RU2024376C1 - Method of manufacturing multilayer panels - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacturing of complex-shaped products of panel type by combined superplastic forming and diffusion welding process. SUBSTANCE: method involves providing continuation of welding seams forming pattern at least at one side of pack perimeter into processing zone up to the location of connection of working fluid inlet-outlet system. Welding seams are made continuous or interrupted in processing zone, with welding point spacing not exceeding 2 2 ρ_нап. Lining sheets are subjected to additional deformation at the same side of pack perimeter so that cavity is defined between lining and filler. Height h of cavity is determined by ratio recited in Specification. EFFECT: wider operational capabilities and simplified construction. 14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и сварке и может быть использовано для изготовления методом совмещенного процесса сверхпластической формовки и диффузионной сварки сложнопрофильных изделий типа панелей. The invention relates to the processing of metals by pressure and welding and can be used for manufacturing by the combined process of superplastic forming and diffusion welding of complex products such as panels.

Известен способ изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя собирают в пакет и соединяют между собой в определенных местах прерывистой сваркой, после чего пакет герметизируют по контуру с установкой газопроводящего трубопровода, затем помещают пакет в технологическую оснастку между разнесенными обшивками, нагревают до температуры сверхпластичности, в процессе нагрева продувают полость штампа аргоном для удаления воздуха и удержания верхнего листа обшивки от провисания, формуют подачей давления между листами наполнителя до полного контакта образующихся ячеек между собой и обшивками. Недостатками данного способа являются усложнение оснастки, связанное с созданием внутри оснастки полости, ее герметизацией и установкой дополнительных трубопроводов, а также повышенный расход инертного газа для продува полости и создания инертной атмосферы. A known method of manufacturing panels, in which the sheet blanks of the filler are collected in a bag and interconnected in certain places by intermittent welding, after which the bag is sealed along the circuit with the installation of a gas pipeline, then the bag is placed in technological equipment between the spaced plating, heated to a superplastic temperature, in during the heating process, the die cavity is blown with argon to remove air and hold the top sheet of the skin from sagging, formed by applying pressure between the sheets on filler to complete contact of the formed cells between themselves and the skin. The disadvantages of this method are the complication of tooling associated with the creation of a cavity inside the tool, its sealing and installation of additional pipelines, as well as the increased inert gas flow to purge the cavity and create an inert atmosphere.

Известен также способ изготовления панелей, при котором листы наполнителя соединяют между собой по заданному рисунку прерывистой сваркой, собирают в пакет вместе с обшивками и герметизируют по контуру с установкой в технологической зоне газопроводящих трубопроводов, помещают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и осуществляют формовку обшивок подачей давления между ними и листами наполнителя, после завершения формовки обшивок давление стравливают и подают его между листами наполнителя до формирования ячеек и сварки контактирующих поверхностей, при этом газ, вытесняемый в процессе формовки, удаляется через трубопровод для подвода давления между обшивками и наполнителем [1]. There is also a known method of manufacturing panels, in which the filler sheets are interconnected according to a predetermined pattern by intermittent welding, assembled into a bag with linings and sealed along the circuit with installation of gas pipelines in the technological zone, placed in die tooling, heated to a superplastic temperature and molded linings by applying pressure between them and the sheets of filler, after the molding of the casing is completed, the pressure is vented and fed between the sheets of filler until eek and welding of the contacting surfaces, while the gas displaced during the molding process is removed through the pipeline to supply pressure between the casing and the filler [1].

Для удаления газа известно использование вакуумирования пространства между наполнителем и обшивками, что требует усложнения оснастки для предотвращения провисания обшивок, дополнительного оборудования для откачки вакуума, значительного удлинения технологического процесса и повышенных энергозатрат. Возможно удаление газа только за счет его вытеснения при изменении объема полости между наполнителем и обшивками без дополнительных средств откачки, что не может гарантировать полный вывод газа из-за возможного перекрытия путей отвода, особенно на поздних этапах формовки. To remove gas, it is known to use the evacuation of the space between the filler and the casing, which requires complication of equipment to prevent sagging of the casing, additional equipment for pumping vacuum, a significant lengthening of the process and increased energy consumption. It is possible to remove gas only due to its displacement by changing the volume of the cavity between the filler and the casing without additional evacuation means, which cannot guarantee complete removal of gas due to possible blocking of the exhaust paths, especially in the later stages of molding.

Наличие между свариваемыми поверхностями остаточного газа затрудняет развитие физического контакта и препятствует получению качественного диффузионного соединения. The presence of residual gas between the surfaces to be welded complicates the development of physical contact and prevents the production of high-quality diffusion joints.

Целью изобретения является повышение качества диффузионного соединения из-за гарантированного отвода рабочей среды, без усложнения оснастки и без использования дополнительного оборудования. The aim of the invention is to improve the quality of the diffusion connection due to the guaranteed removal of the working environment, without complicating equipment and without the use of additional equipment.

Для достижения этой цели в способе изготовления панелей, при котором листовые заготовки наполнителя соединяют между собой по определенному рисунку сваркой, собирают в пакет с листами обшивок, герметизируют по контуру, устанавливают в технологическую оснастку и формуют подачей давления рабочей среды через трубопроводы, расположенные в технологической зоне, вначале между листами обшивок и наполнителем, затем между листами наполнителя, сварные швы, образующие рисунок наполнителя, по крайней мере, с одной стороны периметра пакета, продолжают в технологическую зону до места подсоединения системы ввода-отвода рабочей среды, при этом сварные швы в технологической зоне выполняют сплошными или прерывистыми с расстоянием между сварными точками не более 2ρ_нап, а листы обшивки с этой же стороны периметра пакета, подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивкой и наполнителем полости, высота которой определяется условием:
h≅2 δ_нап+2 ρ_нап , где h - расстояние между обшивкой и наполнителем в технологической зоне;
δ_нап- толщина листа наполнителя после формовки;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя. При формовке наполнителя, по мере заполнения им пространства между обшивками, в угловых зонах ячеек образуются естественные газопроводящие пути, ограниченные недеформированными углами ячеек. Газопроводящие пути являются областью скопления и средством отвода инертного газа. Однако в случае изготовления панелей с продольными параллельными ребрами, образующиеся естественные газопроводящие пути не сообщаются друг с другом, в связи с чем возникают технологические трудности по отводу газа, так как в этом случае необходимо предусматривать подсоединение системы ввода-отвода газа ко всем местам его скопления. В случае изготовления панелей ячеистого типа образующиеся естественные газопроводящие пути представляют собой сообщающуюся сеть, так как швы наполнителя пересекают друг друга, что позволяет осуществлять отвод газа через одно место подсоединения к данной сети. Но в этом случае из-за применения для образования ячеек прерывистого сварного шва возникают препятствия для вывода газа, обусловленные тем, что в местах разрывов швов условия деформации, из-за свободной оттяжки металла в верхнюю угловую часть ячейки способствуют более быстрому перекрытию газопроводящих путей, что может привести к изоляции отдельных участков скопления газа и одного места подсоединения системы ввода-отвода газа будет также недостаточно.To achieve this goal, in a method of manufacturing panels, in which the sheet blanks of the filler are joined together according to a specific pattern by welding, assembled into a bag with sheets of cladding, sealed along the contour, installed in technological equipment and molded by applying pressure of the working medium through pipelines located in the technological zone , first between the sheathing sheets and the filler, then between the filler sheets, the welds forming a filler pattern on at least one side of the perimeter of the bag, continued they pass into the technological zone to the point of connection of the input / output system of the working medium, while the welds in the technological zone are continuous or intermittent with a distance between the weld points of not more than 2ρ _nap , and the sheathing sheets on the same side of the packet perimeter are subjected to additional deformation with the formation between the casing and the cavity filler, the height of which is determined by the condition:
h≅2 δ _nap +2 ρ _nap , where h is the distance between the casing and the filler in the technological zone;
δ _Nap - the thickness of the filler sheet after molding;
ρ _nap - the maximum radius of the molding of the filler. When the filler is molded, as it fills the space between the casing, natural gas-conducting paths are formed in the corner zones of the cells, limited by the undeformed corners of the cells. Gas paths are an area of accumulation and a means of removing inert gas. However, in the case of the manufacture of panels with longitudinal parallel ribs, the resulting natural gas paths do not communicate with each other, and therefore there are technological difficulties in the removal of gas, since in this case it is necessary to provide for the connection of the gas inlet-outlet system to all places of its accumulation. In the case of the manufacture of honeycomb type panels, the resulting natural gas paths are a connected network, since the filler seams cross each other, which allows gas to be vented through one point of connection to this network. But in this case, due to the use of an intermittent weld for the formation of cells, obstacles arise for the gas outlet due to the fact that the deformation conditions in the places of seam breaks, due to the free drawing of metal to the upper corner of the cell, contribute to faster blocking of gas paths, which may lead to isolation of individual sections of the gas accumulation and one point of connection of the gas inlet-exhaust system will also be insufficient.

Для обеспечения гарантированного отвода инертного газа сварные швы, образующие рисунок наполнителя, продолжают в технологическую зону до места подсоединения системы ввода-отвода газа, благодаря чему все естественные газопроводящие пути основной зоны формовки, выходящие на сторону технологической зоны, получают сообщение с системой ввода-отвода газа посредством газопроводящих путей, образующихся в процессе формовки над сварными швами выполненными в той части наполнителя, которая находится в технологической зоне. При этом предварительно листы обшивок в технологической зоне подвергают дополнительной деформации таким образом, что между обшивкой и наполнителем образуется полость, высота которой определяется условием
h≅2 δ_нап+2 ρ_нап , (1) где h - высота полости;
δ_нап- толщина наполнителя;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя. Высота полости, определяемая из условия (1), равна такой величине, при которой перекрытие газопроводящих путей, образующихся в технологической зоне, невозможно. Эта величина определяется предельным радиусом формовки, представляющим собой такой радиус кривизны деформируемой поверхности, при котором возникающие в металле напряжения меньше напряжения течения в данных условиях. Предельный радиус формовки зависит от толщины формуемого листа, давления рабочей среды и напряжения течения материала при температуре и скорости деформации, используемых в технологическом процессе, и определяется по формуле
ρ_нап=

,
(2) где ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя;
σ_т.ч.- напряжение течения;
δ_нап- толщина наполнителя;
Р - максимальное давление при формовке Как правило, предельный радиус формовки составляет 0,5-2 толщины формуемого листа, отсюда из условия (1) можно установить, что высота полости относительно толщины наполнителя невелика, поэтому деформацией листа наполнителя при расчетах пренебрегаем и учитываем исходную толщину заготовки.To ensure guaranteed inert gas removal, the welds forming the filler pattern are continued into the process zone to the point of connection of the gas inlet-exhaust system, due to which all natural gas-conducting paths of the main molding zone facing the process zone receive a message with the gas inlet-exhaust system by means of gas paths formed during molding over welds made in the part of the filler that is in the process zone. In this case, preliminarily, sheets of casing in the technological zone are subjected to additional deformation in such a way that a cavity is formed between the casing and the filler, the height of which is determined by the condition
h≅2 δ _nap +2 ρ _nap , (1) where h is the cavity height;
δ _Nap - the thickness of the filler;
ρ _nap - the maximum radius of the molding of the filler. The height of the cavity, determined from condition (1), is equal to such a value at which the overlap of gas paths formed in the technological zone is impossible. This value is determined by the limiting radius of the molding, which is such a radius of curvature of the deformable surface at which the stresses arising in the metal are less than the flow stress under given conditions. The limiting radius of the molding depends on the thickness of the sheet being molded, the pressure of the working medium and the stress of the flow of the material at the temperature and strain rate used in the process, and is determined by the formula
ρ _nap =

,
(2) where ρ _nap is the limiting radius of molding of the filler;
σ _incl. - current stress;
δ _Nap - the thickness of the filler;
P is the maximum pressure during molding. As a rule, the limiting radius of molding is 0.5-2 of the thickness of the sheet being molded, hence from condition (1) it can be established that the cavity height relative to the filler thickness is small, therefore, the deformation of the filler sheet in the calculations is neglected and the initial thickness is taken into account blanks.

Сварные швы в технологической зоне выполняют герметичными или в случае применения прерывистых сварных швов расстояние между сварными точками не должно превышать 2ρ_нап.Welds in the process zone are leakproof or in the case of intermittent welds, the distance between the weld points should not exceed 2ρ _Nap .

Для получения полости на рабочей поверхности в технологической части штамповой оснастки, в обеих полуматрицах выполняют углубления высотой выбираемой из условия
H≅2 δ_нап+2 ρ_нап+δ_обш , (3) где Н - высота углубления
δ_нап- толщина наполнителя;
ρ_нап- предельный радиус формовки наполнителя;
δ_обш- толщина обшивки. Деформацией обшивки в технологической зоне пренебрегаем из тех же соображений, что и для наполнителя. Длину и ширину углубления выбирают из конструктивных соображений, с учетом расположения трубопроводов системы ввода-отвода газа.To obtain a cavity on the working surface in the technological part of the die tooling, in both half-matrices, deepenings are made with a height selected from the condition
H≅2 δ _nap +2 ρ _nap + δ _total , (3) where N is the height of the recess
δ _Nap - the thickness of the filler;
ρ _nap is the limiting radius of molding of the filler;
δ _skin - the thickness of the skin. The deformation of the casing in the technological zone is neglected for the same reasons as for the filler. The length and width of the recess is selected from design considerations, taking into account the location of the pipelines of the gas inlet-outlet system.

На фиг. 1 показана схема соединения листов наполнителя сварными швами; на фиг.2 - разрез готовой панели плоскостью, перпендикулярной дополнительным сварным швам наполнителя. In FIG. 1 shows a connection diagram of filler sheets with welds; figure 2 is a section of the finished panel with a plane perpendicular to the additional welds of the filler.

Листы наполнителя 1, 2 соединены по заданному рисунку сварными швами 3. Позицией 4 обозначена условная граница основной и технологической частей наполнителя. Сварные швы 5 связывают швы рисунка наполнителя с местом установки трубопроводов 6, 7 системы ввода-отвода газа. Позицией 8 обозначен трубопровод подачи давления между листами наполнителя. На фиг.2 позициями 9, 10 обозначены верхняя и нижняя полуматрицы, позициями 11, 12 - обшивки панели. Над сварным швом 5 показаны газопроводящие пути 13, 14, образованные в процессе формовки. The sheets of filler 1, 2 are connected according to a given pattern by welds 3. Position 4 indicates the conditional boundary of the main and technological parts of the filler. Welds 5 connect the seams of the filler pattern with the installation site of pipelines 6, 7 of the gas inlet-outlet system. Position 8 marks the pressure supply pipe between the filler sheets. In figure 2, the positions 9, 10 indicate the upper and lower half-matrix, positions 11, 12 - panel skin. Above the weld 5, gas paths 13, 14 formed during molding are shown.

Способ осуществляют следующим образом. Листы наполнителя 1, 2 соединяют по заданному рисунку прерывистыми швами 3. Швы, выходящие на сторону технологической зоны, соединяют между собой и местом установки трубопроводов 6, 7 системы ввода-отвода газа сварными швами 5. Соединенные листы наполнителя собирают с обшивками 11, 12 в пакет, герметизируют с установкой газоподводящих трубопроводов: 8 - для подачи давления между листами наполнителя, 6, 7 - для подачи давления между листами обшивок и наполнителем. Пакет устанавливают в штамповую оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и формуют подачей давления, вначале между обшивками и листами наполнителя, при этом в технологической зоне образуются полости. По окончании формовки обшивок давление стравливается и подается через трубопровод 8 между листами наполнителя. В процессе формовки наполнителя газ из основной зоны формовки вытесняется через газопроводящие пути, образованные в технологической зоне 13, 14, и трубопроводы 6, 7 в систему ввода-отвода газа. По окончании формовки наполнителя панель выдерживают под давлением до получения диффузионного соединения контактирующих поверхностей, охлаждают и извлекают из оснастки. The method is as follows. The filler sheets 1, 2 are connected according to a given pattern by intermittent seams 3. The seams facing the side of the process zone are connected to each other and to the installation site of pipelines 6, 7 of the gas inlet-outlet system by welds 5. The united filler sheets are assembled with sheaths 11, 12 in the package is sealed with the installation of gas supply pipelines: 8 - for supplying pressure between the sheets of filler, 6, 7 - for supplying pressure between the sheets of casing and the filler. The package is installed in a die tooling, heated to a temperature of superplasticity and molded by applying pressure, first between the casing and the filler sheets, while cavities are formed in the process zone. At the end of the forming of the casing, the pressure is vented and fed through the pipe 8 between the sheets of filler. In the process of molding the filler, gas is displaced from the main molding zone through gas paths formed in the process zone 13, 14, and pipelines 6, 7 into the gas inlet-outlet system. At the end of the filler molding, the panel is kept under pressure until a diffusive connection of the contacting surfaces is obtained, cooled and removed from the tooling.

Перед установкой заготовки панели в оснастку в полуматрицах 9, 10 выполняют углубления высотой, определенной из условия (3). Before installing the panel blank in the rigging, half-matrices 9, 10 perform recesses with a height determined from condition (3).

П р и м е р. Изготавливают ячеистую панель из титанового сплава ВТ6 размером 100 х 100 мм. Толщина листов обшивок - 0,5 мм, толщина листов наполнителя - 0,6 мм. По формуле (2) определяют предельный радиус формовки наполнителя при 4 МПа (температура 900^оС, скорость деформации 10^-3 с^-1), максимальное давление в процессе 1,5 МПа. Предельный радиус формовки равен 1,2 мм. Из условия (3) выбирают необходимую высоту углубления - 4 мм. Ширину углубления принимают равной 100 мм, длину - 4,0 мм. На одном из листов, служащих заготовками наполнителя, отмечают линией на расстоянии 40 мм от края границу технологической зоны. Листы наполнителя соединяют по заданному рисунку электроконтактной сваркой таким образом, чтобы сварные швы, выходящие на сторону технологической части наполнителя, пересекли отмеченную границу. Концы этих швов соединяют дополнительными герметичными сварными швами с местом установки трубопроводов системы ввода-отвода газа. Листы наполнителя собирают с обшивками в пакет, герметизируют аргоно-дуговой сваркой по контуру с установкой газопроводящих трубопроводов. Пакет помещают в оснастку, нагревают до 900^оС, формуют панель подачей давления 1 МПа, вначале между обшивками и листами наполнителя, по завершении формовки обшивок давление стравливают до нуля, затем давление подают между листами наполнителя 1,5 МПа, по окончании формовки наполнителя панель выдерживают под давлением до получения диффузионного соединения контактирующих поверхностей, охлаждают и извлекают готовую панель из оснастки. При исследовании качества диффузионного соединения пор и непроваров не выявлено.PRI me R. A honeycomb panel is made of VT6 titanium alloy with a size of 100 x 100 mm. The thickness of the sheathing sheets is 0.5 mm, the thickness of the filler sheets is 0.6 mm. Using the formula (2), the maximum radius of molding of the filler is determined at 4 MPa (temperature 900 ^о С, strain rate 10 ^-3 s ^-1 ), the maximum pressure in the process is 1.5 MPa. The maximum molding radius is 1.2 mm. From the condition (3), the required height of the recess is selected - 4 mm. The width of the recess is taken equal to 100 mm, the length is 4.0 mm. On one of the sheets serving as filler blanks, mark the boundary of the technological zone at a distance of 40 mm from the edge with a line. The filler sheets are connected according to a given pattern by electric contact welding so that the welds extending to the side of the technological part of the filler cross the marked boundary. The ends of these seams are connected by additional sealed welds to the installation site of the pipelines of the gas input-exhaust system. The filler sheets are collected with the skin in a bag, sealed by argon-arc welding along the circuit with the installation of gas pipelines. The package is placed in a snap-heated to 900 ^{° C,} molded panel feeding pressure of 1 MPa, at first between the skins and sheets of a filler, upon completion of molding sheathing pressure vented to zero, then the pressure is fed between the sheets of a filler of 1.5 MPa, after forming the filler panel kept under pressure until a diffusion connection of the contacting surfaces is obtained, cooled and the finished panel is removed from the snap. In the study of the quality of the diffusion connection of pores and lack of fusion was not detected.

Claims (2)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ, при котором листы наполнителя соединяют по определенному рисунку сварными швами, собирают вместе с обшивками в пакет, герметизируют по контуру, устанавливают в технологической зоне наполнителя газоподводящие трубопроводы, помещают в оснастку, нагревают до температуры сверхпластичности и формуют подачей рабочей среды вначале между листами обшивок и наполнителем, а затем между листами наполнителя, отличающийся тем, что сварные швы наполнителя по крайней мере с одной стороны пакета продолжают в технологическую зону до места подсоединения трубопроводов, а листы обшивки подвергают дополнительной деформации с образованием между обшивкой и наполнителем полости, высоту которой определяют из соотношения
h ≅ 2δ_нап + 2ρ_нап ,
где h - расстояние между обшивкой и наполнителем в технологической зоне;
δ_нап - толщина листа наполнителя;
ρ_нап - предельный радиус формовки наполнителя.1. METHOD FOR MANUFACTURING MULTI-LAYERED PANELS, in which the filler sheets are connected according to a specific pattern with welds, assembled together with the casing in a bag, sealed along the contour, gas supply pipelines are installed in the processing zone of the filler, placed in a snap, heated to a superplasticity temperature and formed by applying a working medium first between the sheathing sheets and the filler, and then between the filler sheets, characterized in that the welds of the filler on at least one side of the bag continue into the technological zone to the place of connecting the pipelines, and the sheathing sheets are subjected to additional deformation with the formation of a cavity between the sheathing and the filler, the height of which is determined from the ratio
h ≅ 2δ _nap + 2ρ _nap ,
where h is the distance between the casing and the filler in the technological zone;
δ _Nap - the thickness of the filler sheet;
ρ _nap - the maximum radius of the molding of the filler. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что швы наполнителя в технологической зоне выполняют прерывистыми с расстоянием между сварными точками не более 2 ρ_нап .2. The method according to claim 1, characterized in that the filler seams in the process zone are intermittent with a distance between the weld points of not more than 2 ρ _nap .

Images