Способ диффузионной сварки

)3 В 23 К 20/14 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТСССР Е ИЗОБРЕТЕНИ ОПИС К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 32ем сверхпластичности.Г. Исмагилов и Н.А.ельство СССР20/14, 1982,УЗИОННОЙ СВАРКИсварка прецизионных зобретения; при дифталей, их стыкуют по Изобретение относится к сварке давлением и может быть использовано при сварке прецизионных деталей,Известен способ сварки, преимущественно цилиндрических деталей, заключающийся в том, что детали стыкуют по свариваемым торцам, после чего к противолежащим торцам прикладывают сварочное давление и производят диффузионную сварку. При этом значения степеней деформации, при которых образуется качественно сварное соединение, составляет до 10, Недостатком способа является низкое качество сварного соединения из-за наличия краевых непроваров,Известен способ сварки, преимущественно цилиндрических деталей с предварительной механической обработкой свариваемых поверхностей, которая заклю(71) Институт проблметаллов АН СССР(57) Использование:изделий. Сущность ифузионной сварке де свариваемым поверхностям, между ними и пуансоном по периметру устанавливают технологическое кольцо, сборку нагревают и осуществляют сварку в процессе изотермической выдержки под давлением, Предварительно определяют структуру свариваемого материала по сечению прутка, например, с помощью металлографического анализа и кольцо берут толщиной не менее ширины выявленной периферийной зоны с мелкозернистой структурой, а перед изотермической выдержкой его удаляют. 1 з.п.ф-лы. 1 ил, 1 табл. чается в том, что по периметру свариваемой - ф поверхности одной из деталей предварительно выполняют кольцевой выступ наво- (Л лакиванием металла с боковой поверхности детали. Детали стыкуют по свариваемым поверхностям и производят их сварку, Под действием приложенного сварочного давления кольцевой выступ сминается, образуя по периметру сварнОе соединение, которое препятствует раскрытию зоны сварки и за щищает свариваемые поверхности от окру- - з жающей среды, кроме того, кольцевой выступ вследствие больше. степени деформации характеризуется вйсокой дефектностью структуры, наличйекоторой облегчает протекание процессов образования физического контакта и объемного взаимодействия; что способствует повышению качества сварки,10 15 20 30 35 40 50 Основным недостатком способа является снижение производительности процесса за счет введения дополнительной бперации наволакивания, которая сама по себе является трудоемкой. Для выполнения равномерного выступа необходима точная установка детали в приспособлении станка, исключающая биение детали при ее враще- нии, а также строго регламентированная подача резца. Кроме того, наволакивание металла с боковой, поверхности приводит к нарушению точности диаметральных размеров детали.За прототип предлагаемого решения выбран способ диффузионной сварки, при котором между пуансоном и свариваемой деталью по периметру устанавливают многослойную деформируемую прокладку и металлическую полосу. Последнее необходимо для обеспечения герметичности Соединения, Однако, если данный технологический прием использовать для сварки деталей из прутков, то сварное соединение будет неравнопрочным, Это обусловлено неоднородностью структуры заготовок по поперечному сечению, Из-за особенности деформации в процессе изготовления промышленные прутки по периферии имеют мелкозернистую структуру, в центре размер зерен на порядок выше, а между этими зонами структура смешанная, При назначении режимов сварки эта неоднородность не учитывается, Если усилие сварки Рсв., а следовательно, и скорость деформации е будут выбраны исходя иэ размеров зерен в центральной части прутка, то это приведет к тому, что сварка периферийной части будет происходит в режиме, не соответствующем структуре свариваемых материалов, а именно при скоростях деформации, превышающих требуемые, Соответственно, значительно возрастает скорость деформации микровыступов, . Как известно, высокие значения скорости деформации, особенно микропластической; обуславливают упрочнение приконтактного объема металла, что приводит к тому, что развитие физического контакта прекращается.Описываемый недостаток присущ и аналогзм, хотя делается попытка создать по периферии высокую дефектность структуры для облегчения образования физического контакта и объемного взаимодействия. Но размера нволакиваемого "пояска" не могут быть согласованы по технологическим причинам с размерами периферийной мелкозернистой зоны. Наличие же кольца усугубляет недостаток, связанный с неравнойрочностью.соединения, поскольку кольцо кднцентрирует усилие и еще более увеличивает скорость деформации.Целью изобретения является повышение качества сварного соединения,Поставленная цель достигается способом диффузионной сварки, при котором детали сты куют по свариваемым поверхностям, между ними и пуансоном по периметру устанавливают технологическое кольцо, сборку нагревают, сдавливают и осуществляют сварку в процессе изотермической выдержки под давлением.В отличие от прототипа, предлагается определять структуру свариваемых деталей, например, с помощью металлографического анализа, технологическое кольцо выбрать толщиной стенки не менее размера выявленной периферийной зоны с мелкозернистой структурой, т,е. 0,2-0,5 радиуса свариваемых деталей, а перед иэотермической выдержкой его удалять.Рекомендуется при сварке деталей иэ титановых сплавов размеры кольца брать 3 - (0,2 - 0,5)й, исходят иэ практически выявленной неоднородности.Наличие технологического кольца на этапе, когда детали сдавливают до изотермической выдержки, позволяет дифференцировать сварочные усилия и обеспечить такие температурно-скоростные условия деформацйи приконтактного объема, при которых проявляется сверхпластичность. При этом упрочнения приконтактного объема не происходит, развивается физический контакт, обеспечивается герметичность, а окончательная сварка происходит при иэотермической выдержке под давлением, в результате чего получается равнопрочное соединение по всей свариваемой поверхности.При исследовании патентной и научнотехнической литературы авторы не обнаружили использования при сварке технологического кольца, геометрические размеры которого учитывали бы неоднородность структуры свариваемых промышленных прутков, что позволяет считать, что предполагаемое изобретение соответствует критерию "существенное отличие".На фиг. 1 представлена схема предлагаемого способа, где 1.2 - свариваемые детали; 3 - технологическое кольцо; 4 - штамп. Пример конкретного выполнения. Иэ сплава ВТЗМ были изготовлены цилиндрические заготовки диаметром 16 мм и длиной 30 мм и вырезан микрошлиф. При помощи металлогрзфического анализа шлифа установлено, что размер периферийной зоны составил 7 мм, Следовательно, толщина стенки 8 технологического кольца долж1757825 Зависимость сварочного давления и скорости деформации от типа структуры свариваемых деталей прие=5 О, Тсв,=950 С.на быть равна также 7 мм. Две заготовки собирают, стыкуя свариваемые детали по торцам и помещают в сварочную установку. Между свариваемыми деталями 1, 2 и штампом 4 по периметру устанавливаюттехноло гическое кольцо 3 с наружным диаметром 16 мм и внутренним диаметром 3 мм, высотой 2 мм и сдавливают. При этом усилие выбирают из следующих соображений (см. таблицу). 10На первом этапе сварки происходитдеформация микровыступов и осуществляется начало образования физического контакта. При этомтемпература сварки составляет 950 С, сварочное давление Рсв. 2 МПа, По сле этого кольцо вынимают и далее происходит обычная диффузионная сварка при той же температуре. Длительность выдержки 1.час, давление 8 МПа,Таким образом, заявляемое техниче ское решение в отличие от известных позволяет повысить качество сварки за счет получения равнопрочного соединения по всему сечению.Формула изобретения 1. Способ диффузионной сварки, при котором между собранными встык свариваемыми деталями и сварочным пуансоном устанавливают кольцо, сборку нагревают, сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышейия качествасоединения при сварке прутков, берут кольцо толщиной не менее ширины периферийной зоны прутка с мелкозернистой структурой, причем перед изотермической выдержкой кольцо удаляют.2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что при сварке прутков из титановых сплавов берут кольцо толщиной, равной 0,2-0,5 радиуса прутка,