Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2817097C1 - Method of linear friction welding of parts from aluminium alloy - Google Patents

Method of linear friction welding of parts from aluminium alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2817097C1
RU2817097C1 RU2023123468A RU2023123468A RU2817097C1 RU 2817097 C1 RU2817097 C1 RU 2817097C1 RU 2023123468 A RU2023123468 A RU 2023123468A RU 2023123468 A RU2023123468 A RU 2023123468A RU 2817097 C1 RU2817097 C1 RU 2817097C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parts
contact surfaces
forging
stage
pressure
Prior art date
Application number
RU2023123468A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Аскар Джамилевич Мингажев
Наиля Федоровна Измайлова
Алиса Аскаровна Мингажева
Лиана Ильгизовна Гильмиярова
Айнур Фиргатович Тагиров
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Application granted granted Critical
Publication of RU2817097C1 publication Critical patent/RU2817097C1/en

Links

Abstract

FIELD: various technological processes.
SUBSTANCE: invention can be used in production or repair of monoblocks of turbomachines from aluminium alloys using linear friction welding. Prior to friction welding, contact surfaces of elements of parts 1 and 3 are prepared. Vacuum is created in the vacuum chamber, then argon is fed into it, at pressure in range of 0.8·10-1 to 1.0·10-1 Pa, induction high-frequency discharge plasma is ignited, negative bias voltage from 400 to 600 V is supplied and parts contact surfaces are cleaned to remove oxides therefrom. Then, heating and forging are performed in the same vacuum chamber. Elements of part 1 and 3 are heated, pressed to each other along contact surfaces with a force providing pressure at the specified amplitude and frequency of their relative movement. After displacement is stopped, forging is performed with application of forging pressure.
EFFECT: method ensures high operational reliability of parts made of aluminium alloys produced by linear friction welding by increasing their endurance limit.
5 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к сварке трением и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например, при производстве или ремонте моноблоков турбомашин из алюминиевых сплавов.The invention relates to friction welding and can be used in various branches of mechanical engineering, for example, in the production or repair of turbomachinery monoblocks made of aluminum alloys.

Нагрев поверхностей соединяемых сваркой трением деталей может осуществляться либо за счет вращения одной из деталей относительно другой, либо за счет линейного колебательного движения [европейский патент №0719614, МПК B23K 20/12], либо за счет углового колебательного движения [европейский патент №0624420, МПК B23K 20/12, и патент РФ №2043891, МПК B23K 20/12]. При этом наиболее распространенными и разработанными способами сварки трением являются ротационная сварка и перемешивающая сварка трением [Сварка трением: Справочник / В.К. Лебедев, И.А. Черненко, Р.Михальски и др.; Под общ. ред. В.К. Лебедева, И.А. Черненко, В.И. Билля. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 236 с. ].Heating of the surfaces of parts connected by friction welding can be carried out either due to rotation of one of the parts relative to the other, or due to linear oscillatory motion [European patent No. 0719614, IPC B23K 20/12], or due to angular oscillatory motion [European patent No. 0624420, IPC B23K 20/12, and RF patent No. 2043891, IPC B23K 20/12]. At the same time, the most common and developed methods of friction welding are rotational welding and stir friction welding [Friction welding: Handbook / V.K. Lebedev, I.A. Chernenko, R. Michalski and others; Under general ed. VC. Lebedeva, I.A. Chernenko, V.I. Bill. - L.: Mechanical engineering. Leningr. department, 1987. - 236 p. ].

Известен также способ сварки трением [АС СССР №1512740, опубл. 07.10.89, БИ №37], включающий стадию нагрева, на которой детали приводят в относительное вращение при постоянном приложении контактного давления, и стадию проковки, которую осуществляют после прекращения вращения.There is also a known method of friction welding [AC USSR No. 1512740, publ. 07.10.89, BI No. 37], including a heating stage, at which the parts are brought into relative rotation with constant application of contact pressure, and a forging stage, which is carried out after the rotation has stopped.

Недостатками известных способов сварки трением являются либо их непригодность [АС СССР №1512740], либо низкая стабильность качества сварных соединений [европейский патент №0624420, МПК B23K 20/12, и патент РФ №2043891, МПК B23K 20/12] применительно для таких деталей, как лопатки турбомашин, вследствие высокой вероятности возникновения непроваров и подрезов, вызываемых выхватыванием поверхностных слоев металла, прилегающего к стыку, гратом. Эти недостатки вызываются неравномерностью нагрева стыка по всему сечению.The disadvantages of the known friction welding methods are either their unsuitability [AS USSR No. 1512740] or low stability of the quality of welded joints [European patent No. 0624420, IPC B23K 20/12, and RF patent No. 2043891, IPC B23K 20/12] for such parts , like the blades of turbomachines, due to the high probability of lack of fusion and undercuts caused by the snatching of the surface layers of the metal adjacent to the joint by flash. These disadvantages are caused by the uneven heating of the joint over the entire cross section.

Процессы линейной сварки трением становятся ключевыми технологиями формирования сварных соединений из трудносвариваемых материалов и могут быть широко использованы в ремонтном производстве. Достоинством линейной сварки трением является минимальная подготовка поверхностей к свариванию. Линейная сварка трением достаточно активно применяется в авиадвигателестроении для соединения лопаток с дисками [Corzo M., Torres Y., Anglada M., Mateo A. Fracture behaviour of linear friction welds in titanium alloys // Anales de la Mecanica de Fractura. - V.1, 2007. - Pp.75-80].Linear friction welding processes are becoming key technologies for forming welded joints from difficult-to-weld materials and can be widely used in repair production. The advantage of linear friction welding is the minimal preparation of surfaces for welding. Linear friction welding is quite actively used in aircraft engine construction for connecting blades to disks [Corzo M., Torres Y., Anglada M., Mateo A. Fracture behavior of linear friction welds in titanium alloys // Anales de la Mecanica de Fractura. - V.1, 2007. - Pp.75-80].

Известен способ изготовления или ремонта моноблочного лопастного диска, включающий формирование на выступающем выступе, принадлежащем диску и проходящем от переднего конца к заднему по потоку вдоль хорды выступающего выступа, поверхности сварного соединения, предназначен для последующей стадии установки лопасти линейной сваркой трением на выступ диска [патент США №7125227, МПК B23K 20/12, Process for manufacturing or repairing a monobloc bladed disc, 2006 г. ]. Указанный способ позволяет изготавливать моноблоки лопаточных дисков турбомашин или производить их ремонт.There is a known method for manufacturing or repairing a monoblock bladed disk, including the formation of a welded joint surface on a protruding protrusion belonging to the disk and passing from the front end to the rear end along the chord of the protruding protrusion, intended for the subsequent stage of installing the blade by linear friction welding on the protrusion of the disk [US patent No. 7125227, IPC B23K 20/12, Process for manufacturing or repairing a monobloc bladed disc, 2006]. This method makes it possible to produce monoblocks of turbomachinery blade disks or to repair them.

Однако известный способ не может быть использован для сварки деталей из алюминия, поскольку на контактных поверхностях свариваемых деталей из алюминиевых сплавов возникает оксидная пленка, препятствующая качественному формированию сварного шва.However, the known method cannot be used for welding aluminum parts, since an oxide film appears on the contact surfaces of the welded parts made of aluminum alloys, which prevents the high-quality formation of the weld.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ линейной сварки трением деталей из алюминиевых сплавов, включающий стадию подготовки контактных поверхностей деталей, стадию нагрева, на которой детали прижимают друг к другу по контактным поверхностям с усилием, обеспечивающим давление процесса сварки стыка при заданной амплитуде и частоте относительного перемещения деталей вдоль их контактных поверхностей, и стадию проковки, осуществляемую после прекращения возвратно-поступательных перемещений деталей приложением давления проковки [С.А.Токоренко, С.Р.Шехтман, И.В.Кандаров. Некоторые особенности микроструктуры и свойства алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg в зоне соединения лопатка-диск, полученного методом линейной сварки трением. //Вестник УГАТУ, т.22, №4 (82), 2018, С.41-47]. Указанный способ предназначен для изготовления моноблоков лопаточных дисков турбомашин.The closest technical solution, chosen as a prototype, is a method of linear friction welding of parts made of aluminum alloys, including the stage of preparing the contact surfaces of the parts, the heating stage, in which the parts are pressed against each other along the contact surfaces with a force that ensures the pressure of the joint welding process at a given amplitude and frequency of relative movement of parts along their contact surfaces, and the forging stage, carried out after the cessation of reciprocating movements of parts by applying forging pressure [S.A. Tokorenko, S.R. Shekhtman, I.V. Kandarov. Some features of the microstructure and properties of the aluminum alloy of the Al-Cu-Mg system in the blade-disk joint area obtained by linear friction welding. //Bulletin of UGATU, vol. 22, no. 4 (82), 2018, pp. 41-47]. This method is intended for the production of monoblock blade disks of turbomachines.

Однако способ-прототип не способен обеспечить достаточно высокую надежность сварного соединения, поскольку существует достаточно высокая вероятность попадания в зону сварочного стыка загрязнений в виде элементов оксидной пленки. Это в значительной степени касается изготовления таких деталей турбомашин как моноколес с лопатками, где приходится приваривать достаточно большое количество лопаток к диску и вероятность возникновения дефекта в сварном соединении даже одной лопатки может привести к браку всего моноколеса.However, the prototype method is not capable of providing a sufficiently high reliability of the welded joint, since there is a fairly high probability of contamination in the form of elements of an oxide film entering the welding joint area. This largely applies to the manufacture of such turbomachinery parts as a unicycle with blades, where it is necessary to weld a fairly large number of blades to the disk and the likelihood of a defect in the welded joint of even one blade can lead to the failure of the entire unicycle.

В этой связи рассматриваемый способ-прототип не позволяет получать качественные сварные соединения, обеспечивающие высокие эксплуатационные свойства деталей и их надежность.In this regard, the prototype method under consideration does not allow obtaining high-quality welded joints that ensure high performance properties of parts and their reliability.

Задачей предлагаемого изобретения является создание качественных сварных соединений деталей из алюминиевых сплавов, получаемых линейной сваркой трением, за счет устранения с контактных поверхностей свариваемых деталей загрязнений и оксидной пленки.The objective of the present invention is to create high-quality welded joints of parts made of aluminum alloys, obtained by linear friction welding, by removing contaminants and oxide film from the contact surfaces of the parts being welded.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности деталей из алюминиевых сплавов, получаемых линейной сваркой трением, за счет увеличения предела их выносливости.The technical result of the claimed invention is to increase the operational reliability of parts made of aluminum alloys produced by linear friction welding by increasing their endurance limit.

Технический результат достигается за счет того, что в способе линейной сварки трением детали из алюминиевого сплава, включающем стадию подготовки контактных поверхностей деталей, стадию нагрева, на которой детали прижимают друг к другу по контактным поверхностям с усилием, обеспечивающим давление процесса сварки стыка при заданной амплитуде и частоте относительного перемещения деталей вдоль их контактных поверхностей, и стадию проковки, осуществляемую после прекращения возвратно-поступательных перемещений деталей приложением давления проковки, в отличие от прототипа, стадию подготовки контактных поверхностей деталей осуществляют в вакуумной камере, в которой в начале создают вакуум, затем напускают в нее аргон и при давлении газов в вакуумной камере в диапазоне от 0,8×10-1 Па до 1,0×10-1 Па зажигают плазму индукционного высокочастотного разряда, подавая на свариваемые детали отрицательное напряжение смещения в диапазоне от 400 до 600 В и производят очистку контактных поверхностей деталей с удалением с них окислов, а затем в этой же вакуумной камере проводят стадию нагрева и стадию проковки.The technical result is achieved due to the fact that in the method of linear friction welding of parts made of aluminum alloy, including the stage of preparing the contact surfaces of the parts, the heating stage, in which the parts are pressed against each other along the contact surfaces with a force ensuring the pressure of the joint welding process at a given amplitude and the frequency of relative movement of parts along their contact surfaces, and the forging stage, carried out after the reciprocating movements of parts have ceased by applying forging pressure, unlike the prototype, the stage of preparing the contact surfaces of parts is carried out in a vacuum chamber, in which a vacuum is first created, then let into argon and at a gas pressure in the vacuum chamber in the range from 0.8×10 -1 Pa to 1.0×10 -1 Pa, the high-frequency induction discharge plasma is ignited, applying a negative bias voltage to the parts being welded in the range from 400 to 600 V and The contact surfaces of the parts are cleaned to remove oxides from them, and then the heating stage and the forging stage are carried out in the same vacuum chamber.

Кроме того, возможно использование в способе следующих дополнительных приемов: величину давления процесса сварки берут в диапазоне от 30 до 180 МПа, время от 0,3 до 6 с, амплитуду от 1 до 3 мм и частоту от 40 до 80 Гц, на этапе проковки величину давления на контактных поверхностях свариваемых деталей задают от 160 до 320 МПа, причем время этапа проковки берут от 0,1 до 2,0 с; возвратно-поступательное перемещение заготовок осуществляют с интервалом времени их остановки от 0,05 до 0,3 с; в качестве свариваемых деталей из алюминиевых сплавов используют перо лопатки и диск турбомашины; коэффициент удельной подводимой мощности при сварке деталей турбомашины выбирают от 2,2 до 3,2 кВт.In addition, it is possible to use the following additional techniques in the method: the pressure value of the welding process is taken in the range from 30 to 180 MPa, time from 0.3 to 6 s, amplitude from 1 to 3 mm and frequency from 40 to 80 Hz, at the forging stage the pressure value on the contact surfaces of the parts being welded is set from 160 to 320 MPa, and the time of the forging stage is taken from 0.1 to 2.0 s; reciprocating movement of the workpieces is carried out with a stop time interval of 0.05 to 0.3 s; the blade blade and turbomachine disk are used as welded parts made of aluminum alloys; The coefficient of specific power input when welding turbomachine parts is selected from 2.2 to 3.2 kW.

В процессе возвратно-поступательного движения деталей подлежащие свариванию поверхности прижимаются для образования плотного контакта. Генерируемая в плоскости сварки теплота способствует пластической деформации приповерхностных объемов свариваемых материалов деталей. В процессе сварки вязко-пластичные слои металла перемещаются к границам свариваемой поверхности. При этом происходит частичное удаление окислов и загрязнений, которые могут присутствовать в зоне сварки. Для надежного удаления окислов и загрязнений, присутствующих на контактных поверхностях свариваемых деталей из алюминиевых сплавов, проводят их очистку помещая детали в вакуумную камеру, в которой в начале создают вакуум, затем напускают в нее аргон и при давлении в диапазоне от 0,8⋅10-1 Па до 1,0⋅10-1 Па зажигают плазму индукционного высокочастотного разряда, подавая на свариваемые детали отрицательное напряжение смещения в диапазоне от 400 до 600 В. Таким образом, обеспечение чистых контактных поверхностей деталей производится за счет двух факторов: защитной среды (вакуума и аргона) и высокочастотного плазменного распыления окисной пленки.During the reciprocating movement of the parts, the surfaces to be welded are pressed to form tight contact. The heat generated in the welding plane promotes plastic deformation of the near-surface volumes of the parts being welded. During the welding process, ductile-plastic layers of metal move towards the boundaries of the welded surface. In this case, partial removal of oxides and contaminants that may be present in the welding zone occurs. To reliably remove oxides and contaminants present on the contact surfaces of welded parts made of aluminum alloys, they are cleaned by placing the parts in a vacuum chamber, in which a vacuum is first created, then argon is introduced into it and at a pressure in the range of 0.8⋅10 - 1 Pa to 1.0⋅10 -1 Pa ignite the plasma of an induction high-frequency discharge, applying a negative bias voltage in the range from 400 to 600 V to the parts being welded. Thus, ensuring clean contact surfaces of parts is achieved due to two factors: a protective environment (vacuum and argon) and high-frequency plasma sputtering of the oxide film.

Короткая длительность процесса сварки (несколько секунд) обеспечивает малую зону термического влияния. Для обеспечения точности сварки необходимо предусматривать мероприятия для устранения перекосов и погрешностей расположения свариваемых поверхностей. Процесс формирования сварного шва достаточно сложен и определяется трибологическими свойствами контакта, особенностями протекания процессов внутреннего трения и пластической деформации, а также физико-химическими и металлургическими аспектами.The short duration of the welding process (a few seconds) provides a small heat affected zone. To ensure welding accuracy, it is necessary to take measures to eliminate distortions and errors in the location of the surfaces being welded. The process of weld formation is quite complex and is determined by the tribological properties of the contact, the peculiarities of the processes of internal friction and plastic deformation, as well as physicochemical and metallurgical aspects.

Для осуществления интенсивного нагрева поверхностей стыка соединяемых заготовок, а также для дополнительного удаления остаточных загрязнений и окислов из зоны контакта необходимо производить подвод значительной энергии, которая определяется, при прочих равных условиях, частотой и амплитудой возвратно-поступательного движения заготовок, а также усилием их прижатия. При этом одна и та же величина подводимой энергии может быть получена при различном сочетании указанных параметров процесса сварки и свойства сварного соединения во всех этих случаях будут различаться.To carry out intensive heating of the joint surfaces of the joined workpieces, as well as to additionally remove residual contaminants and oxides from the contact zone, it is necessary to supply significant energy, which is determined, ceteris paribus, by the frequency and amplitude of the reciprocating movement of the workpieces, as well as the force of their pressing. In this case, the same amount of supplied energy can be obtained with different combinations of the specified parameters of the welding process, and the properties of the welded joint will differ in all these cases.

На фигурах представлены фотографии сварных швов алюминиевых деталей. На фигуре 1 показан внешний вид сварного соединения (фиг.1а - вид сбоку, фиг. 1b - вид спереди). На фигуре 2 представлены фрагменты сварных швов деталей из алюминиевого сплава, полученных по сравниваемым вариантам (фиг.2a - сварной шов, полученный по способу-прототипу, фиг. 2b - сварной шов, полученный по предлагаемому способу). Фигуры 1 и 2 содержат: 1 - базовый элемент детали, 2 - сварной шов, 3 - привариваемый элемент детали, 4 - оксидное включение (полой красной стрелкой показано расположение дефекта сварного соединения в виде оксидного включения, красным прямоугольником обозначено место просмотров сварного шва).The figures show photographs of welded seams of aluminum parts. Figure 1 shows the appearance of the welded joint (Fig. 1a - side view, Fig. 1b - front view). Figure 2 shows fragments of welds of parts made of aluminum alloy obtained using the compared options (Fig. 2a - weld seam obtained by the prototype method, Fig. 2b - weld seam obtained by the proposed method). Figures 1 and 2 contain: 1 - basic element of the part, 2 - weld, 3 - welded element of the part, 4 - oxide inclusion (the hollow red arrow shows the location of the weld joint defect in the form of an oxide inclusion, the red rectangle indicates the location of the weld).

Способ осуществляется следующим образом. На собранные встык и зафиксированные соединяемые элементы детали 1 и 3 устанавливают в одно из известных устройств для линейной сварки трением [например, патент РФ №2280546, МПК B23K 20/12. Инструмент для фиксации лопаток и его применение для сварки лопаток трением. Опубл. 27.07.2006 г. Бюл. №21]. Затем размещают свариваемые элементы детали 1 и 3 в вакуумной камере установки для сварки, создают в ней вакуум (порядка 1,0⋅10-2 Па), напускают в вакуумную камеру аргон и при давлении газов в камере порядка от 0,8⋅10-1Па до 1,0⋅10-1Па зажигают плазму индукционного высокочастотного разряда, подавая на свариваемые элементы детали 1 и 3 отрицательное напряжение смещения в диапазоне от 400 до 600 В и производят очистку контактных поверхностей элементов детали 1 и 3 с удалением с них окислов, а затем в этой же вакуумной камере проводят стадию нагрева и стадию проковки элементов детали 1 и 3. Для этого задают требуемое усилие прижатия, обеспечивая величину давления процесса сварки в диапазоне от 30 до 180 МПа, время от 0,3 до 6 с, устанавливают требуемые значения нагрева и усилие проковки. Причем на этапе нагрева величину амплитуды задают из диапазона от 1 до 3 мм и частоту из диапазона от 40 до 80 Гц. Величину давления проковки выбирают из диапазона значений от 160 до 320 МПа, а время проковки берут из диапазона от 0,1 до 2,0 с. Затем включают сварочное устройство, запрограммированное согласно выбранным параметрам процесса, и производят весь цикл сварки.The method is carried out as follows. On the assembled end-to-end and fixed joined elements, parts 1 and 3 are installed in one of the known devices for linear friction welding [for example, RF patent No. 2280546, IPC B23K 20/12. Blade clamping tool and its use for friction welding of blades. Publ. July 27, 2006 Bulletin. No. 21]. Then the welded elements of the part 1 and 3 are placed in the vacuum chamber of the welding installation, a vacuum is created in it (about 1.0⋅10 -2 Pa), argon is introduced into the vacuum chamber and at a gas pressure in the chamber of the order of 0.8⋅10 - 1 Pa to 1.0⋅10 -1 Pa ignite the plasma of the induction high-frequency discharge, applying a negative bias voltage in the range from 400 to 600 V to the welded elements of parts 1 and 3 and clean the contact surfaces of the elements of parts 1 and 3 and remove oxides from them , and then in the same vacuum chamber the heating stage and the forging stage of part elements 1 and 3 are carried out. To do this, set the required pressing force, ensuring the value of the welding process pressure in the range from 30 to 180 MPa, time from 0.3 to 6 s, set required heating values and forging force. Moreover, at the heating stage, the amplitude value is set from the range from 1 to 3 mm and the frequency from the range from 40 to 80 Hz. The forging pressure value is selected from the range of values from 160 to 320 MPa, and the forging time is taken from the range from 0.1 to 2.0 s. Then turn on the welding device, programmed according to the selected process parameters, and perform the entire welding cycle.

Пример. С целью оценки эксплуатационных свойств деталей из алюминиевого сплава (АА2139), полученных по предлагаемому способу и способу-прототипу, были проведены следующие исследования. Были изготовлены две партии образцов. Первая партия лопаток изготавливалась по способу-прототипу, а вторая - в соответствии с предлагаемым техническим решением.Example. In order to evaluate the performance properties of aluminum alloy parts (AA2139) obtained using the proposed method and the prototype method, the following studies were carried out. Two batches of samples were produced. The first batch of blades was manufactured according to the prototype method, and the second - in accordance with the proposed technical solution.

Линейную сварку трением деталей по способу-прототипу осуществляли по следующим режимам: амплитуда 3 мм, частота 45 Гц, величина давления процесса сварки 40 МПа, величина давления проковки 160 МПа.Linear friction welding of parts according to the prototype method was carried out in the following modes: amplitude 3 mm, frequency 45 Hz, welding process pressure 40 MPa, forging pressure 160 MPa.

Линейную сварку трением деталей по предлагаемому способу осуществляли по следующим условиям и режимам.Linear friction welding of parts according to the proposed method was carried out under the following conditions and modes.

Подготовку контактных поверхностей деталей осуществляли в вакуумной камере, в которой вначале создавали вакуум (1,0⋅10-3 Па), затем напускали в нее аргон и при давлении газов в вакуумной камере в диапазоне от 0,8⋅10-1 Па до 1,0⋅10-1 Па зажигали плазму индукционного высокочастотного разряда, подавая на свариваемые детали отрицательное напряжение смещения в диапазоне от 400 до 600 В и производили очистку контактных поверхностей деталей с удалением с них окислов, а затем в этой же вакуумной камере проводят стадию нагрева и стадию проковки.The preparation of the contact surfaces of the parts was carried out in a vacuum chamber, in which a vacuum was first created (1.0⋅10 -3 Pa), then argon was introduced into it and at a gas pressure in the vacuum chamber in the range from 0.8⋅10 -1 Pa to 1 ,0⋅10 -1 Pa, the plasma of an induction high-frequency discharge was ignited, applying a negative bias voltage in the range from 400 to 600 V to the parts being welded and the contact surfaces of the parts were cleaned, removing oxides from them, and then the heating stage was carried out in the same vacuum chamber and forging stage.

При этом при оценке результатов сварки удовлетворительным результатом (У.Р.) для предлагаемого способа считался результат, превышающий полученную по способу-прототипу усталостную прочность не менее чем в 1,1 раза, в противном случае результат признавался неудовлетворительным (Н.Р.).Moreover, when assessing the welding results, a satisfactory result (S.R.) for the proposed method was considered to be a result that exceeded the fatigue strength obtained by the prototype method by at least 1.1 times, otherwise the result was considered unsatisfactory (N.R.).

Режимы:Modes:

- давление газов (аргона) в вакуумной камере: 0,6⋅10-1 Па (Н.Р.), 0,8⋅10-1 Па (У.Р.), 0,9⋅10-1 Па (У.Р.), 1,0⋅10-1 Па (У.Р.), 1,2⋅10-1 Па (Н.Р.);- gas pressure (argon) in the vacuum chamber: 0.6⋅10 -1 Pa (N.R.), 0.8⋅10 -1 Pa (U.R.), 0.9⋅10 -1 Pa (U .R.), 1.0⋅10 -1 Pa (U.R.), 1.2⋅10 -1 Pa (N.R.);

- индукционный высокочастотный (ВЧ) разряд (мощность - 800 Вт.): отрицательное напряжение смещения: 300 В (Н.Р.), 400 В (У.Р.), 500 В (У.Р.), 600 В (У.Р.), 700 В (Н.Р.). При напряжении 300 В - неполное удаление окислов, при 700 В - травление основного материала. В диапазоне от 400 В до 600 В - удаление оксидной пленки;- induction high-frequency (HF) discharge (power - 800 W): negative bias voltage: 300 V (NR), 400 V (UR), 500 V (UR), 600 V (U .R.), 700 V (N.R.). At a voltage of 300 V - incomplete removal of oxides, at 700 V - etching of the base material. In the range from 400 V to 600 V - removal of the oxide film;

- величина давления процесса сварки: 20 МПа (Н.Р.), 30 МПа (У.Р.), 90 МПа (У.Р.), 180 МПа (У.Р.), 200 МПа (Н.Р.);- pressure value of the welding process: 20 MPa (N.R.), 30 MPa (U.R.), 90 MPa (U.R.), 180 MPa (U.R.), 200 MPa (N.R.) ;

- время от 0,3 до 6 с: 0,2 с (Н.Р.), 0,3 с (У.Р.), 1 с (У.Р.), 4 с (У.Р.), 6 с (У.Р.), 8 с (Н.Р.);- time from 0.3 to 6 s: 0.2 s (N.R.), 0.3 s (U.R.), 1 s (U.R.), 4 s (U.R.), 6 s (U.R.), 8 s (N.R.);

- амплитуда: 0,5 мм (Н.Р.), 1 мм (У.Р.), 3 мм (У.Р.), 5 мм (У.Р.);- amplitude: 0.5 mm (N.R.), 1 mm (U.R.), 3 mm (U.R.), 5 mm (U.R.);

- частота: от 40 до 80 Гц, 30 Гц (Н.Р.), 40 Гц (У.Р.), 50 Гц (У.Р.), 80 Гц (У.Р.), 100 Гц (Н.Р.);- frequency: from 40 to 80 Hz, 30 Hz (N.R.), 40 Hz (U.R.), 50 Hz (U.R.), 80 Hz (U.R.), 100 Hz (N.R.) R.);

-величина давления на контактных поверхностях свариваемых деталей на этапе проковки: 140 МПа (Н.Р.), 160 МПа (У.Р.), 220 МПа (У.Р.), 320 МПа (У.Р.), 360 МПа (Н.Р.);- pressure value on the contact surfaces of the welded parts at the forging stage: 140 MPa (N.R.), 160 MPa (U.R.), 220 MPa (U.R.), 320 MPa (U.R.), 360 MPa (N.R.);

- время этапа проковки: 0,05 c (Н.Р.), 0,1 c (У.Р.), 1 c (У.Р.), 2 c (У.Р.), 3 c (Н.Р.).- forging stage time: 0.05 s (N.R.), 0.1 s (U.R.), 1 s (U.R.), 2 s (U.R.), 3 s (N. R.).

Предел выносливости (на базе N=20⋅106 циклов, по 10 образцам) плоских образцов (фиг.1), изготовленных из сплава АА2139, после линейной сварки трением (ЛСТ) по способу-прототипу составляет 14 кгс/мм2, а полученных ЛСТ по предлагаемому способу находится на уровне 18 кгс/мм2. Снижение предела выносливости образцов, полученных по способу-прототипу, связано с наличием оксидных включений (фиг.2a), попадающих в сварное соединение из-за отсутствия операции удаления оксидной пленки с контактных поверхностей перед ЛСТ.The endurance limit (based on N=20⋅10 6 cycles, 10 samples) of flat samples (Fig. 1) made from AA2139 alloy after linear friction welding (LWW) according to the prototype method is 14 kgf/mm 2 , and the resulting LST according to the proposed method is at the level of 18 kgf/mm 2 . The decrease in the endurance limit of samples obtained using the prototype method is associated with the presence of oxide inclusions (Fig. 2a) that enter the welded joint due to the lack of removal of the oxide film from the contact surfaces before the LST.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что предлагаемый способ ЛСТ деталей из алюминиевого сплава позволяет обеспечить заявленный технический результат изобретения - повышение эксплуатационной надежности деталей из алюминиевых сплавов, получаемых линейной сваркой трением, за счет увеличения предела их выносливости.Thus, comparative tests have shown that the proposed method of LSW of parts made of aluminum alloy makes it possible to achieve the stated technical result of the invention - increasing the operational reliability of parts made of aluminum alloys produced by linear friction welding by increasing their endurance limit.

Claims (5)

1. Способ линейной сварки трением деталей из алюминиевого сплава, включающий стадию подготовки контактных поверхностей деталей, стадию нагрева, на которой детали прижимают друг к другу по контактным поверхностям с усилием, обеспечивающим давление процесса сварки стыка при заданной амплитуде и частоте относительного перемещения деталей вдоль их контактных поверхностей, и стадию проковки, осуществляемую после прекращения возвратно-поступательных перемещений деталей приложением давления проковки, отличающийся тем, что стадию подготовки контактных поверхностей деталей осуществляют в вакуумной камере, в которой вначале создают вакуум, затем напускают в нее аргон и при давлении аргона в вакуумной камере в диапазоне от 0,8·10-1 Па до 1,0·10-1 Па зажигают плазму индукционного высокочастотного разряда, подавая на свариваемые детали отрицательное напряжение смещения в диапазоне от 400 до 600 В и производят очистку контактных поверхностей деталей с удалением с них окислов, а затем в этой же вакуумной камере проводят стадию нагрева и стадию проковки.1. A method of linear friction welding of parts made of aluminum alloy, including the stage of preparing the contact surfaces of the parts, the heating stage, in which the parts are pressed against each other along the contact surfaces with a force that ensures the pressure of the joint welding process at a given amplitude and frequency of the relative movement of the parts along their contact surfaces surfaces, and a forging stage, carried out after stopping the reciprocating movements of parts by applying forging pressure, characterized in that the stage of preparing the contact surfaces of the parts is carried out in a vacuum chamber, in which a vacuum is first created, then argon is released into it and under argon pressure in the vacuum chamber in the range from 0.8·10 -1 Pa to 1.0·10 -1 Pa, the plasma of an induction high-frequency discharge is ignited, applying a negative bias voltage to the parts being welded in the range from 400 to 600 V and the contact surfaces of the parts are cleaned and removed from them oxides, and then in the same vacuum chamber a heating stage and a forging stage are carried out. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину давления процесса сварки берут в диапазоне от 30 до 180 МПа, время от 0,3 до 6 с, амплитуду от 1 до 3 мм и частоту от 40 до 80 Гц, на этапе проковки величину давления на контактных поверхностях свариваемых деталей задают от 160 до 320 МПа, причем время этапа проковки берут от 0,1 до 2,0 с.2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure value of the welding process is taken in the range from 30 to 180 MPa, time from 0.3 to 6 s, amplitude from 1 to 3 mm and frequency from 40 to 80 Hz, at the stage During forging, the pressure on the contact surfaces of the welded parts is set from 160 to 320 MPa, and the time of the forging stage is taken from 0.1 to 2.0 s. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что возвратно-поступательное перемещение заготовок осуществляют с интервалом времени их остановки от 0,05 до 0,3 с.3. The method according to claim 2, characterized in that the reciprocating movement of the workpieces is carried out with a stopping time interval of 0.05 to 0.3 s. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве свариваемых деталей из алюминиевых сплавов используют перо лопатки и диск турбомашины.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the blade feather and the turbomachine disk are used as welded parts made of aluminum alloys. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что коэффициент удельной подводимой мощности при сварке деталей турбомашины выбирают от 2,2 до 3,2 кВт.5. The method according to claim 4, characterized in that the coefficient of specific power input when welding turbomachine parts is selected from 2.2 to 3.2 kW.
RU2023123468A 2023-09-11 Method of linear friction welding of parts from aluminium alloy RU2817097C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817097C1 true RU2817097C1 (en) 2024-04-09

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1512740A1 (en) * 1987-04-22 1989-10-07 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of friction welding
US7125227B2 (en) * 2003-09-19 2006-10-24 Snecma Moteurs Process for manufacturing or repairing a monobloc bladed disc
RU2456141C2 (en) * 2010-06-18 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of friction seam welding of parts from titanium alloys
RU2702536C1 (en) * 2019-06-03 2019-10-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of friction welding of sheet workpieces

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1512740A1 (en) * 1987-04-22 1989-10-07 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Method of friction welding
US7125227B2 (en) * 2003-09-19 2006-10-24 Snecma Moteurs Process for manufacturing or repairing a monobloc bladed disc
RU2456141C2 (en) * 2010-06-18 2012-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of friction seam welding of parts from titanium alloys
RU2702536C1 (en) * 2019-06-03 2019-10-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of friction welding of sheet workpieces

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.А.Токоренко и др. Некоторые особенности микроструктуры и свойства алюминиевого сплава системы Al-Cu-Mg в зоне соединения лопатка-диск, полученного методом линейной сварки трением//Вестник УГАТУ, т.22, N4 (82), 2018, С.41-47. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7825348B2 (en) Method of repairing a blade of a one-piece bladed disc of a turbomachine and test piece for implementing the method
US10156140B2 (en) Metal joining and strengthening methods utilizing microstructural enhancement
US9731377B2 (en) Bonding method
US20180371594A1 (en) Solid-State Welding of Coarse Grain Powder Metallurgy Nickel-Based Superalloys
KR102278830B1 (en) Method of repairing gas turbine blade tip using high frequency welding
US20100064515A1 (en) Method for repairing and/or replacing individual elements of a gas turbine component
KR20140089588A (en) Projection resistance welding of superalloys
RU2817097C1 (en) Method of linear friction welding of parts from aluminium alloy
US9085042B2 (en) Stud welding repair of superalloy components
JP2007516842A (en) High strength superalloy bonding method for preparing turbine blades
RU2815634C1 (en) Method of friction welding of parts from aluminium alloy
EP3173175A1 (en) An article treatment method and treated article
US20080040924A1 (en) Method for the repair of a compressor rotor designed in blisk technology
RU2240215C1 (en) Vane blade restoration process
RU2456142C2 (en) Method of friction seam welding of parts from titanium alloys
RU2456141C2 (en) Method of friction seam welding of parts from titanium alloys
EP1797989A2 (en) Compressor blade flow form technique for repair
CN114375235A (en) Method for machining joint to be brazed, method for machining brazed joint, and active brazed joint
US20190376396A1 (en) Turbine blisk and process of making
US9333589B2 (en) Component and method for joining metal elements
CN113646508A (en) Tip repair of turbine components using composite tip boron-based pre-sintered preforms
RU2456143C2 (en) Method of seam friction welding of billets from titanium allows for turbomachine monoblocks
CA2646540A1 (en) Method and device for joining metal elements
Miglietti et al. Evaluation of Platform Weld Repairs on F-Class, Stage 1 Buckets
RU2177862C1 (en) Method for repairing vane of jet apparatus of turbine of gas-turbine engine