Способ получения металлического листа
METHOD FOR OBTAINING A METAL SHEET

Изобретение относится к способам изготовления сварных металлических листов, преимущественно сваркой трением с перемешиванием, и может быть использовано для изготовления деталей типа лист, панель и т.п. в различных отраслях промышленности, преимущественно в машиностроении.
Металлургическая промышленность выпускает номенклатуру листов ограниченной ширины, что затрудняет изготовление крупногабаритных деталей, например, методами обработки давлением.
Из патентной литературы известен способ получения крупногабаритной листовой заготовки из сплава заданного химического состава методом центробежного литья. Отливают трубную заготовку с предварительно заданными диаметром, длиной и толщиной стенки. После остывания трубную заготовку разрезают вдоль продольной оси, разворачивают и правят в плоский лист с заданными габаритными размерами. Способ позволяет получать крупногабаритные листовые заготовки с хорошими прочностными свойствами и пластичностью для дальнейшей штамповки деталей, в частности из дисперсионно твердеющего низколегированного тепло- и электропроводного жаропрочного сплава на медной основе (RU 2471583, В21С 37/02).
Недостатком указанного способа получения крупногабаритной листовой заготовки является использование литья, так как, во-первых, отливки, как правило, имеют крупнозернистую структуру, пониженную прочность и герметичность. Во-вторых, затруднено изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок. В-третьих, требуется трудно реализуемые операции разрезки, разворачивания и правки в плоский лист.
Одним из перспективных способов сварки широких листов является сварка трением с перемешиванием, включающая перемещение вращающегося предварительно погруженного в свариваемый стык сварочного инструмента по линии стыка соединяемых деталей и перемешивание материала, нагретого фрикционной теплотой до пластического состояния (RU 2509637, В23К 20/12).
Практика сварки трением с перемешиванием показала, что на поверхности, контактировавшей со сварочным инструментом, возникают бороздки, являющиеся концентраторами напряжений, приводящих к неустранимому браку, при последующей обработке сварного листа методами холодной обработки давлением. Это является существенным недостатком указанного способа.
1
1
2
2
1
Известен способ упрочнения поверхности деталей обработкой трением с перемешиванием вращающимся инструментом, включающий перемещение вращающегося упрочняющего инструмента по всей поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью по заданной траектории. Отличительной особенностью способа является то, что используют упрочняющий инструмент с рабочим стержнем, высота которого H составляет Η=0,8…0,9Η, где Н - глубина упрочняемого слоя заготовки. При этом упрочнение поверхности заготовки осуществляют вдавливанием в заготовку упомянутого упрочняющего инструмента на глубину H (RU 2595191, В24В 39/06).
Недостатком указанного способа обработки заготовки является внедрение рабочего стержня упрочняющего инструмента в заготовку, что приводит к значительному увеличению микротвердости обработанной поверхности. В приведенном примере осуществления способа показатель микротвердости исходного материала составлял HV190, а после упрочнения поверхности - HV680. Известно, что увеличение твердости материала всегда сопровождается уменьшением его показателей пластичности. Такая упрочняющая обработка допустима в случае, когда операция упрочнения является окончательной, и применяется вместо выполнения операций закалки и отпуска. При этом, глубина упрочненного слоя может достигать 1,5 мм. Это и было целью указанного изобретения. Но, такая обработка является совершенно недопустимой и бессмысленной, в случае изготовления широкого металлического листа, который в последующем будет подвергаться холодной обработке давлением, так как значительное уменьшение пластичности приведет к появлению трещин и приведет к браку изготавливаемой детали.
Наиболее близким к предлагаемому способу можно считать способ получения сварного металлического листа, раскрытый, например, в RU 2714008, В23К 20/12, включающий соединение кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием.
Этот способ, так же как и указанные перед ним, не обеспечивает гарантированного получения высококачественного сварного шва без концентраторов напряжений в виде в виде бороздок, появляющихся при сварке трением перемешиванием.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является удаление поверхностных концентраторов напряжений в виде бороздок, появляющихся при сварке трением перемешиванием.
Техническим результатом, достигаемым предложенным техническим решением, является изготовление качественных крупногабаритных листовых заготовок, предназначенных для дальнейшей обработки давлением.
Технический результат достигается тем, что в способе получения сварного металлического листа, включающем соединение кромок по меньшей мере двух листовых заготовок сваркой трением с перемешиванием, после сварки осуществляют обработку сварного шва обрабатывающим инструментом, рабочая часть которого выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, размер которой перекрывает ширину сварного шва, при этом придают инструменту вращательное движение и перемещают его вдоль линии сварного шва для выглаживания его поверхности за счет внедрения рабочей части инструмента на глубину, не превышающую высоту бороздок сварного шва, до получения его шероховатости, не превышающей шероховатость исходных листовых заготовок.
В предлагаемом способе перед обработкой на поверхность сварного шва наносят смазку.
Кроме того, в предлагаемом способе для обработки сварного шва используют обрабатывающий инструмент, поверхность рабочей части которого выполнена в виде сферического сегмента.
Так же, в предлагаемом способе упомянутую обработку сварного шва осуществляют на оборудовании для сварки трением с перемешиванием, при этом инструменты для сварки и обработки выполнены сменными.
Предложенный способ поясняется графическими материалами.
На фигуре представлена схема получения металлического листа большой ширины.
Сущность предложенного способа получения металлического листа большой ширины заключается в следующем. Две металлические листовые заготовки 1 и 2 сваривают сваркой трением с перемешиванием и получением сварного шва 3. При этом на лицевой поверхности сварного шва появляются бороздки 4.
Для удаления бороздок 4 сварного шва 3 обрабатывающему инструменту 5 придают вращательное движение, перемещают его вдоль линии сварного шва 3, внедряя его рабочую часть 6 на глубину, не превышающую высоту «h» бороздок 4 сварного шва 3.
Рабочая часть 6 обрабатывающего инструмента 5 выполнена в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, например, в виде сферического сегмента, перекрывающей ширину «b» сварного шва 3.
Перед обработкой на поверхность сварного шва 3 может быть нанесена смазка. Материал смазки зависит от материала листа и режимов обработки. В качестве смазки можно использовать, например, веретенное масло.
Обрабатывающий инструмент 5 изготавливают, например, из быстрорежущей закаленной стали, а для обеспечения малой шероховатости обрабатываемой поверхности его рабочую поверхность закаливают и полируют.
Выполнение рабочей части 6 обрабатывающего инструмента 5 в виде полированной осесимметричной поверхности вращения, перекрывающей ширину «в» сварного шва 3, уменьшает количество концентраторов напряжений на обрабатываемой поверхности сварного шва 3.
Пример осуществления способа получения металлического листа большой ширины.
Требовалось изготовить лист шириной 4000 мм из алюминиевого сплава АМг6, не выпускаемый отечественной металлургической промышленностью. Для этого два плоских листа толщиной 4 мм и шириной 2000 мм сварили по кромке сваркой трением с перемешиванием и получили лист шириной 4000 мм. Сварной шов полученной заготовки обработали со стороны бороздок предложенным инструментом в соответствии с экспериментально отработанными режимами. Шероховатость обработанной поверхности сварного шва не превышала шероховатости исходной заготовки. В результате получили заготовку крупногабаритного металлического листа с шероховатостью поверхности сварного шва не превышающей шероховатость листа в состоянии поставки.
Достоинством предложенного способа получения металлического листа большой ширины является то, что обе операции можно выполнить на одном оборудовании, а именно на сварочной установке путем смены инструмента и настройки режимов обработки.
Таким образом, реализация предложенного способа получения металлического листа большой ширины позволяет провести выглаживание поверхности сварного шва, удаляя концентраторы напряжений, появившиеся при сварке трением перемешиванием, и изготовить крупногабаритные широкие листы высокого качества с небольшими затратами на подготовку производства.