Способ точечной сварки

Способ точечной сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

с..зс.„, - IQ П И С А Н И Е

Социалистических И ЗО БР ЕТЕ Н И Я

«» 943076

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 28.02.79 (21) 2731002/25-27 с присоединением заявки— (23) Приоритет :

1(43) Опубликовано 07.07.82. Бюллетень ¹ 25 (45) Дата опубликования описания 07.07.82 (51) Ч 1»л з В 23 K 11/10

Государственный комитет (53) УДК 621.791.763 (088.8) по дедам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Д. С. ВоРона, П. Б. ШендеРович, С. М. 1 уревич,„

М. М. Нероденко, Е. А. Аснис и С. П. Заболотин

М с:

Государственный научно-исследовательский инстит т им. Г. М. Кржижановского и Ордена Ленина и орде а

Трудового Красного Знамени институт электросварктт--им. Е. О. Патона (71) Заявители (54) СПОСОБ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Изобретение относится,к способам сварки, в частности точечной сварки, и может быть использовано для создания контакта между двумя поверхностями, по меньшей мере одна из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покрытие.

При изготовлении изделий, использующих в качестве токонесущих элементов сверхпроводники, возникает задача электрического соединения участков сверхпро- 10 водника. Такое электрическое соединение должно обладать сверхпроводящими свойствами, что повышает эксплуатационную надежность изделий и улучшает их эконом ические показатели. 15

Кроме того, все более широкое использование явления сверхпроводимости в различных областях техники, совершенствование технологии изготовления сверхпроводников и изделий с их применением, приво- 20 дит к необходимости осуществлять контакт элементов со сверхпроводящим покрытием с различного рода конструкционными материалами, например с целью обеспечения уплотнения по поверхности со сверхпрово- 25 дящим покрытием.

В любом из описанных выше случаев задача сильно осложняется, если применяются современные сверхпроводящие материалы с высокими критическими парамет рами (температурой, магнитным полем) на основе интерметаллических соединений, на,пример такие, как Nb Sn (ниобий — олово), V>Ga (ванадий — галий) и т. и.

Сложность состоит в том, что такие свер»проводники»рупки, отслаиваются от подложки, на которую они нанесены, плохо деформируются и легко окисляются.

Наиболее полные исследования способов соединения интерметаллических сверхпроводников между собой пли с другими конструкционными материалами проведены в СССР (1).

В указанны» исследованиях определены основные параметры технологических процессов, используемых в способах холодной сварки давлением, сварки в вакууме с жидкой прослойкой, а также точечной сварки.

Первые два способа (холодная сварка давлением и сварка в вакууме с жидкой прослойкой) предполагают соединение со сверхпроводником хотя бы в виде линейных образований.

В способе холодной сварки давлением приведение в пластическое состояние и последующее пластическое деформпрование

»рупкого интерметаллического сверхпроводника, например Nb>Sn, осуществляется в условиях всестороннего неравномерного

941076 сжатия, создаваемого с помощью рифлены; роликов.

Однако, как показали эксперименты, происходит зна|чительное разрушение слоя сверхпроводника. Значительно лучшие резульгаты были получены в способе сварки в вакууме с жидкой прослойкой, который включает размещение промежуточной расплавляемой прослойки между соединяемыми поверхностями, нагрев зоны сварки и приложение усилия,K свариваемым поверхностям. Однако удалось получить лишь линейный контакт поверхностей, причем только отдельные точки этой линии соответствовали химическому соединению Nb>Sn (стехнометричеакому составу сверхпровоника). Кроме того, такой способ технологически сложен, поскольку требует создани;-(вак ума.

Поэтому наиболее приемлемы;i способом сое,;инения интерметалличсских сверхпроводников оказался способ точечной сварки, который может быть осуществлен конгактиой конденсаторной и ультразвуковой сварками, а также сваркой лазерным или электронным лучом.

Общим характерным и определяющим тея.оло: ическим фактором для любого вида точечной сварки в применении к соедипсни.о интерметаллически . сверхироводников является локальность и кратковрсмсн юсть нагрева точки сварки, что гарантирует незначительность протекаюгцих в свсрхнроводнике окислнтельных процессоз.

Известен способ точечной сварки двух деталсй, Ifo крайней мере, одна из которы; имеет интерметалличсское сверхпроводящее покрытие, заключающийся в том, что

BIIGc..ò в зону сварки избыточное количество легкоплавкого компонента интерметалличсского соединения и подвергают каждую точку сварки локальному кратковременному нагреву при приложении усилия сжатия (2j.

Указаннь.й способ обеспечивает очистку соединяемых сверхпроводящих поверхностей от окнсных пленок и их физический контакт за счет смачивания жидким металлическим расплавом легкоплавкого KQMпонента соединения. При этом повышение интенсивности теплового потока приводит к получению высоких критических параметров областей сверхпроводящих переходов между соединяемыми поверхностями, что объясцястся и увеличением центров пинннпга в области перехода и некоторым диффузионным процессом и меньшим и

Окисл ительн ыми процессами.

Однако увеличение интенсивности теплового потока, поставляемого в точку сварки, в этом способе ограничено, поскольку начинается отслаивание сверхпроводящего и о кр 61тия.

Сдавливание соединяемых поверхностей несколько повышает максимально допустимую интенсивность теплового потока.

Отслаивание сверхпроводящего покрытия, а также его растрескивание связано с малой пластичностью интерметаллических соединений и происходит в результате совпадения во времени процесса удаления жидкой прослойки легкоплавкого компо10 нента соединения с процессом основных структурных изменений в сверхпроводящем покрытии.

Кроме того, выбор параметров режима сварки в сильной степени зависит от жест15 кости соединяемых элементов, а стабильность получаемых результатов особенно снижается, например, при соединении трубчатых элементов.

Целью изобретения является повышение

- 0 качества сварки.

Цель достигается тем, что нагрев осуществляют серией тепловых импульсов с нарастающей, интенсивностью подвода тепла в каждом последующем импульсе, а усилие сжатия увеличивают в процессе нагрева для каждого последующего теплового импульса.

Зто устраняет отмеченные выше недостатки благодаря разделению во времени

30 процесса удаления жидкой прослойки и процесса основных структурных измснспий в сверхпроводящем покрытии в момент образования физического, контакта, а также улучшению условий деформирования соеЗ5 диняемых поверхностей при сохранении локальности и кратковременности нагрсва.

Одновременно с этим происходит увеличение площади физического контакта соединяемых поверхностей в каждой точке

4р сварки, более полное удаление окисных пленок и примесей, а также хорошая герметизация точки сварки, что практически предотвращает окислительные процессы, 45 На чертеже показана схема процесса.

Способ точечной сварки для осуществления контакта двух поверхностей, по меньшей мере одна из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покры50 тие, заключается в том, что на интерметаллическое сверхпроводящее покрытие 1 детали 2, имеющей произвольную геометрическую форму, например выполненную в виде трубы, наносят в зоне будущей сварки слой 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения с помощью, например, электролитичеакого метода.

Сверхпроводящее покрытие 1, расположенное на внутренней поверхности детали бр 2, сформировано на слое 4 тугоплавкого компонента интерметаллического соединения, например, с помощью жидкофазного диффузионного процесса. Слой 4 металлургически соединен со слоем 5 стабилизирую

65 щего материала.

941076

Мощность Амплитуда

Амплитуда нмптльсного у си 1I(5I сжатия, даН

Длительность импульса, мс сварочного тока, кА теплового потока, Вт/см Импульс

250

Первый

Второй

Третий

Четвертый

Пятый

51,020

102,040

153,060

204,080

255,100

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

Затем деталь 2 размещают с перекрь..тием и соосно с деталью 6, также имеющей трубчатую форму, выполненной из биметалла со слоями 7, 8.

Сдавливают детали 2, 6 между собой с помощью приспособления, которое создает усилие, локализованное в точке сварки после чего осуществляют нагрев точки сварки серией тепловых импульсов, причем в каждом последующем тепловом импульсе интенсивность подвода тепла, т. е. мощность теплового потока, нарастает. Нагрев точки сварки сопровождают увеличением усилия сжатия каждого последующего теплового импульса.

Тепловой импульс в точке сварки может быть создан, например, лучом лазера, электронным лучом, либо сварочным током в способе контактной сварки.

В последнем случае приспособление 9 используется в,качестве электродов.

В результате нагрева серией тепловых импульсов и нарастающего усилия сжатия происходит расплавление слоя 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения с образованием ядра 10 жидкой прослойки, ее выдавливание с одновременной герметизацией точки сварки, постепенная деформация деталей 2 и 6 и физический контакт их поверхностей в точке сварки. При этом тепловые импульсы с наибольшей интенсивностью подвода тепла, а также наибольшие усилия сжатия приходятся на момент достижения физического контакта поверхностей.

Аналогичным путем можно достигнуть соединения двух поверхностей,,каждая из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покрытие.

Способ точечной сварки позволяет повысить качество процесса сварки, благодаря чему обеспечивается сохранение сверхпроводящих свойств и токонесущей способности сверхпроводящего покрытия, соединенного с конструкционным материалом.

Повышаются критические параметры сверхпроводящих переходов при соединении двух интерметаллических сверхпроводников.

Появляется возможность гарантировать указанные выше критические параметры при любы.; геометрически.; формах соединяемых сверхпроводников, а также удается соединить между собой разнородные сверхпроводники.

Пример конкретных условий осуществления способа и конкретных компонентов интерметаллического соединения.

В способе точечной сварки для осуществления контакта двух поверхностей, одна из которых имеет пнтерметаллическое сверхпроводящее покрытие 1, выполненное из Nb>SII (ниобий — олово), на покрытие

1 в зоне сварки наносят тампоном слой 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения нз SII (олова). Покрытие 1 детали 2 получено на слое 4 тугоплавкого компонента интерметаллического

20 соединения из Nb (ниобия) с помощью жидкофазного диффузионного процесса при термообработке в диффузионной камере.

Слой 4 металлургическп соединен со слоем

5 стабилизирующего материала из Сп (меди). Деталь 2 имеет форму трубы и покрытие 1 расположено на внутренней поверхности труоы.

Покрытие 1 детали 2 должно быть соединено с биметаллической деталью 6, также выполненной в форме трубы, причем контакт обеспечивается со слоем 7 из Nb (ниобия). Слой 8 детали 6 выполнен пз Си (меди) .

Детали 2 и 6 размещаются соосно и с

85 перекрытием.

Точечная сварка ооуществляется способом контактной конденсаторной трансформаторной сварки сопротивлением, сдавливание соединяемы; поверхностей осуществляется электродами 9.

Сварная точка получена с помощью пяти импульсов сварочного тока, каждый из которы.; сопровождался наложением им45 пульсного усилия сжатия на статическое сжатие электродов.

Параметры режима сварки сведены в таблицу.

941076

Формула изобретения

Составитель Л. Комарова

Техред И. Пенчко

Корректор С. Файн

Редактор Н. Коляда

Заказ 687/530 Изд. № 177 Тирани 1151 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и откр>ятпй

113035, Москва, Ж-35, Раушская и;б., д. 4/5

Тип. Харьк. сг нл. пред. «Пате..т»

Статическое усилие с>катия электродов было вь;брано равным 200 даН.

Проведение исследования точки сварки не обнаружили повреждений сверхпроводящего покрытия 1.

Способ точечной сварки деталей, по крайней мере одна из которых имеет пнтерметалличеакое сверхпроводящее пс крытие, состоящий в том, что в зону сварки вводят избыточное количество легкоплавкого компонента интерметаллического соединения и подвергают каждую точку сварки локальному кратковременному нагреву при приложении усилия сжатия, от л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, нагрев осуществляют серией тепловых импульсов с нарастающей интенсивностью подвода тепла в каждом последующем импульсе, а

55 усилие сжатия увеличивают в процессе нагрева для каждого последующего теплового импульса.

Источники информации, принятые ва

10 внимание при экспертизе;

1. Разработка технологии и создание оборудования для сварки токоведущих частей конструкции сверхпроводящих кабе15 лей. Научно-технический отчет ИЭС им.

Е. О, Патона ЛН УССР, Киев, 1975.

2. Патент Франции № 2192744, Н 01 V

11/ОО, 1974.