефекты типа пор, раковин и расслоений. При испытании сварных образцов на растяжение разрушение происходило по основному металлу, а прочность G составляла 660-690 МПа. Механические испытания сварных образцов показали значительную стабильность качества соединения, а именно отсутствуют образцы, показавшие неудовлетворительную прочность.
Таким образом, предлагаемый способ сварки трением имеет следующие преимущества:
- повышение стабильности качества сварного соединения за счет улучшения условий нагрева стыка при регулировании параметров на стадии нагрева, которую разбивают на три периода: начальный, основной и окончательный нагревы и устранение подстуживания стыка перед проковкой;
- уменьшение расхода свариваемых материалов за счет незначительного износа металла в зоне физического контакта при нагреве;
- уменьшение расхода электроэнергии за счет того, что привод вращения свариваемой заготовки работает только в периоды начального и основного нагревов, а в период окончательного нагрева привод вращения отключают.