RU2595193C1

RU2595193C1 - Method of producing multilayer metal panels

Info

Publication number: RU2595193C1
Application number: RU2015105668/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Маслов; Артемий Владимирович Молоканов; Сергей Владимирович Шалыга; Виктор Викторович Улесов; Александр Владимирович Шишурин
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-20

Abstract

FIELD: metalworking.

SUBSTANCE: invention can be used in making multilayer panels from titanium alloys by pressure welding at heating, in particular, to aerospace engineering. Preliminary filler sheets are connected by laser welding. Then electric contact welding is used at intersecting zones to connect locally filler sheets. Then superplastic forming is performed and diffusion welding at temperature 900 °C with argon at pressure of 0.12 Mpa of inner and outer filler layers and linings. To prevent sheets' welding argon is blown at pressure 0.4 Mpa.

EFFECT: method provides improved strength characteristics of multilayer cellular products from titanium alloy Ot4-1.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом и может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей в различных отраслях аэрокосмического машиностроения.The invention relates to heated pressure welding and can be used for the manufacture of multilayer metal panels in various fields of aerospace engineering.

Многослойные сотовые (ячеистые) панели широко используются в аэрокосмической промышленности благодаря способности удовлетворять требованиям малого веса и высокой прочности. В настоящее время технология сверхпластической формовки и диффузионной сварки (СПФ/ДС) является основным процессом для изготовления многослойных панелей. Кроме того, сотовые панели из титановых сплавов наиболее широко (из большого множества многослойных панелей) применяются в аэрокосмическом машиностроении.Multilayer cellular (cellular) panels are widely used in the aerospace industry due to their ability to satisfy the requirements of low weight and high strength. Currently, the technology of superplastic forming and diffusion welding (SPF / DS) is the main process for the manufacture of multilayer panels. In addition, honeycomb panels made of titanium alloys are most widely used (out of a large number of multilayer panels) in aerospace engineering.

Тем не менее, обычная технология СПФ/ДС имеет некоторые недостатки:However, conventional SPF / DS technology has some disadvantages:

1) продолжительная диффузионная сварка при высокой температуре делает время всего процесса сварки более долгим;1) continuous diffusion welding at high temperature makes the whole welding process longer;

2) нагружение при высокой температуре (около 900°С) ухудшает характеристики материала и уменьшает срок эксплуатации штампа;2) loading at high temperature (about 900 ° C) degrades the characteristics of the material and reduces the life of the stamp;

3) продолжительность формовки (около 20 часов), включая время нагрева и охлаждения, приводит к росту себестоимости готовой продукции и снижению производительности труда.3) the duration of the molding (about 20 hours), including the heating and cooling times, leads to an increase in the cost of finished products and a decrease in labor productivity.

Время протекания процесса сварки при заданных температуре и давлении в большинстве случаев должно быть минимальным, что обусловлено как физико-механическими, так и экономическими соображениями. Для диффузионной сварки необходимо лишь время для обеспечения плотного контакта и определенной степени развития процессов диффузии. Слишком значительная диффузия может привести к образованию пустот в зоне соединения, а в ряде случаев к изменению химического состава и образованию крупных интерметаллических фаз.The duration of the welding process at a given temperature and pressure in most cases should be minimal, due to both physical and mechanical, and economic considerations. For diffusion welding, only time is required to ensure tight contact and a certain degree of development of diffusion processes. Too significant diffusion can lead to the formation of voids in the joint zone, and in some cases to a change in the chemical composition and the formation of large intermetallic phases.

Известны способы изготовления многослойных металлических сотовых панелей, при которых листовые заготовки заполнителя собирают в пакет, предварительно соединяют между собой электроконтакной сваркой в определенных местах, затем располагают их между обшивкам и размещают в печи, где нагревают до определенной температуры, и при помощи штампа производят формовку и сварку заполнителя с обшивками давлением газа (патенты США №3920175, 1975 г., №4043498, 1976 г., №4304821, 1978 г., №4882833, 1987 г., а также а.с. СССР №1606287, В23К 20/14, 1990 г. и а.с. №1662790, В23К 20/14, 1991 г.).Known methods for the manufacture of multilayer metal honeycomb panels, in which the sheet blanks of the filler are collected in a package, pre-interconnected by electric contact welding in certain places, then placed between the casing and placed in a furnace, where it is heated to a certain temperature, and molding is performed using a stamp and welding of filler with sheathing gas pressure (US patent No. 3920175, 1975, No. 4043498, 1976, No. 4304821, 1978, No. 4882833, 1987, as well as the USSR AS No. 1606287, V23K 20 / 14, 1990 and A.S. No. 1662790, B23K 20/14, 1991).

Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2537980, В23К 20/14, 2014 г., которое было принято авторами за аналог.The closest set of essential features is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2537980, V23K 20/14, 2014, which was accepted by the authors as an analogue.

Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам электроконтактной сваркой. Сваренные листы заполнителя размещают в штампе между листами обшивок, нагревают их и производят формование ячеек заполнителя, осуществляя диффузионную сварку ячеек между собой и с листами обшивок. В процессе формования осуществляют контроль избыточного давления в полости обшивок.Preliminarily, the aggregate sheets are locally connected to each other over intersecting zones by electric contact welding. The welded sheets of aggregate are placed in a stamp between the sheets of cladding, they are heated and the cells of the aggregate are molded by diffusion welding of the cells between themselves and with the sheets of cladding. In the process of molding control overpressure in the cavity of the skin.

Однако при использовании титанового сплава ВТ6С, который имеет (α+β)-структуру, дополнительная лазерная сварка для формирования ячеистой конструкции неприемлема из-за малого количества в составе сплава интерметаллидов.However, when using VT6C titanium alloy, which has an (α + β) structure, additional laser welding to form a cellular structure is unacceptable due to the small amount of intermetallic compounds in the alloy.

Недостатком данного способа является то, что при более длительном процессе СПФ/ДС появляются нестабильности геометрических размеров многослойной конструкции и снижение прочностных характеристик в зонах соединения.The disadvantage of this method is that with a longer SPF / DS process, instabilities of the geometric dimensions of the multilayer structure and a decrease in the strength characteristics in the connection zones appear.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик многослойных изделий из титанового сплава за счет соединения заготовок заполнителя лазерной сваркой в пакет, их локального соединения, размещения между обшивками, установкой собранного пакета в штампе и его нагрева до температуры формовки, формования ячеек заполнителя и диффузионной сварки листов заполнителя с листами обшивок за счет сверхпластической деформации титанового сплава путем подачи газа под давлением между листами заполнителя.The aim of the invention is to increase the strength characteristics of multilayer titanium alloy products by connecting the filler blanks by laser welding into a bag, their local connection, placement between the skin, installing the assembled bag in the stamp and heating it to the molding temperature, forming the filler cells and diffusion welding of the filler sheets with sheathing sheets due to superplastic deformation of the titanium alloy by supplying gas under pressure between the filler sheets.

Способ изготовления многослойных металлических панелей из титановых сплавов осуществляется следующим образом. Предварительно листы заполнителя 1 и 2 (фиг. 1) по внутренним пересекающимся линиям 3 и 4 (фиг. 2) соединяют путем лазерной сварки. Затем электроконтактной сваркой по пересекающимся зонам 5 и 6 локально соединяют листы заполнителя 1 и 2. Материал листов - титановый псевдо-α-сплав ОТ4-1, толщина заполнителей 1 и 2 составляет 1,3 мм, а толщина обшивок 7 и 8 составляет 1,5 мм. Затем поочередно производят сверхпластичскую формовку и диффузионную сварку при температуре 900°С аргоном под давлением 0,12 МПа внутренних и внешних слоев наполнителей и обшивок, а для того чтобы предотвратить сварку листов 1 и 2 заполнителя продували аргоном под давлением 0,4 МПа через трубопровод 9.A method of manufacturing a multilayer metal panels of titanium alloys is as follows. Preliminarily, the aggregate sheets 1 and 2 (Fig. 1) are connected by laser welding along the internal intersecting lines 3 and 4 (Fig. 2). Then, by contact welding on intersecting zones 5 and 6, locally connect the sheets of aggregate 1 and 2. The material of the sheets is titanium pseudo-α-alloy OT4-1, the thickness of the aggregates 1 and 2 is 1.3 mm, and the thickness of the skin 7 and 8 is 1, 5 mm. Then, superplastic molding and diffusion welding at a temperature of 900 ° C with argon under a pressure of 0.12 MPa of the inner and outer layers of fillers and casing are alternately performed, and in order to prevent welding of sheets 1 and 2 of the filler, argon was blown under a pressure of 0.4 MPa through a pipeline 9 .

Таким образом, при применении способа, объединяющего сварку лазерным лучом, сверхпластическую формовку и диффузионную сварку, сокращается время всего процесса СПФ/ДС. Это приводит к снижению стоимости изготовления готовых деталей и увеличению срока службы штампа, повышаются прочностные характеристики за счет уменьшения влияния к изменению химического состава и образования хрупких интерметаллических фаз псевдо-α-сплава ОТ4-1.Thus, when applying the method combining laser beam welding, superplastic molding and diffusion welding, the time of the whole SPF / DS process is reduced. This leads to a decrease in the cost of manufacturing finished parts and an increase in the service life of the stamp, strength characteristics increase due to a decrease in the effect of a change in the chemical composition and the formation of brittle intermetallic phases of the pseudo-α-alloy OT4-1.

Claims

A method of manufacturing multilayer metal panels made of titanium alloys, comprising locally joining the aggregate sheet blanks assembled in a package over intersecting zones, placing them between the skins, installing the resulting bag in a stamp and heating it to the molding temperature, forming the filler cells and welding the filler sheets with the sheathing sheets for due to superplastic deformation of the titanium alloy by supplying gas under pressure between the filler sheets, characterized in that the compounds are preliminarily carried out ix package blanks filler using laser welding, and subsequent local connection blanks carried by the intersecting zones electric-welding, the use of filler sheets of titanium OT4-1 pseudo-α-alloy.