способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления

Классы МПК:B23K37/00 Вспомогательные устройства или способы, специально не предназначенные для способов, охватываемых только одной из основных групп данного подкласса
B23C3/12 снятие заусенцев или зачистка краев, например зачистка сварных угловых соединений 
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-12-22
публикация патента:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке сварных соединений в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. Способ включает установку и закрепление сварного соединения и обработку его вращающимся инструментом, установленным под углом способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048 , которому сообщают продольное перемещение относительно установленного на подкладке сварного соединения. Подкладка выполнена с канавкой, расположенной вдоль линии перемещения инструмента, выполненного в виде цилиндрической фрезы с выступом на ее торце. Обработку осуществляют при погружении выступа цилиндрической фрезы в основной металл сварного соединения на величину f=0,05-0,5 мм с последующим ее продольным перемещением. Угол установки цилиндрической фрезы определяют из условия обеспечения при ее продольном перемещении съема избыточной величины сварного шва передней частью фрезы и его пластического деформирования упомянутым выступом до уровня основного металла. Приведена конструкция инструмента и связь его параметров. Уменьшаются усилия на инструмент при большой выпуклости сварного шва, снижается неравномерность пластической деформации но длине сварного шва. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр. способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048

способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048

Формула изобретения

1. Способ обработки сварного соединения, включающий установку и закрепление сварного соединения и обработку его вращающимся инструментом, установленным под углом способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048 , которому сообщают продольное перемещение относительно сварного соединения, отличающийся тем, что сварное соединение устанавливают на подкладке, выполненной с канавкой, расположенной вдоль линии перемещения инструмента, используют инструмент в виде цилиндрической фрезы диаметром D, выполненной с выступом на ее торце диаметром d, а обработку осуществляют при погружении выступа цилиндрической фрезы в основной металл сварного соединения на величину f=0,05-0,5 мм с последующим ее продольным перемещением, при этом угол установки цилиндрической фрезы определяют из условия обеспечения при ее продольном перемещении съема избыточной величины сварного шва передней частью фрезы и его пластического деформирования упомянутым выступом до уровня основного металла по формуле:

способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048 .

2. Инструмент для обработки сварного соединения способом по п.1, выполненный в виде цилиндрической фрезы диаметром D с цилиндрическим выступом на ее торце диаметром d и с округлением радиусом R=0,05-0,5 мм, при этом диаметры фрезы и выступа выбраны из соотношения:

D/2<d.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке сварных соединений для повышения их циклической прочности и может быть использовано в машиностроении, в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

Повышение усталостной прочности обычно достигается путем уменьшения концентрации напряжений и уменьшения остаточных растягивающих напряжений или создание благоприятных сжимающих напряжений в сварном шве.

Одним из возможных способов уменьшения концентрации напряжений является удаление выпуклости сварного шва путем фрезерования.

Известен способ обработки сварных соединений удалением выпуклости сварного шва фрезерованием (Кувшинский В.В. Фрезерование. / В.В. Кувшинский. - М., «Машиностроение», 1977. - С.96, 99).

Недостатком способа является то, что остаточные растягивающие напряжения в сварном шве практически не меняются.

Уменьшение остаточных растягивающих напряжений возможно способами пластического деформирования сварного шва.

Известен способ обработки сварного соединения специальным инструментом для сварки трением с перемешиванием, в процессе которого происходит пластическая деформация сварного шва, увеличивается прочность соединения, и за счет интенсивной пластической деформации в сварном шве растягивающие напряжения переходят в сжимающие (см. Fuller С. A study of friction stir processing tool designs for microstructural modifications as demonstrated in aluminum fusion welds / C. Fuller, M. Mahoney and W. Bingel. // 5th International Friction Stir Welding Conference. - Metz, France, 14-16 September 2004. - P.11).

К недостаткам способа следует отнести неравномерность пластической деформации по длине сварного шва при обработке, а также чрезмерное усилие на инструмент при большом усилении сварного шва.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки сварных соединений, включающий установку и закрепление сварного соединения и обработку его вращающимся инструментом, установленным под углом а, которому сообщают продольное перемещение относительно сварного соединения (SU 1609555 A1, B23K 37/00, 30.11.1990).

Недостатком способа является неравномерность пластической деформации по длине сварного шва при обработке, а также чрезмерное усилие на инструмент при большом усилении сварного шва.

Техническим результатом изобретения является протекание равномерной пластической деформации по всей длине сварного шва, а также уменьшение усилия на инструмент при большом усилении сварного шва.

Технический результат достигается способом обработки сварного соединения, включающий установку и закрепление сварного соединения и обработку его вращающимся инструментом, установленным под углом способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048 , которому сообщают продольное перемещение относительно сварного соединения, отличающимся тем, что сварное соединение устанавливают на подкладке, выполненной с канавкой, расположенной вдоль линии перемещения инструмента, используют инструмент в виде цилиндрической фрезы диаметром D, выполненной с выступом на ее торце диаметром d, а обработку осуществляют при погружении выступа цилиндрической фрезы в основной металл сварного соединения на величину f=0,05-0,5 мм с последующим ее продольным перемещением, при этом угол установки цилиндрической фрезы определяют из условия обеспечения при ее продольном перемещении съема избыточной величины сварного шва передней частью фрезы и его пластического деформирования упомянутым выступом до уровня основного металла по формуле:

способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048

В результате такого воздействия инструмента на сварное соединение протекают одновременно два процесса - фрезерование выпуклости сварного шва и равномерная пластическая деформация сварного шва по длине. Фрезерование приводит к уменьшению усилия на инструмент при большой выпуклости сварного шва (в результате его снятия), снижению концентрации напряжений в сварном соединении и снижению неравномерности пластической деформации. Пластическая деформация приводит к улучшению внешнего вида сварного соединения и снижению уровня остаточных растягивающих напряжений или даже перевода их в благоприятные сжимающие напряжения.

Технический результат достигается также инструментом для обработки сварного соединения, выполненным в виде цилиндрической фрезы диаметром D с цилиндрическим выступом на ее торце диаметром d, высотой h и со скруглением радиуса R=0,05-0,5 мм, при этом диаметры фрезы и выступа выбраны из соотношения: D/2<d.

Передняя часть фрезы снимает избыточную выпуклость сварного шва, а выступающая цилиндрическая часть пластически деформирует сварной шов, доводя его до уровня основного металла, при этом задняя часть фрезы не должна касаться пластически деформированного металла.

В качестве инструмента может быть использован как составной инструмент из торцевой полой фрезы со вставленной в нее втулкой, образующей требуемый выступ, так и цельный специально изготовленный инструмент.

На фиг.1 представлен заявляемый инструмент, где

1 - подкладка; 2 - основной металл; 3 - инструмент для обработки; g -выпуклость сварного шва; f - величина заглубления инструмента в основной металл; способ обработки сварных соединений и инструмент для его осуществления, патент № 2507048 - угол наклона инструмента; h - величина выступа торца; d - диаметр выступа; D - диаметр фрезы, R - радиус скругления выступа фрезы, S - толщина обрабатываемого материала

Обработку сварного соединения осуществляют с использованием в качестве привода инструмента фрезерного станка следующим образом:

На стол станка устанавливают подкладку. На подкладку устанавливают сварное соединение. Далее сварное соединение закрепляют прижимами к столу станка. На станке устанавливают режимы обработки. В хобот станка устанавливают инструмент.

Включают вращение инструмента, и столом станка сварное соединение поднимают до касания с инструментом. Далее погружение ведут до касания инструмента основного металла. После пластификации металла включают продольное перемещение инструмента и осуществляют обработку сварного соединения. При этом фреза срезает усиление сварного шва, а выступ цилиндрической части инструмента пластически деформирует металл шва.

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Пример

В лабораторных условиях обработаны соединения пластин длиной 300 мм, шириной 80 мм с толщиной 6 мм из алюминиевого сплава АМг6. В качестве привода инструмента использован фрезерный станок.

Режим получения соединения:

Для обработки использовался инструмент с диаметром фрезы 40 мм и диаметром выступа 30 мм, высота выступа составляла 2 мм. Инструмент был установлен под углом 1 градус. Скорость вращения инструмента составляла 710 об/мин, скорость перемещения - 80 мм/мин. Инструмент погружался в основной металл на 0,2 мм. В результате получено сварное соединение с равномерно деформированным сварным швом по всей его длине и без усиления.

Таким образом, в результате совмещения процессов фрезерования и пластического деформирования сварного шва за счет срезания излишней выпуклости сварного шва перед инструментом, снижается нагрузка на последний, и формируются условия для более равномерного протекания пластической деформации.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2507048

patent-2507048.pdf

Класс B23K37/00 Вспомогательные устройства или способы, специально не предназначенные для способов, охватываемых только одной из основных групп данного подкласса

устройство сварки двух труб, способ сварки двух труб (варианты), система измерения "выше-ниже" и центратор совмещения двух свариваемых труб -  патент 2524457 (27.07.2014)
способ и устройство для обработки уплотнительной поверхности запорной арматуры -  патент 2521569 (27.06.2014)
устройство для установки термосварочной пластины в машине для изготовления пластиковых пакетов -  патент 2519702 (20.06.2014)
способ и устройство для соединения металлических полос -  патент 2518816 (10.06.2014)
способ удаления грата после контактной стыковой сварки оплавлением изделий круглого сечения -  патент 2515864 (20.05.2014)
сварочная головка -  патент 2512702 (10.04.2014)
способ изготовления сварных тонкостенных конических обечаек с ребрами жесткости -  патент 2510686 (10.04.2014)
способ изготовления сварной тонкостенной конической обечайки с продольными гофрами -  патент 2507047 (20.02.2014)
способ контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры образцов изделий различного сечения -  патент 2504462 (20.01.2014)
способ центровки рельсов в машине для контактной стыковой сварки -  патент 2503529 (10.01.2014)

Класс B23C3/12 снятие заусенцев или зачистка краев, например зачистка сварных угловых соединений 

направляющее устройство для ручной фрезы, предназначенной для зачистки электродов для точечной сварки -  патент 2506144 (10.02.2014)
обрабатывающий узел -  патент 2505396 (27.01.2014)
устройство регулирования величины снятия скосов в одно касание для станка для снятия скосов -  патент 2497635 (10.11.2013)
устройство для снятия скосов для обработки поверхности под сварной шов, которое обеспечивает регулирование величины снятия скосов в одно касание -  патент 2497634 (10.11.2013)
устройство для вибрационного иглофрезерования -  патент 2452599 (10.06.2012)
способ вибрационного иглофрезерования -  патент 2452598 (10.06.2012)
фасочный инструмент, легко регулирующий глубину резания -  патент 2388581 (10.05.2010)
фрезерный станок для обработки кромок плит из вспененного материала -  патент 2388580 (10.05.2010)
устройство для обработки сварных швов в глубоких отверстиях с криволинейной осью -  патент 2307006 (27.09.2007)
устройство для очистки внутренней поверхности концов труб большого диаметра -  патент 2304476 (20.08.2007)
Наверх