ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Полезная модель относится к области сварки алюминиевых сплавов, а точнее, к оборудованию для сварки трением с перемешиванием.
Известен способ сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, основанный на использовании специального инструмента (патент Великобритании №2306366А, В 23 К 20/12 от 17.10.1996). Данный способ сварки основан на использовании специального инструмента. Инструмент имеет на одном конце конусную часть в виде конуса Морзе. На противоположном конце инструмента расположена его рабочая часть в виде заплечника и штыря. В процессе сварки инструмент вращается, а заплечник вводится в соприкосновение с поверхностью свариваемых заготовок. При этом штырь погружается в материал заготовок по оси их стыка. В результате действия сил трения выделяется тепло, разогревающее металл в зоне стыка заготовок до пластичного состояния. В процессе перемещения инструмента вдоль стыка штырь разрушает оксидную пленку на торцевых поверхностях свариваемых кромок заготовок и, тем самым, обеспечивает формирование неразъемного соединения.
Однако, в процессе сварки имеет место взаимодействие свариваемого металла с металлом инструмента. Это взаимодействие сопровождается проникновением алюминия в материал штыря и образованием сетки
микротрещин. Наличие микротрещин приводит к поломке штыря даже при незначительной пульсации нагрузки на инструмент в процессе сварки. Опыт показывает, что срок службы инструмента при сварке деталей толщиной 3-5 мм не превышает 20-25 м шва.
Замена инструмента связана с изготовлением нового комплекта. При этом основная материалоемкость заключается в изготовлении конусной части инструмента в виде конуса Морзе для фиксации в пиноли станка. Поэтому замена инструмента связана с дополнительными расходами на его изготовление.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что инструмент для сварки алюминиевых сплавов трением с перемешиванием выполнен составным. Инструмент состоит из держателя и исполнительного блока. У держателя на одном конце выполнен конус Морзе для закрепления инструмента в пиноли фрезерного станка. На противоположном конце держателя выполнен цилиндрический канал по его оси. В данный канал устанавливается исполнительный блок. Исполнительный блок, состоящий из заплечника и штыря, фиксируется в держателе стопорным винтом и штифтом.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 показан инструмент в сборе, на фиг.2 представлена конструкция держателя.
Инструмент состоит из держателя 1 и исполнительного блока. Исполнительный блок образуют заплечник 2 и штырь 3, выполненные в виде одной детали. Исполнительный блок крепится в держателе 1 посредством штифта 4 и стопорного винта 5. Для этого в держателе 1 со стороны его рабочего конца выполнены отверстия 6 и 7. При этом исполнительный блок устанавливается в цилиндрическом канале 9 держателя 1.
Противоположный конец держателя 1 выполнен в виде конуса Морзе и служит для фиксации инструмента в пиноли фрезерного станка.
Заявляемый инструмент был опробован при сварке трением с перемешиванием стыковых соединений сплава Д16Т толщиной 4 мм. Инструмент имел следующие параметры:
- длина держателя 150 мм
- диаметр держателя в месте установки исполнительного блока 30 мм
- диаметр заплечника 15 мм
- диаметр штыря в месте перехода в заплечник 4 мм
- диаметр штыря в рабочей зоне 3 мм
- высота штыря 3,5 мм
Исполнительный блок фиксировался в держателя с помощью стопорного винта Мб и штифта диаметром 5 мм. Исполнительный блок был изготовлен из стали марки 5ХЗВЗМФС. Держатель был изготовлен из стали ЗОХГСА.
Эксперименты показали, что стойкость составного инструмента аналогична стойкости инструмента, изготовленного в виде единого целого. Основной причиной поломки инструмента является застывший на его поверхности алюминий. Алюминий проникает в материал инструмента на значительную глубину, образуя подслой. Такое взаимодействие приводит к образованию в материале инструмента микротрещин, способствующих его поломке при определенной наработке.
При поломке инструмента (штыря) при заявляемой полезной модели необходима замена только исполнительного блока, а не всего инструмента в целом. Кроме того, появляется возможность изготовления держателя из обычных малолегированных сталей. Все это в комплексе снижает затраты на изготовление и эксплуатацию инструмента для сварки трением.
Дополнительные возможности указанная составная конструкция инструмента дает для варьирования геометрии исполнительного блока и материалов, применяемых для его изготовления.