RU2574566C1

RU2574566C1 - Method of linear friction welding

Info

Publication number: RU2574566C1
Application number: RU2014138856/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Бычков; Александр Юрьевич Медведев; Максим Павлович Савичев; Евгений Евгеньевич Тарасенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение"
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: on a disk and a blade shoulders are made with contact surfaces during friction welding with a necessary process allowance P on the periphery of the welded parts. The blade is put in linear oscillation relative to the disk in a set direction upon the simultaneous application of the welding force. P is preliminarily determined by welding of the blade blank with the disk simulator having on the shoulders preliminarily set process allowances. Then welding burrs are removed by machining, and the metal is removed layer by layer along the weld generatrix to a thickness S. After each metal layer removal the presence of defects is determined by liquid penetrant test, and the depth of location of each defect free weld area is determined L=S×N, where S is the thickness of one removed layer, and N is the number of removed layers. P of the required process allowance on the part shoulders is determined as equal to L.

EFFECT: method ensures the absence of defects in the finally machined cross-section of the weld joint made by linear friction welding upon minimum process allowance along the shoulder periphery.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано для назначения технологических припусков при сварке блисков методом линейной сварки трением.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used to assign technological allowances when welding blisk by linear friction welding.

Известен способ линейной сварки трением, при котором определяют форму поверхности выступа лопатки, которая в осевом направлении и вдоль окружности определяется согласно пересечению внешней границы лопатки с сужающейся периферией блиска, а в третьем направлении - траекторией прямой линии, параллельной определенному направлению сварочного колебания (патент US 6095402, МПК B23K 20/12, опубл. 01.08.2000).A known method of linear friction welding, in which they determine the shape of the surface of the protrusion of the blade, which in the axial direction and along the circumference is determined according to the intersection of the outer border of the blade with the tapering periphery of the blisk, and in the third direction, the path of a straight line parallel to a certain direction of the welding oscillation (patent US 6095402 IPC B23K 20/12, published 01.08.2000).

Недостатком известного способа является то, что определяют форму выступа без установления величины припуска по его периферии на послесварочную механическую обработку, обеспечивающего получение бездефектного соединения.The disadvantage of this method is that they determine the shape of the protrusion without setting the size of the allowance at its periphery for post-welding machining, providing a defect-free connection.

Наиболее близким к заявленному является способ изготовления блисков линейной сваркой трением, включающий формирование на диске и лопатке выступов с поверхностями контакта при сварке трением, имеющих на периферии необходимый технологический припуск, приведение лопатки в линейное колебание относительно диска в заданном направлении при одновременном приложении сварочного усилия и удаление сварочного грата (RU 2496987, МПК B23K 20/12, F01D 5/30, опубл. 27.10.2013 г).Closest to the claimed one is a method of manufacturing blisk by linear friction welding, which includes forming protrusions on the disk and the blade with contact surfaces during friction welding, having peripherals with the necessary technological allowance, bringing the blade into linear oscillation relative to the disk in a given direction while applying welding force and removing welding torch (RU 2496987, IPC B23K 20/12, F01D 5/30, publ. 10/27/2013).

Задача изобретения - обеспечение отсутствия дефектов в окончательно обработанном сечении сварного соединения, полученного линейной сваркой трением, при минимальной величине технологического припуска по периферии выступа.The objective of the invention is to ensure the absence of defects in the finished machined section of the welded joint obtained by linear friction welding, with a minimum amount of technological allowance around the periphery of the protrusion.

Технический результат - уменьшение сварочных усилий, остаточных напряжений от зажатия деталей, минимизация послесварочной механической обработки.EFFECT: reduction of welding forces, residual stresses from clamping of parts, minimization of post-welding machining.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается способом изготовления блисков линейной сваркой трением, включающим формирование на диске и лопатке выступов с поверхностями контакта при сварке трением, имеющих на периферии необходимый технологический припуск, приведение лопатки в линейное колебание относительно диска в заданном направлении при одновременном приложении сварочного усилия и удаление сварочного грата. В отличие от прототипа величину необходимого технологического припуска Р на периферии выступов свариваемых деталей определяют путем сварки заготовки лопатки с имитатором диска, имеющих на выступах предварительно заданные технологические припуски, после которой механической обработкой удаляют сварочный грат и проводят послойное удаление металла по образующей сварного шва на толщину S, при этом после удаления каждого слоя металла определяют методом капиллярной дефектоскопии наличие дефектов и выявляют глубину нахождения бездефектной области сварного шва L=S×N, где S - толщина одного удаленного слоя и N - количество удаленных слоев, при этом величину Р необходимого технологического припуска на выступах деталей определяют равной L.The problem is solved, and the technical result is achieved by the method of manufacturing blisk by linear friction welding, including the formation on the disk and the blade of the protrusions with contact surfaces during friction welding, having the necessary technological allowance on the periphery, bringing the blade into linear oscillation relative to the disk in a given direction while applying welding efforts and removal of welding torch. In contrast to the prototype, the value of the required technological allowance P at the periphery of the protrusions of the parts to be welded is determined by welding the blade blanks with a disk simulator having predefined technological allowances on the protrusions, after which the welding bead is removed by machining and layer-by-layer metal removal is carried out along the weld generatrix to a thickness S in this case, after removal of each metal layer, the presence of defects is determined by the method of capillary flaw detection and the depth of finding the defect-free second weld region L = S × N, where S - the thickness of the removed layer and N - number of removed layers, the value P required technological allowance projections define equal parts L.

Технический результат достигается благодаря следующему.The technical result is achieved due to the following.

Известно, что при линейной сварке трением на поверхности свариваемого сечения по всему его периметру имеют место неполное сплавление и дефекты типа окислов. При этом глубина залегания таких дефектов отличается у свариваемых деталей разной формы сечения и материала, а также от параметров режима сварки. Для исключения таких дефектов в окончательно обработанном изделии предназначен технологический припуск, накладываемый по периферии выступов свариваемых деталей. При этом он должен быть достаточной величины. При послесварочной механической обработке вместе с технологическим припуском удаляются вышеуказанные дефекты и получается бездефектное соединение. Однако большая величина припуска увеличивает сварочное сечение. Поэтому для обеспечения требуемой величины давления в сварочном стыке необходимо увеличение сварочного усилия и, соответственно, усилия зажатия деталей в оснастке. Это, в свою очередь, ведет к увеличению остаточных напряжений в сваренном изделии. Также с ростом сечения сварки возрастает объем послесварочной механической обработки. Поэтому важной задачей является назначение минимальной величины сварочного технологического припуска, не допускающего попадания дефектов в окончательно обработанном сварном соединении. В заявляемом способе решается эта задача.It is known that in linear friction welding on the surface of the section being welded along its entire perimeter, incomplete fusion and defects such as oxides occur. Moreover, the depth of such defects differs for the welded parts of different cross-sectional shapes and materials, as well as the parameters of the welding mode. To eliminate such defects in the finished product is intended technological allowance, superimposed on the periphery of the protrusions of the welded parts. Moreover, it should be of sufficient size. During post-welding machining, together with the technological allowance, the above defects are removed and a defect-free connection is obtained. However, a large allowance increases the welding cross section. Therefore, to ensure the required pressure in the welding joint, an increase in the welding force and, accordingly, the clamping force of the parts in the tooling is necessary. This, in turn, leads to an increase in residual stresses in the welded product. Also, with an increase in the welding cross section, the volume of post-welding machining increases. Therefore, an important task is the appointment of a minimum value of the welding technological allowance, which does not allow the ingress of defects in the finished welded joint. The claimed method solves this problem.

Сущность изобретения пояснена чертежом, где проиллюстрирован заявляемый способ линейной сварки трением.The invention is illustrated in the drawing, which illustrates the inventive method of linear friction welding.

На чертеже представлено сварное соединение лопатки с имитатором секции 6 диска, полученное линейной сваркой трением. На схеме обозначено: 1 - заготовка лопатки; 2 - имитатор диска; 3 - сварочный грат; 4, 5 - выступы под сварку соответственно на заготовке лопатки и на имитаторе секции блиска; 6 - поперечное сечение выступа; 7 - поперечное сечение выступа с наложенным предварительным припуском K; 8 - слои металла, удаляемые вдоль образующей выступа; 9 - бездефектное сечение; S - толщина удаляемого слоя; L - глубина залегания бездефектного слоя.The drawing shows a welded connection of the blade with a simulator of section 6 of the disk obtained by linear friction welding. The diagram indicates: 1 - the workpiece of the blade; 2 - disk simulator; 3 - welding torch; 4, 5 - protrusions for welding, respectively, on the workpiece of the blade and on the simulator of the blisk section; 6 is a cross section of a protrusion; 7 is a cross section of a protrusion with superimposed preliminary allowance K; 8 - layers of metal removed along the generatrix of the protrusion; 9 - defect-free section; S is the thickness of the removed layer; L is the depth of the defect-free layer.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

При проектировании заготовок свариваемых деталей на выступы свариваемых деталей накладывают предварительный припуск K. Его величина устанавливается на основании опыта сварки других деталей. Обычно она составляет от долей до нескольких миллиметров на сторону вдоль всего сечения.When designing the workpieces of the parts to be welded, a preliminary allowance K. Usually it is from fractions to several millimeters per side along the entire section.

После сварки удаляют грат 3 и на получившейся поверхности методом каппиллярной дефектоскопии оценивают наличие дефектов типа неполного сплавления и окислов. После чего проводят удаление слоя металла определенной небольшой толщины S (доли миллиметра) вдоль образующей выступа и повторяют капиллярный контроль. Если при этом были обнаружены дефекты, то снимается еще один слой металла и вновь проводится люминесцентный контроль. Операции повторяются до нахождения бездефектной поверхности.After welding, 3 grata are removed and the presence of defects such as incomplete fusion and oxides is assessed on the resulting surface by capillary defectoscopy. After that, a metal layer of a certain small thickness S (fractions of a millimeter) is removed along the generatrix of the protrusion and the capillary control is repeated. If defects were detected, then another layer of metal is removed and the luminescent control is carried out again. Operations are repeated until a defect-free surface is found.

После этого по количеству удаленных слоев металла определяют глубину нахождения бездефектной области сварного шва по соотношению L=S×N, где S - толщина одного слоя, а N - количество удаленных слоев, и назначают окончательный технологический припуск Р, равный L вдоль всей образующей выступа.After that, by the number of removed metal layers, the depth of finding the defect-free region of the weld is determined by the ratio L = S × N, where S is the thickness of one layer and N is the number of removed layers, and the final technological allowance P equal to L along the entire generatrix of the protrusion is assigned.

Далее вносят изменения в конструкцию заготовок свариваемых деталей: лопаток и дисков, накладывая на их выступы окончательный технологический припуск вдоль их образующих. Заготовки свариваются, после чего с них удаляют грат и весь технологический припуск. Получившаяся поверхность подвергается капиллярной дефектоскопии. При отсутствии дефектов величина технологического припуска окончательно утверждается. При наличии же дефектов величину припуска уточняют вновь по вышеописанному способу.Next, changes are made to the design of the workpieces of the parts to be welded: blades and discs, superimposing on their protrusions the final technological allowance along their generators. The workpieces are welded, after which they remove the cuttings and the entire technological allowance. The resulting surface is subjected to capillary inspection. In the absence of defects, the size of the technological allowance is finally approved. In the presence of defects, the allowance is refined again according to the method described above.

Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.

Сваривались заготовка лопатки 1 и имитатор диска 2. При их проектировании вдоль образующей выступа был заложен предварительный припуск 2,0 мм. Была произведена сварка с осадкой 2 мм. Оценка глубины залегания дефектов производилась на нескольких образцах методом послойного снятия металла с шагом 0,5 мм с последующим проведением люминесцентного контроля (чувствительность порядка 0,1 мкм). Глубина залегания бездефектной области составила 1.5 мм. В соответствии с этим был назначен окончательный технологический припуск, равный 1.5 мм.The blade blank 1 and the disk simulator 2 were welded. When they were designed along the generatrix of the protrusion, a preliminary allowance of 2.0 mm was laid. Welded with a draft of 2 mm. The depth of defects was estimated on several samples by the method of layer-by-layer metal removal with a pitch of 0.5 mm, followed by luminescent control (sensitivity of about 0.1 μm). The depth of the defect-free region was 1.5 mm. In accordance with this, a final technological allowance of 1.5 mm was assigned.

Далее спроектированные и изготовленные заготовки лопатки и диска с окончательным технологическим припуском сваривались с осадкой 2 мм. После чего производилось удаление сварочного грата и всего технологического припуска (1,5 мм вдоль образующей выступа). Люминесцентный контроль получившейся после механической обработки поверхности не выявил дефектов сварного шва.Further, the designed and manufactured blanks of the blade and disk with the final technological allowance were welded with a draft of 2 mm. After that, welding bead and all technological allowance were removed (1.5 mm along the generatrix of the protrusion). Luminescent control of the surface obtained after machining did not reveal defects in the weld.

Таким образом, заявляемый способ позволяет обеспечить отсутствие дефектов в окончательно обработанном сечении сварного соединения, полученного линейной сваркой трением, при минимальной величине технологического припуска по периферии выступа.Thus, the inventive method allows to ensure the absence of defects in the final machined section of the welded joint obtained by linear friction welding, with a minimum amount of technological allowance around the periphery of the protrusion.

Claims

A method of manufacturing blisk by linear friction welding, including the formation on the disk and the blade of the protrusions with contact surfaces during friction welding, having the necessary technological allowance at the periphery, bringing the blade into linear oscillation relative to the disk in a given direction while applying a welding force and removing welding bead, characterized in that the value of the required technological allowance P at the periphery of the protrusions of the parts to be welded is determined by welding the workpiece of the blade with a simulator m of a disk having predefined technological allowances on the protrusions, after which the welding bead is removed by machining and the metal is layer-by-layer removed along the generatrix of the weld to a thickness S, and after removing each metal layer, the presence of defects is determined by capillary inspection and the depth of the defect-free region is determined weld seam L = S × N, where S is the thickness of one removed layer and N is the number of removed layers, while the value P of the required technological allowance at the protrusions hoists are determined equal to L.