Способ соединения материалов

(19) (11) 4(51) В 23 К 28/00; В 23 К 1 00 ЕРИ л и л. Р 13В.Ю.Надеин,Мержанов ордена Тр политехнич Куйбышева 88.8) свидетель 3 К 28/00,довогоский тво ССС976 сОюз советснихСОЦИАЛИСТИЧЕО.(ИКРЕСПУБЛИК госуда ственный комитет сссе по делдм изоБретений и отнрыти 1(61) 747661(54) (5 ЛОВ по ч а ю повыше сварно ния эк сварно темпер перату смеси СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МАТ А- авт,св, Р 747661, о т и й с я тем, что, с целью ия прочностных характеристик о соединения, после сгораотермической смеси нагрев о соединения продолжают при туре ниже адиабатической темы горения экзотермическойоа 100-500 С в течение 2-15 с.Изобретение относится к технологии неразъемного соединения, преимущественно тугоплавких и разнородных материалов,По основному авт.св. 9 747 бб 1известен способ соединения материалов, при котором в зазоре размещают экзотермическую смесь, содержащую металлы 1 У, У групп, Периодической системы и неметалл-бор или углерод, нагревают ее со скоростью, 10обеспечивающей ее самовоспламенениеи расплавление образующегося в процессе синтеза тугоплавкого соединения при температуре выше критической температуры теплового взрыва смеси Ц .При этом нагрев осуществляетсяпропусканием электрического токаили с помощью теплопроводящих блоковс различной теплопроводностью.20Известный способ обеспечиваетсоединение тугоплавких материалов,Кроме того, прочностные характеристики соединения невысокие вследствие неполного сгорания экзотермической смеси и из-за быстрогоостывания шва после прекращения нагрева,Цель изобретения - повышениепрочностных характеристик сварногосоединения.30Цель достигается тем, что согласно способу соединения материалов после сгорания экзотермической смесинагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горения экзотермической смеси на 100-500 С в течение 2-15 с.Способ осуществляется следующимобразом. 40Берут соединяемые детали, свариваемые поверхности предварительнозачищают и обезжиривают (ацетоном,спиртом, бензином). Между свариваемьщи поверхностями затем помещаютэкзотермическую смесь металлов 1 У,У групп Периодической системы и неметалла - бор, углерод, например15+ С или Т( + С. Смесь наноситсяв виде порошка слоем толщиной 0,10,5 мм. Это оптимальная толщина,установленная экспериментально,обеспечивающая устойчивый процесс горения, Соединяемые детали сжимаютусилием 10-30 кгс/см для обеспече 2ния плотного контакта после воспламенения и расплавления экзотермической смеси. Интервал усилий определяется прочностными характеристиками свариваемых деталей при температурах воспламенения смеси, Затем 60сборку нагревают. Нагрев можно проводить любым способом, например электрическим током, индукционным способом, до температуры тепловоо взывасмеси. Эта температура для каждой щ смеси определяется экспериментально и зависит от большого числа параметров (от частоты исходных продуктов, дисперсности, скорости нагрева и тд,)В общем случае температура нагрева должна быть на 100-500 Со ыше температуры плавления конечного продукта реакции экзотермической смеси. Горение смеси протекает 0,1-3 с. После горения смеси (что сопровождается свечением) нагрев сварного соединения продолжают притемпературе ниже адиабатической температуры горения экзотермической смеси на 100-500 ОС в течение -15 с.При горении конденсированных систем типа металл-неметалл существуютдве стадии процесса - распространение волны горения и догорание, существование которых обусловлено особенностями кинетики взаимодействия реагентов через слой образующегося тугоплавкого продукта. Первая стадия характеризуется неполнотой превращения вещества, во второйстадии нри относительно малом тепловыделении может прореагировать значительная часть вещества, Всякая экзотермическая реакция требует некоторой начальной пороговой энергии, после которой происходит самораспространение этой реакции при отсутствии теплопотерь или незначительных потерях тепла, не препят - ствующих нормальному протеканию реакции, Вследствие теплопотерь реакция может не доходить до конца.В обычных условиях имеются большие теплопотери, поэтому для их компенсации необходимым является дополнительный нагрев, Интервал температур выбирается экспериментально. Однако можно определять температуру нагрева расчетным путем, исходя из теплопотерь, имеющих место при осуществлении способа. Время стадии догорания также определено экспериментально по данным рентгено-фазового анализа, который позволяет определить наличие промежуточных и конечного продуктов реакции горения экзотермической смеси, из чего можно заключить - прошла реакция до конца или оборвалась из-за теплопотерь на каком-либо этапе. Увеличение хе времени дополнительного нагрева приводитк разрушению свариваемых образцоввследствие распространения температуры шва в образец.Для сравнительных испытаний берутся Т-образные цилиндрические образцы высотой 35 мм с площадью в месте контакта80 мм . Между предварительно обезжиренными спиртом или ацетоном поверхностями помещают гетерогенную смесь в виде слоя 0,10,5 мм, состоящую из порошка ниобияили титана и углерода в стехиометри1148745 ВремяосновТемпература дополнитель ного нагрев Ток, редел прочности,кг/мм согласно й способуЭкзотермическаясмесь Времядополнительногонагрева, с Свариваемыематериалы емпеатура спышо и, С ного агреизвестному в едла- емому Ниобийуглерод 1600 1 Нержавеющаястальнержавеющаясталь Нержавеющастальнержавеющасталь 000 1000 7 итан- глеро Ниобийнержавеющая стал 6 иобий- глерод 2000 9 Ниобий- углерод Сталь сталь 1700 00 1200 5 5 5, Стал,сталСтал стал 170 00 42 иобий- глерод 5 5 Ниобийуглерод 22 17 200 12 0 5 5 тал тал Ниоб угле 700 200 таль 45 таль 45 Ниобийуглерод 1600 12 5 5 таль таль обий леро 1700 600 1200 2 Составитель В.Влодавскаяедактор А.Козориз Техред С. Легеза Корректор Н,Корол 1/93/9 Тир ВНИИПИ Государств по делам изобрет 13035, Москва, Ж аказ ж 1086нногоний и5, Рауш ПодписноССР д.4/5 митет крыти кая н Филиал ППП .Патент, г,ужгород, ул.Проектная,ческом соотношении. Полученную сборку сжимают усилием 10-30 кг/см инагревают пропусканием электрического тока в атмосфере аргона. Ток 10001200 А подают 6-10 с. За зто время зкзотермическая смесь и прилегаюшие кней поверхности образцов нагреваются до начальной температуры порядка900 ф 200 С., после чего смесь практически мгновенно саморазогревается вследствие возникновения теплово-,10го взрыва. Саморазогрев сопровождаетсй ярким белым свечением. Послепрекращения саморазогрева ток снижают и процесс ведут при температуре на 100-500 ОС ниже адиабатической температуры горения, Исследования образцов на разрыв проводятся на разрывной машине Рпо стандартной методике. Данные испытаний сведены в таблицу.Предлагаемый способ позволяет повысить прочность соединения приблизительно в 1,5-2 раза по сравнению с известным и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других областях техники для получения высокопрочных неразъемных соединений,