PL185998B1 - Sposób i urządzenie do zgrzewania tarciowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób zgrzewania tarciowego, w którym obra- biane czesci do zgrzewania umieszcza sie na stole robo- czym i zaciska sie je ze soba i/lub do stolu roboczego za pomoca elementów zaciskowych, a nastepnie zgrzewa sie czesci za pomoca obracajacego sie zespolu zgrzewajace- go, który przemieszcza sie wzdluz zlacza przy jednocze- snym dociskaniu go do obrabianych czesci, znamienny tym, ze dodatkowo do ciepla wytwarzanego w zlaczu pomiedzy zgrzewanymi czesciami (2, 3), a korzystnie takze doprowadzanego do niego, za pomoca obrotowej sondy zgrzewajacej (12) dostarcza sie do zlacza przed i/lub podczas operacji zgrzewania cieplo pochodzace z innych zródel ciepla 8. Urzadzenie do zgrzewania tarciowego, zawie- rajace stól roboczy podpierajacy obrabiane czesci do zgrzewania, co najmniej jeden element zaciskowy do zaciskania obrabianych czesci ze soba i/lub do stolu i sonde zgrzewajaca dostosowana do przemieszczania wzdluz zlacza pomiedzy czesciami i jednoczesnego doci- skania do czesci podczas zgrzewania, znamienne tym, ze zawiera element grzejny (70) do ogrzewania zlacza po- miedzy zgrzewanymi czesciami (2, 3) przed i/lub podczas operacji zgrzewania dodatkowo do ciepla wytwarzanego w zlaczu, a takze korzystnie doprowadzanego do niego, za pomoca obrotowej sondy zgrzewajacej (12). PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zgrzewania tarciowego.

Znany jest sposób zgrzewania tarciowego, zgodnie z którym części, które mają być zgrzane, umieszcza się na stole roboczym i za pomocą elementów zaciskających dociska się je do siebie i/lub do stołu roboczego i ustawia się obracające się elementy zgrzewające tak, że są przesuwane wzdłuż złącza pomiędzy częściami obrabianymi i dociska się je do części obrabianych podczas zgrzewania.

185 998

Znane jest także urządzenie do zgrzewania tarciowego, które zawiera stół roboczy podpierający zgrzewane części, co najmniej jeden element zaciskający do zaciskania części ze sobą i/lub do stołu roboczego, i zespół zgrzewający przystosowany do przemieszczania wzdłuż złącza pomiędzy częściami z jednoczesnym ich dociskaniem do części obrabianych podczas zgrzewania.

Określenie zgrzewanie tarciowe dotyczy sposobu zgrzewania, zgodnie z którym części przeznaczone do zgrzewania ze sobą są uplastycznione wzdłuż linii ich złącza poprzez dostarczenie ciepła powstałego wskutek tarcia obracającej się sondy zgrzewającej, która jest przemieszczana wzdłuż złącza pomiędzy częściami obrabianymi przy jednoczesnym jej dociskaniu do części obrabianych. Jak opisano w publikacjach zgłoszeń patentowych W093/10935 i W095/26254, sonda zgrzewająca zwykle jest wytworzona z materiału, który jest twardszy niż części obrabiane i podczas operacji zgrzewania części obrabiane powinni być zamocowane sztywno względem siebie i stołu roboczego. W tym względzie, ta technika różni się od typowego, zgrzewania tarciowego, według którego ciepło tarcia jest wytwarzane wskutek względnego ruchu części obrabianych, które są dociskane do siebie, to jest ciepło tarcia jest wytwarzane tylko przez dwa elementy, które mają być połączone ze sobą. Zgrzewanie wspomagane tarciem sondy zgrzewającej według powyżej wymienionych publikacji, jest stosowane do zgrzewania różnych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, metale i tym podobne, w różnych dziedzinach zastosowań, na przykład do łączenia ze sobą części, do naprawiania pęknięć i tak dalej. Konstrukcja sondy zgrzewającej jest uwarunkowana na przykład materiałem, który ma być zgrzany i zastosowany.

W zgrzewaniu łukowym metali w osłonie gazu, a zwłaszcza w zgrzewaniu łukiem krytym, kiedy stopione jeziorko ma ogólnie znaczne rozmiary, często stosuje się środki podporowe, to jest podkładkę złącza, która jest dociśnięta do tyłu złącza podczas operacji zgrzewania, w celu podparcia krawędzi złącza i dla zabezpieczenia stopionego jeziorka przed wypłynięciem po osiągnięciu etapu stopienia materiału na całej grubości materiału. W konstrukcji elementów podporowych warunki termiczne są decydujące w wyborze materiału, zwłaszcza w przypadku zgrzewania aluminium. Efekt chłodzenia złącza przez elementy podporowe nie może być zbyt silny.

Podobnie, elementy podporowe są podobnie używane w zgrzewaniu tarciowym, gdy występuje stopienie materiału na całej jego grubości. W tym przypadku, elementy podporowe służą jako podpora mechaniczna i kształtują dolną powierzchnię złącza. Również w tym przypadku, elementy podporowe mogą być ukształtowane z termiczną przegrodą ułożoną poniżej, w celu lepszego wykorzystania ciepła tarcia wytwarzanego w procesie zgrzewania.

Jednym z problemów związanych ze zgrzewaniem tarciowym materiałów trudnych do zgrzewania, takich jak stop aluminium i magnezu z litem lub z miedziąjest to, że siły wytwarzane w czasie operacji zgrzewania mają taką wielkość, że powodują łamanie się sondy zgrzewającej wskutek zmęczenia po stosunkowo krótkim czasie zgrzewania. Dotyczy to głównie części o grubości powyżej 5 mm.

Innym problemem jest powstawanie krótkich, ale głębokich, pęknięć w elementach podporowych, zwłaszcza w kierunku poprzecznym do tych elementów podporowych, z powodu zmęczenia termicznego. Ponieważ złącze, dzięki uplastycznieniu go podczas operacji zgrzewania, dostosowuje wygląd powierzchni elementów podpierających, te pęknięcia występują jako przedłużenia na dolnej powierzchni złącza i wskutek tego złącze jest nie do zaakceptowania.

Występuje także problem taki, że ciepło tarcia, wytworzone w materiałach trudnych do zgrzewania, może być niewystarczające i wskutek tego nie osiąga się stopienia materiału na całej grubości i części nie zostają spojone.

Sposób zgrzewania tarciowego, według wynalazku, polega na tym, że obrabiane części do zgrzewania umieszcza się na stole roboczym i zaciska się je ze sobą i/lub do stołu roboczego za pomocą elementów zaciskowych, a następnie zgrzewa się części za pomocą obracającego się zespołu zgrzewającego, który przemieszcza się wzdłuż złącza przy jednoczesnym dociskaniu go do obrabianych części.

185 998

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że dodatkowo do ciepła wytwarzanego w złączu pomiędzy zgrzewanymi częściami, a korzystnie także doprowadzanego do niego, za pomocą obrotowej sondy zgrzewającej dostarcza się do złącza przed i/lub podczas operacji zgrzewania ciepło pochodzące z innych źródeł ciepła.

Złącze ogrzewa się wstępnie do maksimum 250°C poniżej temperatury topnienia materiału złącza, korzystnie za pomocą elementu grzejnego umieszczonego pod złączem.

Ponadto, korzystnie złącze podpiera się przez usytuowany pod nim element podporowy, który ogrzewa się do temperatury powyżej 100°C, a korzystnie do temperatury w zakresie 150-250°C lub także korzystnie do temperatury w zakresie 500-1000°C.

Element podporowy ogrzewa się za pomocą elementu grzejnego w postaci spirali wbudowanej w element podporowy.

Urządzenie do zgrzewania tarciowego, według wynalazku, zawiera stół roboczy podpierający obrabiane części do zgrzewania, co najmniej jeden element zaciskowy do zaciskania obrabianych części ze sobą i/lub do stołu i sondę zgrzewającą dostosowaną do przemieszczania wzdłuż złącza pomiędzy częściami i jednoczesnego dociskania do części podczas zgrzewania.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera element grzejny do ogrzewania złącza pomiędzy zgrzewanymi częściami przed i/lub podczas operacji zgrzewania dodatkowo do ciepła wytwarzanego w złączu, a także korzystnie doprowadzanego do niego, za pomocą obrotowej sondy zgrzewającej.

Element grzejny jest umieszczony pod złączem.

Korzystnie, też pod złączem, umieszczony jest element podporowy, który może być dostosowany do ogrzewania go elementem grzejnym. Elementem grzejnym jest spirala grzejna wbudowana w element podporowy.

Sposób i urządzenie do zgrzewania tarciowego według wynalazku zapewnia znaczne przedłużenie żywotności sondy zgrzewającej i poprawia jakość tworzonego złącza, przede wszystkim poprzez umożliwienie dokładnego uplastycznienia materiału złącza i całkowitego spojenia części. Zapewnia także dużą wydajność procesu.

Dzięki dostarczeniu dodatkowego ciepła do złącza pomiędzy obrabianymi częściami dodatkowego do ciepła wytwarzanego wskutek tarcia obrotowej sondy zgrzewającej i ewentualnie ciepła doprowadzanego przez nią, trwałość sondy zgrzewającej jest znacznie wydłużona. W przypadku, kiedy złącze jest podparte przez usytuowany poniżej element podporowy, ciepło dostarcza się do złącza za pomocą elementu podporowego, co zapobiega pękaniu złącza.

Sposób i urządzenie są szczególnie korzystne do zgrzewania stopów aluminiowych.

Przedmiot wynalazku jest ukazany na rysunku, który przedstawia urządzenie do zgrzewania tarciowego według obecnego wynalazku w widoku z boku.

Urządzenie 1 do zgrzewania tarciowego przedstawione na rysunku jest przeznaczone do zgrzewania ze sobą dwóch części 2, 3, z których ta ostatnia jest na przykład odcinkiem wytłoczonego kształtownika aluminiowego.

Podczas operacji zgrzewania, części 2, 3 są zamocowane do stołu roboczego 7 za pomocą elementów zaciskowych 5 i 6. Elementy zaciskowe 5 i 6 mogą być ciśnieniowymi cylindrami. Przedstawiony stół roboczy 7 zawiera poziomy stół maszynowy 7a, do którego jest trwale przymocowany element podporowy 7b za pośrednictwem belki podporowej 7d w kształcie kształtowńka dwuteowego i który jest podparty za pomocą nieruchomej, sztywnej ramy 7c. Element podporowy 7b jest ukształtowany w jego dolnej powierzchni z rowkiem 60 rozciągającym się w jego kierunku wzdłużnym, przy czym w rowku jest usytuowana spirala grzejna w postaci przewodu grzejnego 70.

Części 2,3 przeznaczone do zgrzewania tarciowego są umieszczone symetrycznie po obu stronach rowka 60 elementu podporowego 7b. Element podporowy 7b jest umieszczony także pomiędzy zwróconymi do siebie krawędziami części 2, 3, co i zapobiega wypływowi stopionego materiału, gdy następuje stopienie materiału części na całej grubości.

Zgrzewanie jest realizowane za pomocą elementu zgrzewającego w postaci sondy zgrzewającej 12 osadzonej na obrotowej osi 13. Sonda zgrzewająca 12 zawiera cylindryczny

185 998 korpus 12a mający dołączony do niego cylindryczny trzpień 12b, którego obwód jest mniejszy niż cylindrycznego korpusu 12a. Dzięki temu ukształtowaniu, dolna część cylindrycznego korpusu 12a wystaje poza dolny trzpień 12b tworząc uskok cylindrycznego korpusu, który styka się z górną powierzchnią obrabianych części 2, 3 w zwykłym położeniu sondy zgrzewającej

12. Cylindryczny korpus 12a i trzpień 12b sondy zgrzewającej 12 mogą mieć ukształtowanie zgodne z jednym z przykładów przedstawionych w publikacjach WO93/10935 lub WO95/26254. Cylindryczny korpus 12a jest połączony swoim górnym końcem z obrotową osią

13, która jest napędzana przez zespół napędowy, nie pokazany, taki jak silnik napędowy.

Części 2, 3 są najpierw mocowane w urządzeniu 1 do zgrzewania tarciowego za pomocą elementów zaciskowych 5, 6 przy upewnieniu się, że szczelina pomiędzy zwróconymi do siebie końcowymi krawędziami części 2, 3 nie ma wymiaru większego niż odpowiedni dla wytworzenia żądanej zgrzeiny. Jak wynika z rysunku, szczelina jest ustawiona w płaszczyźnie środkowej elementu podporowego 7b. Element podporowy 7b jest następnie ogrzewany za pomocą wbudowanego przewodu grzejnego 70, dopóki temperatura przewodu grzejnego nie osiągnie zakresu 150-250°C. Ten zakres temperatury jest określony przez tradycyjne środki, na przykład za pomocą czujnika temperatury /nie pokazany/ Po wstępnym nagrzaniu elementu podporowego 7b, i w związku z tym złącza dwóch części 2, 3, rozpoczyna się operacje zgrzewania przy pomocy sondy zgrzewającej 12, która jest dostosowana do obracania się z pewną prędkością przy jednoczesnym przesuwaniu jej wzdłuż szczeliny z ustaloną prędkością. Jak opisano na wstępie, krawędzie końcowe odcinków kształtowników stają się plastyczne dzięki ciepłu tarcia wytwarzanego podczas procesu.

Powstałe złącze zgrzewane, po skrzepnięciu, jest homogeniczne, wysoko wytrzymałe.

Należy zauważyć, że wynalazek nie jest ograniczony do powyższego przykładu wykonania, ale może być zmodyfikowany na wiele różnych sposobów w zakresie dołączonych zastrzeżeń. Na przykład, element podporowy 7b może być ogrzewany za pomocą płynu dostarczanego do rowka 60 lub przez pośrednie zasilanie go w energię elektryczną zamiast stosowania elementu grzejnego 70 w postaci przewodu wbudowanego w rowek 60. Zamiast ogrzewania złącza poprzez element podporowy 7b, złącze może być ogrzewane za pomocą elementu grzejnego, takiego jak palnik gazowy usytuowany poniżej złącza lub w styku z bokami złącza. Ogrzewanie indukcyjne jest innym możliwym sposobem dostarczania dodatkowego ciepła.

Urządzenie 1 do zgrzewania tarciowego może oczywiście być stosowane do zgrzewania ze sobą części z innych metali lub stopów metali niż aluminium, takich jak na przykład tytan lub stal. Kiedy urządzenie jest stosowane do zgrzewania ze sobą części z tytanu lub stali, element podporowy powinien być nagrzewany do temperatury w zakresie 500-1000°C.

185 998

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zgrzewania tarciowego, w którym obrabiane części do zgrzewania umieszcza się na stole roboczym i zaciska się je ze sobą i/lub do stołu roboczego za pomocą elementów zaciskowych, a następnie zgrzewa się części za pomocą obracającego się zespołu zgrzewającego, który przemieszcza się wzdłuż złącza przy jednoczesnym dociskaniu go do obrabianych części, znamienny tym, że dodatkowo do ciepła wytwarzanego w złączu pomiędzy zgrzewanymi częściami (2, 3), a korzystnie także doprowadzanego do niego, za pomocą obrotowej sondy zgrzewającej (12) dostarcza się do złącza przed i/lub podczas operacji zgrzewania ciepło pochodzące z innych źródeł ciepła.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewa się wstępnie złącze do maksimum 250°C poniżej temperatury topnienia materiału złącza.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ogrzewa się wstępnie złącze za pomocą elementu grzejnego (70) umieszczonego pod złączem.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że złącze podpiera się przez usytuowany pod nim element podporowy (7b), który ogrzewa się do temperatury powyżej 100°C.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że element podporowy (7b) ogrzewa się do temperatury w zakresie 150-250°C.
6. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że element podporowy (7b) ogrzewa się do temperatury w zakresie 500- 1000°C.
7. 7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że element podporowy (7b) ogrzewa się za pomocą elementu grzejnego (70) w postaci spirali wbudowanej w element podporowy (7b).
8. 8. Urządzenie do zgrzewania tarciowego, zawierające stół roboczy podpierający obrabiane części do zgrzewania, co najmniej jeden element zaciskowy do zaciskania obrabianych części ze sobą i/lub do stołu i sondę zgrzewającą dostosowaną do przemieszczania wzdłuż złącza pomiędzy częściami i jednoczesnego dociskania do części podczas zgrzewania, znamienne tym, że zawiera element grzejny (70) do ogrzewania złącza pomiędzy zgrzewanymi częściami (2, 3) przed i/lub podczas operacji zgrzewania dodatkowo do ciepła wytwarzanego w złączu, a także korzystnie doprowadzanego do niego, za pomocą obrotowej sondy zgrzewającej (12).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że element grzejny (70) jest umieszczony pod złączem.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 8 albo 9, znamienne tym, że pod złączem umieszczony jest element podporowy (7b).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że element podporowy (7b) jest dostosowany do ogrzewania go elementem grzejnym (70).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że elementem grzejnym (70) jest spirala grzejna wbudowana w element podporowy (7b).