РАБОТА С ОБЪЕКТАМИ WINDOWS

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет имени И.Н.
Ульянова»
ФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Методические указания к лабораторным работам
УДК 621.791.14
Чебоксары 2013
Составители:
В.М. Смирнов
П.А. Васильев
Сварка трением с перемешиванием. Методические
указания к лабораторным работам /сост. В.М. Смирнов, П.А.
Васильев. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2013. с.
Дано описание сущности процесса сварки трением с
перемешиванием. Имеется подробное описание лабораторной
установки и порядка выполнения сварки трением с
перемешиванием. Рассмотрено влияние параметров процесса
сварки и используемого инструмента на качество сварного
соединения.
Для подготовки бакалавров по направлениям 150700
«Машиностроение» и 151000 «Технологические машины и
оборудование» по дисциплине «Физические эффекты в
машиностроении».
Утверждено Методическим советом университета
Ответственный редактор профессор Е.П. Шалунов
2
Лабораторная работа 1
Изучение процесса и технологии сварки трением с
перемешиванием на лабораторной установке
Цель работы:
1. изучение сущности процесса сварки трением с
перемешиванием;
2. изучение конструкции и принципов работы лабораторной
установки для сварки трением с перемешиванием;
3. получение практических навыков работы.
1.Основные сведения
Процесс сварки металлов путем обработки зазора между
свариваемыми деталями вращающимся инструментом под
давлением впервые был изобретен Клименко Ю.В. [1] в 1965
году, однако практическое его применение было реализовано
лишь в 1996 году в судостроении компанией Marine Aluminum в
Норвегии при производстве панелей из алюминиевых сплавов.
Объясняется это сложностью и дороговизной соответствующего
технологического оборудования. Затраты на подготовку
производства при этом могут окупиться лишь при
многотоннажном производстве изделий в первую очередь из
алюминиевых сплавов. На сегодняшний день технологический
процесс сварки трением с перемешиванием в силу данных
обстоятельств, широко применяется в судостроении и
железнодорожном вагоностроении. Также перспективно
применение процесса сварки трением с перемешиванием в
авиастроении при производстве конструкций из сплавов, плохо
свариваемых электродуговой сваркой.
В России сварка трением с перемешиванием в серийном
производстве впервые начала применяться на ракетнокосмическом заводе ГКНПЦ им. М.В. Хруничева при
изготовлении
металлокомпозитных
баллонов
высокого
давления. В транспортном машиностроении описываемый
процесс был внедрен в серийное производство на Чебоксарском
предприятии
“Сеспель” при изготовлении автомобильных
3
полуприцепов из алюминиевых сплавов для перевозки
насыпных грузов, в результате чего была существенно снижена
трудоемкость сварочных работ и улучшены условия труда
сварщиков.
Сущность процесса сварки трением с перемешиванием
(СТП).
Она выполняется вращающимся инструментом,
перемещающимся в направлении сварки. Рабочая поверхность
инструмента
имеет
специальный
профиль.
Пластифицированный тепловыделением металл за счет сил
трения закручивается относительно оси вращения инструмента.
В процессе перемещения инструмента по стыку свариваемых
поверхностей происходит перемешивание, проковка и перенос
металла формированием сварного соединения.
Физическая сущность СТП заключается в нагреве деталей
путем непосредственного преобразования механической энергии
в теплоту благодаря работе сил трения. При сближении
поверхностей подлежащих сварке деталей до очень малых
расстояний (соизмеримых с межатомными) между ними
образуются металлические связи, по своей природе и по
4
величине аналогичные силам взаимодействия между атомами в
основном материале. Получение прочного сварного соединения
происходит
при
условии
энергичного
пластического
деформирования тех объемов металла соединяемых деталей,
которые
расположены
вблизи
взаимодействующих
поверхностей. Сварное соединение при СТП образуется в
твердой фазе и без расплавления металла свариваемых деталей.
Одним из важнейших факторов, наиболее заметно
влияющих на структуру шва и формирование соединения при
СТП,
является
конструкция
инструмента.
Элементы
инструмента - рабочий стержень и опорный бурт - контактируют
с материалом, нагретым за счет работы сил трения до
пластичного состояния, и формируют потоки пластического
течения. Сам инструмент и особенно его рабочий стержень
подвергаются высоким термомеханическим нагрузкам. На
разогретый рабочий стержень одновременно действуют
крутящий момент и знакопеременные циклические изгибающие
силы.
Процесс сварки трением с перешиванием, как и всякий
другой
технологический
процесс,
характеризуется
определенным набором физических параметров, величины
которых устанавливаются опытным путем. В нашем случае
критическими параметрами сварочного процесса являются:
усилие F, прикладываемое вдоль оси вращения инструмента,
частота вращения инструмента N и скорость его перемещения V
по заданной траектории. Значения параметров варьируются в
широком диапазоне в зависимости от геометрии инструмента,
марки применяемых сплавов и толщины свариваемых деталей.
Таким образом, при освоении производства новых изделий, либо
их конструктивных узлов, а также при замене материалов
необходимо первоначально провести опытные работы для
оптимизации сварочного процесса. Очевидно, что для их
выполнения
необходимо
наличие
специализированного
оборудования. Процесс сварки трением с перемешиванием
внешне похож на процесс обработки деталей на вертикальном
фрезерном станке, однако имеется одно принципиальное
отличие - значительное усилие F, достигаемое нескольких
5
десятков kNприкладываемое вдоль оси вращения инструмента,
причем величина его должна поддерживаться с точностью не
хуже ± 5%. Таким образом, требуется существенная доработка
станка.
Лабораторное оборудование для СТП. Для решения
данной задачи с минимальными затратами сотрудниками
Чебоксарского предприятия “Сеспель была разработана и
изготовлена по упрощенной схеме лабораторная установка,
предназначенная для работы в ручном режиме без
протоколирования параметров процесса. Эта лабораторная
установка (Рис. 1), установленная в настоящее время на
машиностроительном факультете Чувашского государственного
университета, состоит из двух конструктивных элементов:
силового каркаса и шпиндельного узла. Силовой каркас
обеспечивает необходимую жесткость конструкции. Он состоит
из несущей плиты 1, установленной на боковых стенках 2 и
опорной плиты 3. На лицевой стороне несущей плиты
располагается блок подачи 4 силового винта 5 и цилиндрические
направляющие 7 типа SF30 компании SBC. На обратной стороне
плиты установлен мотор-редуктор 6 типа MRD мощностью 0,75
кВт, связанный с блоком подачи 4 посредством зубчатой
передачи. На опорной плите 3 установлены каретки 8 типа
HGH30 компании HIWIN, по которым перемещается подвижный
стол 9 с рельсовыми направляющими 10 типа HGR30 компании
HIWIN. Подача стола производится силовым винтом 11. Моторредуктор SF7152 компании KingRightMotor с напряжением
питания 24В привода подачи на рисунке условно не показан.
Несущим элементом шпиндельного узла является плита 21 с
фрезерованной выемкой для поворотной платформы 22, на
которой смонтированы шпиндель 23 и асинхронный
электродвигатель 24мощностью 2,2 кВт привода шпинделя.
Передача вращения от вала электродвигателя на шпиндель
осуществляется зубчатой ременной передачей. Геометрия
платформы позволяет вращение в вертикальной плоскости в
пределах ± 2,5°. Установка шпиндельного узла на несущей плите
1 выполнена посредством подшипников 26 типа SCE30
компании SBC. На несущей плите 21 установлены также
6
направляющие 27, фиксирующие в вертикальной плоскости
пружины StockSpring 28. Передача необходимого сварочного
усилия от силового винта 5 на шпиндель 23 происходит по
цепочке: силовой винт 5 – пластина 29 – пружины 28 – упоры 30
– плита 21 – шпиндель 23.
Рис. 1. Конструкция лабораторной установки.
Вверху – силовой каркас, внизу - шпиндельный узел.
Величина усилия контролируется косвенным способом по
сжатию пружин 28. Коэффициент жесткости последних является
паспортной характеристикой и равен с = 127 Н/мм.
7
Максимально достигаемое при этом усилие составляет 20 кН.
Данная
схема
позволяет
обойтись
без
применения
гидравлической системы с контроллером давления в
гидроцилиндре при проведении сварочных работ в режиме
постоянного давления. Частота вращения электродвигателя
привода шпинделя задается частотным преобразователем Е28300-003Н компании “Веспер”. Мощности электродвигателя
достаточно для сварки листов сплава АМг5 толщиной 3 мм.
Скорость подачи стола в диапазоне 8–22 см/мин задается
выходным напряжением источника питания Б5-71 в пределах
10–27 В. Частота вращения мотор-редуктора 6, определяющая
скорость подачи силового винта 5 задается частотным
преобразователем Е2-8300-001Н.
Физическим параметром, характеризующим процесс
сварки трением с перемешиванием в реальном времени является
величина механической энергии, выделяющейся в зоне сварки. В
описываемой установке для ее оценки измеряется мощность,
потребляемая
от
сети
частотным
преобразователем
электропривода
шпинделя.
Сотрудниками
предприятия
«Сеспель» на описываемой установке были проведены опытные
работы с различными марками алюминиевых сплавов.
Рис. 2. Схема сварки заготовок охладителей
полупроводниковых приборов.
Рассмотрим в качестве примера сварку охладителей
полупроводниковых приборов. Электрические мощности,
коммутируемые современными преобразователями напряжения,
8
достигают сотен кВт, что сопровождается значительными
тепловыми потерями. Применяемые при этом охладители
ограничены в геометрических размерах поперечного сечения в
силу технологических особенностей процесса экструзии. Сварка
трением с перемешиванием позволяет получать охладители
практически неограниченных размеров. Для получения
качественного шва и подбора режима сварки охладителей из
алюминиего сплава АД31 работниками «Сеспель» были
проведены опытные работы.
Рис. 3. Рабочая часть инструмента.
На рис. 2 показана схема размещения исходных заготовок
1 на рабочем столе 2 лабораторной установки. Фиксация
свариваемых
деталей
осуществляется
посредством
промежуточной плиты 3, пластин 4, 5 и шпилек 6. Пластины 4,
установленные в районе стыка заготовок обеспечивают
неизменность поперечного сечения сварного шва в условиях
течения металла под действием вращающегося инструмента 7.
Толщина основания заготовок составляла 4 мм. Сварка
заготовок производилась инструментом, показанным на рис. 3.
Диаметр опорной части инструмента 12 мм, высота 3 мм.
Геометрия рабочей части по классификации авторов работы [5]
типа f. По результатам опытных работ были выбраны
следующие величины технологических параметров: F = 7,5kN, N
9
= 700 об/мин,V = 20 см/мин. Совершаемая при этом
механическая работа соответствовала мощности ~ 1500 Вт. По
результатам испытаний образцов сварного шва на статическое
растяжение и на изгиб временное сопротивление σв = 197 МПа,
угол изгиба образцов 153° без образования трещины.
Полученное изделие показано на рис. 4.
Рис. 4. Сваренный образец охладителя увеличенного
поперечного размера.
На основании накопленного опыта эксплуатации
лабораторной установки можно считать пригодной ее
конструкции для проведения подготовки производства новых
изделий. Работа в ручном режиме управления излишне
трудоемка и требует повышенного внимания при записи
параметров процесса сварки. Необходимо оснащение установки
системой числового программного управления с электронным
протоколированием всех текущих параметров.
Преимущества
и
недостатки.
СТП
благодаря
ограниченному пространству деформации в сочетании с
ограниченным нагревом зоны сварки, твердым состоянием ма-
10
териала сварного шва успешно применяется и обладает
следующими преимуществами:
- безопасность для окружающей среды, так как не
используются вредные газы;
- возможность сварки материалов, недоступных для
традиционных способов сварки; высокая прочность сварного
шва;
- отсутствие необходимости в присадочной проволоке;
- низкие остаточные напряжения; мелкий размер зерна
сварного шва; малый расход энергии;
- отсутствие пористости; отсутствие особых требований к
процессу сварки;
- отсутствие необходимости в подготовке кромок под
сварку, обработке шва после нее и механической обработке
после сварки;
- практически полное отсутствие коробления и термических
деформаций;
- уменьшение производственного цикла на 50-75 % по
сравнению с обычными способами сварки. При правильно
выбранных режимах статическая прочность при растяжении и
изгибе, относительное удлинение, ударная вязкость, усталостная
прочность, т.е. почти все основные механические показатели
металла стыка, находятся на уровне соответствующих
показателей основного металла деталей или близки к ним.
Исследования и испытания сварного соединения СТП
показали их значительное преимущество перед болтовыми и
заклепочными соединениями за счет увеличения прочности и
жесткости конструкции, снижения массы двигателя и стоимости
его изготовления.
К недостаткам процесса и оборудования СТП относятся:
- некоторая
громоздкость
оборудования
СТП,
ограничивающая мобильность, и осуществление процесса лишь
при условии подачи к машине заготовок, подлежащих сварке
(приварка малых деталей к массивным конструкциям с
помощью переносных машин исключается);
- искривление волокон текстуры проката в зоне
пластического деформирования вследствие расположения
11
волокон вблизи стыка в радиальных направлениях и выхода их
на наружную (боковую) поверхность сваренной детали. В
деталях, работающих в условиях динамических нагрузок, стык с
таким расположением волокон может оказаться очагом
усталостного разрушения, а в других деталях, работающих в
агрессивных средах, - очагом коррозии;
- сложность и многообразие процесса СТП, связанного как с
тепловыделением, так и с износом поверхностей при трении;
- непрерывное образование и немедленное же разрушение
металлических связей между сопряженными поверхностями в
процессе их относительного движения;
- почти мгновенный нагрев и очень быстрое охлаждение
малых объемов металла в присутствии очень больших
(достигающих тысячи атмосфер) удельных давлений;
- упругопластические
деформации
в
микрообъемах
выступов шероховатых поверхностей и в макрообъемах слоев
металла, прилегающих к этим поверхностям; наклеп и
рекристаллизация металла;
- взаимная диффузия, а также внедрение макроскопических
частиц металла одной из свариваемых деталей в тело другой и
др.
2. Практическая часть
2.1. Пройти инструктаж по технике безопасности и
расписаться в журнале;
2.2. Изучить устройство лабораторной установки и
техпроцесс сварки трением с перемешиванием.
2.3. Под руководством учебного мастера провести
стыковую сварку трением с перемешиванием двух пластин из
алюминиевого сплава. Режимы сварки записать в тетрадь.
2.4. Вырезать поперек сварочного шва образцы шириной
20…30 мм.
2.5. Зажав один конец образца провести испытание
образца на изгиб на 180 °. Результаты испытания описать.
2.6. Составить отчет по лабораторной работе. В отчете
привести эскиз лабораторной установки для сварки трением с
12
перемешиванием. Описать техпроцесс и режимы сварки трением
перемешиванием.
3. Контрольные вопросы
3,1. Какой физический эффект заложен в основу метода
сварки трением?
3.2. В чём состоит сущность процесса сварки трением с
перемешиванием?
3.3. Где находит широкое применение СТП?
3.4. Какие параметры технологического процесса СТП
влияют на качество сварного шва?
3.5. Перечислите типы сварных соединений и сварных
швов.
13
Лабораторная работа №2
Подбор параметров процесса сварки трением с перемешиванием
алюминиевых сплавов
Цель работы: Ознакомление методикой подбора
технологических режимов сварки термически неупрочняемых
алюминиевых сплавов.
1.Основные сведения
Как уже было сказано, наибольшее применение СТП
находит при сварке алюминиевых сплавов в виде листов,
пластин и разнообразных профилей.
1.1. Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы
обладают малой плотностью, высокой удельной прочностью и
высокой коррозионной стойкостью. Они применяются в
качестве конструкционных материалов в различных отраслях
промышленности.
Алюминиевые
сплавы
делятся
деформируемые и литейные.
Деформируемые сплавы - это сплавы, которые подвергают
горячей
и
холодной
обработке
давлением - прокатке,
прессованию, ковке или штамповке, волочению. В результате
пластической деформации из них получают различные круглые,
плоские, полые полуфабрикаты: листы, ленты, прутки, плиты,
профили, поковки, трубы, штамповки, проволоку. К
деформируемым сплавам относятся также сплавы для сварки.
В России для обозначения алюминиевых деформируемых
сплавов и полуфабрикатов используются буквенно-цифровая и
цифровая маркировки.
Буквенно-цифровая маркировка сложилась стихийно и в ней
не
заложено
какой-либо
системы.
Буквы
могут
символизировать: алюминий и основной легирующий
компонент (например, АМц - алюминий-марганец; AMrl, АМг2 алюминий-магний); назначение сплава (АК6, АК4-1 - алюминий
ковочный); название сплава (АВ - авиаль, Д16 - дуралюминий)
или может быть связано с названием института-разработчика
(ВАД1, ВАД23-ВИАМ, алюминиевый, деформируемый) и т.д.
14
Буквенно-цифровую маркировку применяют к сплавам,
разработанным до 1970 г. (хотя этим сплавам позднее была
присвоена новая цифровая маркировка, но она не «прижилась»).
В конце 60-х годов была введена четырехзначная цифровая
маркировка, основанная на системе легирования. Первая цифра
в этой маркировке обозначает основу сплава. Алюминий и сплав
на его основе маркируют цифрой 1. Вторая цифра обозначает
основной легирующий компонент или основные легирующие
компоненты. Вторая цифра О обозначает различные марки
алюминия, спеченные алюминиевые сплавы (САС), различные
сорта пеноалюминия. Цифрой 1 обозначают сплавы системы AlCu-Mg, цифрой 2 - сплавы системы Al-Cu, цифрой 3 - сплавы
системы Ali-Mg-Si, цифрой 4 - сплавы системы Al-Li, а также
сплавы, легированные малорастворимыми компонентами,
например, переходными металлами (марганцем, хромом,
цирконием); сплавы, замаркированные цифрой 5, базируются на
системе Al-Mg и называются магналиями; сплавы систем Al-ZnMg или Al-Zn-Mg-Cu обозначаются цифрой 9. Цифры 6,7 и 8 резервные.
Последние две цифры в цифровом обозначении
алюминиевого сплава - это его порядковый номер. Последняя
цифра
несет
дополнительную
информацию:
сплавы,
оканчивающиеся на нечетную цифру - деформируемые; на
четную - литейные.
Сводный перечень марок алюминиевых деформируемых
сплавов по ГОСТу, ОСТам:
Алюминий:
АДоч, АДч, АД000, АД00 (1010), АДС, АД (1015)
Сплав системы Al-Cu-Mg:
Д1 (1100), В65 (1165), Д16 (1160), Д18 (1180), АК4 (1140),
АК4-1 (1141), АК6 (1360), АК8 (1380);
Сплавы системы Al-Mn:
ММ (1403), АМцС (1401), АМц (1400), Д12
Сплавы системы Al-Mg:
АМг1 (1510), АМг3 (1530), АМг3С, АМг5 (1540), АМг4,5,
АМг5 (1550), АМг6 (1560), АД33 (1330), АД35 (1340);
Сплавы системы Al-Zn:
15
В95 (1950), 1915, 1925, 1925С.
Алюминиевые деформируемые сплавы делятся на две
группы. К первой группе относятся термически неупрочняемые
сплавы на основе алюминия, легированные марганцем и
магнием. Прочностные характеристики этих сплавов невысокие.
Они пластичны, отлично обрабатываются давлением, хорошо
свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Из
них изготавливают фольгу для консервных банок, пробок,
молочных фляг; электропровода; оконные рамы; окантовки
дверей и др. Улучшение механических свойств термически
неупрочняемых сплавов достигается применением нагартовки холодной прокатки или растяжения полуфабрикатов. При этом
повышаются прочностные характеристики сплавов и особенно
предел текучести и снижается их пластичность.
Ко второй группе (термически упрочняемые алюминиевые
сплавы) практически относятся все остальные стандартные
сплавы на алюминиевой основе. Для них нагартовка проводится
после закалки перед старением, либо после старения, что
повышает прочностные свойства. Существенное повышение
пластичности и вязкости разрушения термически упрочняемых
алюминиевых сплавов достигается снижением содержания
железа до 0,12-0,15% и кремния до 0,1% ( в сплавах повышенной
чистоты) и до сотых долей процента (в очень чистых сплавах).
Формирование структуры и свойств сварного шва в
процессе СТП. Твердотельный характер процесса СТП в
сочетании с необычным инструментом и асимметричным
характером сварного шва (СШ) приводит к весьма различным
микроструктурам
вследствие
нескольких
одновременно
протекающих термомеханических процессов. На микроструктуру СШ влияет скорость нагрева, охлаждения,
пластической деформации и перемешивания, явления
динамической рекристаллизации, а также механическая
целостность соединения. Типичное сечение СТП состоит из
нескольких зон (рис. 1) с вытянутой в направлении вращения
инструмента и пластического течения материала формой :
- зона перемешивания (ядро и динамическая зона
рекристаллизации) с сильно деформированными зернами,
16
примерно соответствующая расположению рабочего стержня во
время сварки. Зерна в зоне перемешивания равноосные и часто
на порядок меньше, чем зерна в основном материале.
Уникальная особенность зоны перемешивания заключается в
наличии нескольких концентрических колец, которые в
публикациях называют «луковичные» структуры. Точное
расположение данных колец до сих пор не установлено, хотя
известно число, размер и текстура зерен;
- зона на поверхности сварного шва, материал которой
увлекается плечом от «стороны отхода» СШ вокруг задней части
инструмента и выходит на «стороне набегания»;
а
Сторона
набегания
а
Сторона
отхода
б
Рис. 1. Сварка трением с перемешиванием:
а а - схематичное изображение зон
СШ; б - поперечное сечение СШ алюминиевых листов
17
- термомеханическая зона (TM3), находящаяся по обе
стороны
движения,
характеризуемая
более
низкими
возникающими напряжениями, температурами и меньшими их
влияниями на структуру шва. Несмотря на то что
микроструктура ТМЗ деформирована, в отличие от зоны
перемешивания она более похожа на структуру основного материала. ЗТМВ технически относится ко всей деформируемой
области и часто используется для описания любой зоны, не
относящейся к «стороне набегания» и поверхностной зоне.
- околошовная зона термического влияния (ЗТВ),
являющаяся общей для всех сварочных процессов. Материал ее
не подвергается пластической деформации, но находится под
влиянием теплового воздействия процесса (температура ниже,
чем в ЗТМВ), приводящего к некоторым микроструктурным
изменениям, особенно если микроструктуры термически неустойчивые.
Из научных публикаций установлены четыре региона ЗТВ:
деформированные зерна (ДеЗ), мелкие зерна (МЗ), критические
(КЗ) и докритические зерна (ДоЗ) (см. рис. 3, в) [1, 9].
Одним из ключевых факторов, определяющих совместные
структуры, является температура, образующаяся при сварке.
Определение температуры в сварных соединениях представляет
интерес для понимания совместной структуры и свойств. Для
измерения температуры поверхности могут быть использованы
пирометры; при СТП сталей видимые изменения цвета можно
наблюдать невооруженным глазом. Поверхностная и внутренняя
температуры могут быть измерены с помощью термопары,
прикрепляемой на поверхности или внутри путем вставки через
просверленные отверстия. В таких местах, как ядро и области
под плечом, где движется/течет металл, не представляется
возможным непосредственно измерить температуру с помощью
термопар, так же как и пирометров, потому что они находятся
вне поля зрения. Данную проблему исследователи решают с
помощью
компьютерного
моделирования,
но
пока
малоэффективно.
18
Одним из важнейших факторов, наиболее заметно
влияющих на структуру шва и формирование прочного
соединения при СТП, является конструкция инструмента.
Элементы инструмента - рабочий стержень и опорный бурт контактируют с материалом, нагретым за счет работы сил
трения до пластичного состояния, и формируют потоки пластического течения. Сам инструмент и особенно его рабочий
стержень подвергаются высоким термомеханическим нагрузкам.
На разогретый рабочий стержень одновременно действуют
крутящий момент и знакопеременные циклические изгибающие
силы.
Основными параметрами процесса СТП, определяющими
структуру и прочностные свойства сварного шва, являются
частота относительного вращения свариваемых деталей,
величина осевого усилия и осадка (грата) при нагреве, усилие и
длительность
приложения
усилия
проковки.
Частота
относительного вращения свариваемых деталей и величина
осевого усилия при нагреве определяют мощность нагрева, а в
сочетании с величиной осадка (грата) при нагреве - величину
введенной энергии при нагреве. Качество сварного соединения
зависит от всех основных параметров. Величину осадка при
нагреве нередко заменяют длительностью нагрева, так как
данные температурные характеристики практически прямо
пропорциональны. Численные значения основных параметров
процесса зависят от свойств материалов свариваемых деталей и
от определяемых экспериментально размеров их сечений.
Прочность
образующегося
сварного
соединения
непосредственно
связана
с
величиной
пластического
деформирования концов свариваемых деталей, мерой которой
может служить сближение деталей при вытеснении металла в
грат, и режимом проковки. Степень пластического
деформирования зависит в основном от введенной в свариваемые детали энергии и величины осевого усилия.
2. Методика испытания образцов на растяжение
19
Испытания на растяжение проводятся в соответствии ГОСТ
1497-84.
2.1. Образцы
для испытаний. Для испытания
используются пропорциональные плоские образцы, типы и
размеры которых приведены в приложении на рисунках 3, 4 и в
таблице 1.
Рисунок В.3 – Плоский образец с головками (Тип I)
Рисунок В.4 – Плоский образец без головок (Тип II)
20
Таблица В.3 – Размеры плоских образцов (Типы I,
II), мм
Номер
образца
l 0  5,65 A0
l 0  11,3 A0
16
10
30
100
200
40
60
17
9
30
90
180
40
50
18
8
30
85
170
40
50
19
7
20
70
140
40
50
20
6
20
65
130
40
50
21
5
20
60
120
40
50
22
4
20
50
100
40
50
23
3
20
45
90
30
40
2.2. Принцип работы и устройство разрывной машины
1958У-10. Принцип работы машины основан на принудительном
деформировании образца при одновременном измерении
нагрузки, прикладываемой к образцу, и соответствующей
величины деформации. В машину входят следующие составные
части (рисунок Г.1):
- испытательная установка УИ-100 (поз. 1) с измерителем
силы 100 кН (поз. 3), обеспечивающая деформирование
испытываемого образца при различных скоростях
перемещения активного захвата;
- приборная стойка ПС (поз. 9), с размещенными в ней
блоком управления приводом испытательной установки
(поз. 11), силовой частью и блоком управления системой
температурных испытаний СТИ – ТС (поз. 10);
- пульт оператора ПО-4 - блок микропроцессора (поз. 6);
- система температурных испытаний СТИ – ТС (поз. 2);
21
- регулятор температуры трехканальный ТС-1 (поз. 7);
- комплект жаропрочных захватов для цилиндрических
Рисунок Г.1 – Машина разрывная 1958У –Общий вид
образцов;
22
- комплект захватов клиновых универсальных ЗКУ -100М;
- приспособление на сжатие ПР-100С;
- устройство измерения деформации УИД 10-2 (поз. 5);
- принтер для вывода протокола испытаний и диаграммы
испытания (поз. 7);
- запасные части и принадлежности;
- эксплуатационная документация.
2.3 Проведение испытания :
2.3.1.Проверяют готовность машины к проведению работ:
как единичного испытания, так и серии .
2.3.2Устанавливают образец в захваты (приспособления) по
меткам, определяющим положение кромок захватов таким
образом, чтобы продольные оси захватов и ось образца
совпадали между собой и направлениям движения подвижного
захвата. Захваты равномерно затягивают, чтобы исключалось
скольжение образца в процессе испытания, но при этом не
происходило его разрушения в месте закрепления.
2.3.3.Устанавливают устройство измерения деформации
УИД 10-2 (см. Гб 6.272.415 ПС)
2.3.4.Задают режим испытания на пульте оператора ПО-4.
Процесс испытания осуществляется автоматически после
подачи команды оператором (кнопка «ТЕСТ» на пульте
оператора ПО-4).
Оператор имеет возможность наблюдать за процессом
нагружения на дисплее в реальном времени по
диаграммам «нагрузка-время», «перемещение-время»,
дополнительно - «деформация-время».
После
проведения
испытания
оператор
имеет
возможность:
- просмотреть результаты испытания;
- просмотреть массив точек проведенного испытания;
- распечатать график или протокол испытания (при
подключении принтера).
Примечание - Последовательность действий оператора
для задания режима испытания и описание
программного обеспечения указаны в 4У2.773.066 М
ПО-4.
23
Выключают машину (Выключатель «СЕТЬ»).
Примечание – Действия оператора по работе с
трехканальным регулятором температуры ТС-1 описаны
в Гб 5.284.726.
2.4 Формирование первичного отчета:
Для просмотра результатов испытания и архива данных
входят в главное меню диалогового режима (из режима
«Свободное
перемещение
траверсы»
нажатием
<ENTER>),
в
котором
выбирают
поддиалог
«Результаты». Программой микропроцессорного блока
предусмотрено отображение информации в следующих
формах:
- протокол единичного результата («Результат
испытания»);
-протокол серии испытаний («Результаты серии»),
который содержит средние значения результатов
заданной серии испытаний и расхождения показаний в
процентах;
- график испытания в координатах «нагрузкаперемещение», «нагрузка-время», «перемещение-время»,
дополнительно - «нагрузка-деформация», «деформациявремя», с возможностью детализации участков графика
(«График испытания»);
- массив параметров, зафиксированных в процессе
испытания («Массив данных»);
- массив пиков нагрузки («Массив пиков нагрузки»);
- массив минимальных значений нагрузки («Массив
миним. нагрузок»).
Результаты испытаний выводятся на принтер.
3. Практическая часть
3.1. Определить вместе с преподавателем режимы сварки
(не менее 3), исходя из марки алюминиевого сплава.
3.2. Подобрать нужных размеров пластины и
отфрезеровать их кромки.
24
3.3.
Провести
стыковую
сварку
трением
с
перемешиванием пластин по заданным режимам на
лабораторной установке.
3.4. Вырезать поперек шва заготовки для образцов на
растяжение (с каждой сваренной пластины не менее 3
шт).
3.5. Изготовить плоские образцы тип 1 на растяжение в
соответствии с чертежом.
3.6. Перед установкой образцов в захваты замерить
ширину и толщину образца в рабочей области (не менее
чем в трех точках ) Результаты ввести через пуль
оператора в память машины.
3.7. Отметить на рабочей части образца расчетную длину
lо, а его значение ввести в память машины.
3.8. Установить и закрепить образец в захвате
3.8. Задать через пульт оператора параметры для
проведения испытания под контролем учебного мастера
(оператора).
3.9. Провести испытание и распечатать результаты
(протокол) испытания. Отметить место разрушения (по
сварному шву или вне)
3.10. Полученные результаты испытаний - временное
сопротивление в и относительное удлинение  образцов
записать в таблицу.
3.11. Провести анализ полученных результатов и
определить оптимальные параметры процесса сварки
трением с перемешиванием данного сплава алюминия.
25
Таблица – Результаты испытания на растяжение
Режим
сварки
F=750кг
n=900об/ми
н
V=20см/ми
н
…
№ образцов
1
2
ср
Временное
сопротивление. в,
Н/мм2
300
249
…
…
Отн.
удл.
ε, %
Место
разрыва
12
13,8
…
Св. шов
Св. шов
…
4.Контрольные вопросы
1. Какими свойствами обладают алюминиевые сплавы?
2. Какие алюминиевые сплавы называют деформируемыми?
3. Как маркируют алюминиевые сплавы?
4. Из каких зон состоит сварной шов?
5. Что может произойти при сварке трением с
перемешиванием алюминиевых термически упрочняемых
сплавов?
6. Как определяют временное сопротивление и что оно
показывает?
7. Какими прочностными свойствами должен обладать
сварной шов?
26
Сварка с трением перемешиванием
Методические указания к лабораторным работам
в
Редактор
Подписано в печать
. Формат 60х84/16. Бумага
газетная Офсетная печать. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л.
Уч.- изд. л. Тираж 100 экз. Заказ №
Чувашский государственный университет
Типография университета
428015 Чебоксары, Московский просп.,15
27