Способ диффузионной сварки и устройство для его осуществления

Способ диффузионной сварки и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварке металлов давлением, в частности к диффузионной сварке разнородных материалов , и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель - повьппение качества соединения. Активацию и очистку свариваемых поверхностей от окисных пленок производят путем механического дробления и вытеснения остатков окисной пленки из зоны контакта деталей в условиях температуры и давления сварки, а также приложения сдвигающих усилий в момент, когда происходит начальная стадия формирования контакта. Механическое дробление осуществляют путем вдавливания специального рельефа высотой 0,2-0,25 суммарной пластической деформации пакета деталей в поверхность более мягкой детали с последующим поворотом деталей одной относительно другой на угол Я 360 х 0:1, где D - диаметр образца, I - шаг спирали . Очистку осуществляют в устройстве , содержащем вакуумную камеру, подвижный и неподвижный штоки, нагреватель-индуктор . На иижнем подвижном штоке размещен пуансон с консольными рычагами. На одном конце рычага шарнирно закреплен снабженный нагревателем стержень из сплава с памятью формы , другой конец рычага связан с обоймой. Очистка свариваемой поверхности от окисных пленок осуществляется путем относительного поворота деталей в приспособлении на большие углы за счет храпового механизма. Создаются значительные вращающие моменты , определяемые диаметром и температурой нагрева тяги из сплава с памятью формы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. (Л 4 4 ;о ГС СХ)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

50 4 В 23 К 20/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4103227/31-27 .(22) 19.05.86 (46) 07.01.89. Бюл. № 1 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) П.A.Áîðäàêîâ, О.В.Куприн, С.Ф.Демичев, В.И.Любимов, В.А,Барвинок и И.С.Гришин (53) 621.791.66.03(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 888409, кл. В 23 К 20/26,16.05.80.

Авторское свидетельство СССР № f397226, кл. В 23 К 20/26, 11.05.86. (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварке металлов давлением, в частности к диффузионной сварке разнородных материалов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Цель — повышение качества соединения.

Активацию и очистку свариваемых поверхностей от окисных пленок производят путем механического дробления и вытеснения остатков окисной пленки из зоны контакта деталей в условиях температуры и давления сварки, а также приложения сдвигающих усилий в

„„SU„„1449287 А1 момент, когда происходит начальная стадия формирования контакта. Механическое дробление осуществляют путем вдавливания специального рельефа высотой 0,2-0,25 суммарной пластической деформации пакета деталей в поверхность более мягкой детали с последующим поворотом деталей одной относительно другой на угол Sl = 360 х D:f где D — диаметр образца, t — шаг спирали. Очистку осуществляют в устройстве, содержащем вакуумную камеру, подвижный и неподвижный штоки, нагреватель-индуктор. На нижнем подвижном штоке размещен пуансон с консольными рычагами. На одном конце рычага шар- а нирно закреплен снабженный нагреватеЗ лам старааиь ив сплава с памятью фср- (/) мы, другой конец рычага связан с обоймой. Очистка свариваемой поверх- С» ности от окисных пленок осуществляется путем относительного поворота деталей в приспособлении на большие 1 » углы за счет храпового механизма. ф

Создаются значительные вращающие мо- ф» менты, определяемые диаметром и тем- р . пературой нагрева тяги из сплава с памятью форма. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. 00

1449287

Изобретение относится к сварке металлов давлением, в частности к диффузионной сварке разнородных материалов, и может быть использовано в раэ- 5 личных отраслях машиностроения.

Цель изобретения — повышение качества соединения.

На фиг. 1 дано устройство, общий вид, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг.1 0

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно на свариваемой поверхности более прочной детали выполняют спиральную канавку треуголь- 15 ной формы высотой 0,2-0,25 суммарной деформации свариваемых деталей. Детали устанавливают в вакуумной камере, сдавливают, нагревают, осуществляют их относительное вращение и 20 сваривают диффузионной сваркой.

Относительное вращение свариваемых деталей осуществляют на угол II =

360 D/I, где D — диаметр деталей, Р— шаг спирали. 25

Благодаря выполнению на свариваемой поверхности более прочной детали спиральной канавки треугольной формы высотой 0,2-0,25 суммарной деформации свариваемых деталей и отно- 30 сительному повороту деталей на угол

Т = Р/k повышается качество соединения раэнородньм материалов, имеющих прочные окисные пленки, эа счет механического разрушения и вытеснения окисной пленки из эоны контакта, а также вследствие приложения сдвигающих усилий при нагреве до температуры, близкой к температуре сварки, когда происходит начальная стадия 40 формирования диффузионного соединения, локализации процессов деформа— ции и направленного массопереноса в узкой приконтактной зоне.

Оптимальную высоту канавок опре- 45 деляют опытным путем. При высоте рельефа менее 0,2 суммарной деформации деталей не обеспечивается необходимая очистка и активация поверхностей вследствие недостаточного пластического течения материала по впадинам спирального рельефа. При высоте рельефа более 0,25 суммарной деформации пакета деталей при сварке на дне канавок спирального рельефа возможно образование несплошностей, снижающих качество соединения.

Миниманьный необходимый для полного удаления остатков окисной пленки иэ эоны контактов угол определяют из соотнош<-.ния =- 360 Р/1, где 1) диаметр образца, t — шаг спиранн (расстояние, на которое удаляется точка, движущаяся по спирали, за один оборот от центра спирали).

Приведенное соотношение для минимального необходимого угла поворота показывает, что для выведения остатков окисной пленки и приповерхнос ных слоев металла из центра свариваемой поверхности бсНее мягкой детали к краю поверхности в грат необходимо повернуть детали одну относительно другой на угол, определяемый числом витков спирали на свариваемой поверхности образцов = D/k, т.е. точки, перемещаясь по канавкам спирали иэ центра к краям, совершают число обо1 ротов, равное количеству витков, прежде чем выйдут на поверхность.

Пример. Сваривали титановый сплав ВТ20 с алюминиевым сплавом

АК4-1, Для очистки перед сваркой на поверхность титанового образца наносили способом механической обработки спиральную канавку треугольной формы высотой 0,2 мм. Затем детали устанавливали в вакуумную камеру, созда-. вали в ней вакуум 1 10 мм рт.ст., детали нагревали до 400 С, сжимали усилием 0,2 кг/мм, осуществляли их относительный поворот для очистки свариваемых поверхностей. Затеи темо пературу повышали до. 520 С, сдавливали усилием 0,3 кг/мм и осуществляли иэотермическую выдержку. Проведенные механические испытания показали повышение качества соединения.

Устройство для диффузионной сварки содержит вакуумную камеру 1 (фиг. 2,3), подвижный 2 и неподвижный 3 штоки, нагреватель 4, деформирующийся элемент, выполненный в виде стержня 5 из материала с памятью фор» мы, с надетым на него ленточным нагревателем 6 и обойму 7, надетую на подвижный шток 2. В обойме 7 установлен с возможностью вращения в подшипниках 8 и 9 пуанcoí 1С, выполненный иэ двух элементов 11 и 12 с храповым механизмом 13 между ними и с консольными рычагами 14 и 15. Кореец консольного рычага 14 соединен с обоймой 7 стержнем 5, а конец дополнительного рычага 15 — пружиной 16 храпового механизма 13.

1 144928 4

Устрой(тв(. раб а».(и п»дующим образом.

Подготовленные под сварку детали

17 и 18 закрепляют в неподвижном штоке 3 и в пуансоне 10. Далее детали предварительно сжимаю" и нагревают с помощью нагревателя 4 дс температуры ниже температуры сварки.

В этих условиях идет пластическая деформация приконтактной зоны, во время которой окисная пленка на более мягком образце механически дро» бится посредством рельефа, нанесенного на более твердую деталь. Одновременно ленточным нагревателем 6, намотанным на стержень 5 иэ сплава с памятью формы, увеличивают его температуру до 200-250 С. При этом температуре в сплаве с памятью формы типа нитинола происходят обратимые структурные (мартенситные) превращения, в результате чего его длина уменьшается на 12-!57, развивая усилия сжатия 40-60 кг/мм.

Усилие, возникающее при уменьшении длины стержня, один конец которо1 го закреплен на обойме 7 передае ся через рычаг 14 и храповой механизм

13 на пуансон 10, который, являясь осью рычага 14, производит вращение детали 17 вокруг своей оси, вследствие.чего за счет относительного перемещения свариваемых поверхностей происходит постепенное перемещение остатков окисной пленки и приповерхностных слоев более мягкого (легкоплавкого) металла, затекающих в результате пластической деформации и сдавливая в неровности спиральной канавки более твердой и тугоплавкой детали от центра к краям. Часть усилия, возникающего от уменьшения длины стержня 5, через рычаг 14 воспринимает пружина 16.

При прекращении нагрева стержень

5 вновь увеличивает свою длину, Для того, чтобы стержень 5 не потерял устойчивости, встав "в распор между рычагом 10 и обоймой 7, в устройство введен храповой механизм 13. Выступы, выполненные на элементе 11 пуансона 10, переместившись вверх, позволяют стержню 5 вернуться в исходное положение. Свойства сплавов с памятью формы таковы, что для полного воэвращс.ния в исходно» подож»пие»тержпю

5 до нагрева необходимо приложить некоторое дополнительное растягиваю5 щее усилие значительно меньшее чем

1 то, которое прикладывают при нагреве, Эксперименты показывают, что эти растягивающие усилия должны быть порядка 2-5 кг/мм . Это необходимое усилие создает предварительно растянутая на этапе нагрева стержня 5 при повороте деталей одной относительно другой пружина !6, которая передает его через рычаг 15 на стержнь 5.

Путем повтора циклов нагрева-охлаждения стержня 5 детали поворачивают на любой угол, необходимый для полной очистки свариваемых поверхностей от окисной пленки и вывода ее иэ зо20

Формула изобретения

1. Способ диффузионной сварки, 25 при котором свариваемые детали. устанавливают в вакуумной камере, сдавливают, нагревают, осуществляют их относительное вращение и сваривают, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения, на свариеваемой поверхности более прочной детали выполняют спиральную канавку треугольной формы высотой 0,2-0,25 суммарной деформации свариваемых деталей, а вращение осу35 ществляют на угол (! = 360 D/t, где D — - диаметр деталей, 1 — шаг спи-! р а-пи

2. Устройство для диффузионной сварки, содержащее вакуумную камеру, подвижный и неподвижный штоки, нагреватель, обойму, надетую на один из штоков, с установленным в ней с воэможностью вращения пуансоном с

45 консольным рычагом, соединенным с обоймой деформирующимся элементом с надетым на него ленточным нагревателем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьлпения качества сое50 динения, пуансон выполнен из двух элементов с храповым механизмом между ними и дополнительннм KoHcoJlbHbIM рычагом, соединенным с обоймой пружиной храпового механизма, а деформирующийся элемент выполнен в виде

55 ,стержня из материала с памятью формы.

1449287

4-А

Срставитель Т,Олесова

Редактор B,Äàíêî Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец

Заказ 6908/ 13 Тираж 922 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4