Спосіб заварювання отвору торця труби - патент Україна 2404885 - Сєдов Олександр Володимирович
Винахід може бути використаний для закриття торців труб, наприклад, для колекторів трубчастих сталевих радіаторів опалення. Розігрів і деформацію зовнішньої поверхні торця трубної заготовки здійснюють шляхом приведення її в обертання щодо поздовжньої осі і сполучення з оброблюваною поверхнею головки фрикційного інструменту, що обертається. Виробляють розворот головки інструменту в торець труби зі швидкістю 0,1-8 об/хв з розміщенням поверхні під кутом від 0 до 90° до поздовжньої осі трубної заготовки. За рахунок вибору швидкостей обертання фрикційного інструменту та заготівлі забезпечують швидкість тертя ковзання в зоні їхнього контакту 3-40 м/с. Трубна заготовка має припуск, що становить 0,2-1 внутрішнього діаметра заготовки, але не більше відповідного габариту обробного інструменту. Спосіб забезпечує спрощення процесу заварювання отворів торця труби за рахунок суміщення нагріву та формоутворення з одночасним підвищенням герметизації завареного отвору. 1 табл., 1 іл.
Малюнки до патенту Україна 2404885
Винахід відноситься до зварювального виробництва і може бути використане для закриття торців труб, наприклад для колекторів трубчастих сталевих радіаторів опалення.
Відомий спосіб зварювання тертям, при якому в отвір основної деталі вставляється інша деталь, їй надається обертання з осьовим зусиллям. Матеріал деталей, що зварюються, доводиться до стану підвищеної пластичності і деталь, що заглушує, приварюється до стінок отвору. (SU 304087, Кл. В23К 19/02, 1970).
Недоліком відомого способу є його висока трудомісткість через необхідність виконання додаткових операцій з підготовки деталі, що заглушує, і її поєднання зотвором основної деталі. При цьому якість виконання операції зварювання буде недостатньою для виробів, які працюють при підвищеній температурі та тиску через складність у поєднанні поверхонь деталей.
Відомий також спосіб заварювання отворів у деталі шляхом введення в отвір пластичного металу самої деталі при відносному обертанні та поступальному переміщенні співвісно встановлених деталі та інструменту. При цьому інструмент впроваджують у тіло деталі та заповнення отворів виробляють металом, відокремленим інструментом від деталі. (SU 745620, Кл. В23К 19/02, В23Р 7/00, 1980).
Недолік відомого способу полягає в його складності через те, що параметри матеріалу інструменту і співвідношення максимального діаметра поглиблення в торці інструменту і отвору, що заварюється, вибирають для кожного конкретного випадку окремо так, щоб температура плавлення матеріалу стрижня і його твердість перевищували відповідні параметри матеріалу деталі, а максимальний діаметр поглиблення був більшим, ніж діаметр отвору, що заварюється. Складність проведення відомого способу дозволяє використовувати його для серійного потокового виробництва.
Завданням винаходу є спрощення процесу заварювання отвору торця труби з одночасним підвищенням герметизації завареного отвору.
Технічним результатом винаходу є суміщення операцій нагрівання торця трубної заготовки та її формоутворення.
Поставлене завдання та зазначений технічний результат досягаються тим, що спосіб заварювання отвору торця труби згідно винаходу включає розігрів і деформацію оброблюваного припуску торцевої частини трубної заготовки шляхом приведення в обертання трубної заготовки щодо її поздовжньої осі та сполучення з оброблюваною поверхнеюзаготовки головки фрикційного інструменту, що обертається, з подальшим розворотом головки інструменту в торець труби зі швидкістю 0,1-8,0 об/хв з розміщенням його обробної поверхні від 0 до 90° до поздовжньої осі трубної заготовки, при цьому швидкості обертання фрикційного інструменту і заготовки вибирають із забезпеченням швидкості тертя ковзання в зоні контакту інструменту з трубною заготовкою - 3-40 м/с, а припуск торцевої частини трубної заготовки, що обробляється, становить 0,2-1,0 внутрішнього діаметра заготовки.
Здійснення обертання трубної заготовки щодо поздовжньої осі та її сполучення з оброблюваною поверхнею головки фрикційного інструменту, що обертається, забезпечує початковий розігрів металу і попередню деформацію оброблюваної частини труби. Швидкість тертя ковзання в зоні контакту інструменту з трубною заготовкою повинна становити 3-40 м/с, при цьому, якщо швидкість тертя ковзання менше 3 м/с не стане достатнього для пластичного деформування та зварювання розігріву матеріалу труби, тобто. температура розігріву матеріалу буде меншою за температуру рекристалізації. А при швидкості тертя ковзання більшої 40 м/с відбувається зайве нагрівання, близьке до температури плавлення матеріалу і вище, що призведе до відриву матеріалу, що обробляється, від трубної заготовки. Розташування площини обробної поверхні фрикційного інструменту під кутом від 0° до 90° забезпечує наявність необхідного контакту між поверхнями, що обертаються, при цьому відхилення від заданих кутів розташування тертьових поверхонь не забезпечить необхідного розігріву трубної заготовки. При повороті головки фрикційного інструменту повільніше 0.1 об/хв відбувається стирання оброблюваної поверхні труби, потонання її стінки і, як наслідок, зниженняякості формування та герметичної заварки торця труби, або неможливості досягнення результату. При збільшенні швидкості повороту головки інструменту вище 8 об/хв процес необхідного формування та заварювання кінця трубної заготовки не встигне здійснитися, якість зварного з'єднання буде недостатньою. При припуску трубної заготівлі менше 0,2 частини внутрішнього діаметра заготівлі труби немає повного закриття торця труби. При припуску більше 1 внутрішнього діаметра трубної заготовки процес можливий з відривом зайвої частини заготовки, що є недоцільним.
Спосіб заварювання торця труби пояснюється кресленням, у якому ілюструється процес формоутворення торця заготовки.
Спосіб заварювання торця труби здійснюється в такий спосіб. Як трубна заготовка обрана сталева труба. Як фрикційний інструмент, використовували диск з особливо жаростійкого матеріалу (наприклад, твердий сплав ВК14, Т15К6 і т.д.) з оброблювальною торцевою поверхнею. Фрикційний інструмент і заготівлю обертали зі швидкостями, що забезпечують максимальну швидкість тертя ковзання при зіткненні 3-40 м/с. Далі приводили торець трубної заготовки і головку фрикційного інструменту в пару, виробляючи початкову деформацію припуску трубної заготовки та розігрів прилеглої до торця поверхні заготовки за рахунок тертя. Обробна поверхня головки фрикційного інструменту і поздовжня вісь трубної заготовки знаходяться під кутом, великим 0°, відбувається розігрів за рахунок тертя і деформація поверхні труби, що тільки прилягає до торця. Значення кута менше 90 ° забезпечує наявність припуску під обробку. Далі головку інструменту зі швидкістю, більшою за 0,1 об/хв, повертають обробною поверхнею в торець заготовки. Торець трубнийзаготовки заварений. Розміщення осі повороту головки на відстані від площини диска інструменту дозволяє отримати радіус при кромці торця труби, що дорівнює цій відстані.
Приклад конкретного виконання способу.
Для труби 40×1.5 ГОСТ10704-91 та фрикційного інструменту-пластини з матеріалу ВК8 у вигляді тіла циліндра діаметра 90 мм з оброблювальною торцевою поверхнею вибираємо наступні режими обробки:
Швидкості обертання фрикційного інструменту і заготовки вибирали таким чином, щоб лінійна швидкість тертя ковзання, що виникає при них, була більше 3 м/с і менше 40 м/с. При заданих швидкостях обертання епюра лінійних швидкостей у зоні контакту заготівлі та інструменту лежить у діапазоні від 6 до 12 м/с. Встановлювали вісь повороту заготовки з відривом 10 мм від обробної поверхні інструменту отримання радіуса біля кромки торця труби, рівного 10 мм. Встановлюємо кут між оброблювальною поверхнею фрикційного інструменту і поздовжньою віссю обертання трубної заготовки, рівним 5°, чим забезпечуємо контакт інструменту тільки з припуском під обробку, а також початковий розігрів і деформацію припуску трубної заготовки під час сполучення з оброблювальною поверхнею фрикційного інструменту. Виробляємо підведення фрикційного інструменту, що обертається, сполучення його обробної поверхні із зовнішньою поверхнею трубної заготовки. Виробляємо поворот інструменту, що обертається так, щоб обробна поверхня інструменту звернулася в торець труби. Торець труби заварений.
В даний час даний спосіб проходить лабораторні випробування при виготовленні опалювальних приладів на ТОВ «КЗТО Радіатор». Заплановано серійне виробництво приладів опалення.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб заварювання отвору торця труби,включає розігрів і деформацію оброблюваного припуску торцевої частини трубної заготовки шляхом приведення в обертання трубної заготовки щодо її поздовжньої осі і сполучення з оброблюваною поверхнею заготовки головки фрикційного інструменту, що обертається, з наступним розворотом головки інструменту в торець труби зі швидкістю 0,1-8,0 з розміщенням його оброблюваної поверхні під кутом від 0 до 90° до поздовжньої осі трубної заготовки, при цьому швидкості обертання фрикційного інструменту і заготовки вибирають із забезпеченням швидкості тертя ковзання в зоні контакту інструменту з трубною заготовкою 3-40 м/с, а припуск припуск торцевий частини трубної заготовки становить 0,2-1 внутрішнього діаметра заготовки.