Способ диффузионной сварки и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 20/14 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВ Ж Ю 00 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ(71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева(54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к сваркеметаллов давлением, в частности кдиффузионной сварке разнородных материалов, н может быть использованов различных отраслях машиностроения.Цель - повышение качества соединенияАктивацию и очистку свариваемых поверхностей от окисных пленок производят путем механического дробления ивытеснения остатков окисной пленкииз зоны контакта деталей в условияхтемпературы и давления сварки, атакже приложения сдвигающих усилий в момент, когда происходит начальнаястадия формирования контакта, Механическое дробление осуществляют путемвдавливания специального рельефа высотой 0,2-0,25 суммарной пластическойдеформации пакета деталей в поверхность более мягкой детали с последующим поворотом деталей одной относительно другой на угол Я = 360 х 0:1,где 0 - диаметр образца, 1 - шаг спирали. Очистку осуществляют в устройстве, содержащем вакуумную камеру,подвюкный и неподвюкный штоки, нагреватель-индуктор. На нижнем подвюкномштоке размещен пуансон с консольнымирычагами. На одном конце рычага шарнирно закреплен снабженный нагревателем стержень из сплава с памятью формы, другой конец рычага связан собоймой. Очистка свариваемой поверхности от окисных пленок осуществляется путем относительного поворота деталей в приспособлении на большиеуглы за счет храпового механизма.Создаются значительные вращающие моменты, определяемые диаметром и температурой нагрева тяги из сплава спамятью форьы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к сварке металлов давлением, в частности к диффузионной сварке разнородных материалов, и может быть использовано в раэличных отраслях машиностроения.Цель изобретения - повышение качества соединения.На фиг. 1 дано устройство, общийвид, на фиг, 2 - сечение А-А на фиг.1 0Способ осуществляют следующимобразом,Предварительно на свариваемой поверхности более прочной детали выполняют спиральную канавку треугольной формы высотой 0,2-0,25 суммарнойдеформации свариваемых деталей. Детали устанавливают в вакуумной камере, сдавливают, нагревают, осуществляют их относительное вращение и 20сваривают диффузионной сваркой.Относительное вращение свариваемых деталей осуществляют на угол ( =360 П/2, где Р - диаметр деталей,шаг спирали. 25Благодаря выполнению на свариваемой поверхности более прочной детали спиральной канавки треугольнойформы высотой 0,2-0,25 суммарной деформации свариваемых деталей и относительному повороту деталей на уголТ = Р/ повышается качество соединения раэнородньм материалов, имеющихпрочные окисные пленки, эа счет механического разрушения и вытесненияокисной пленки из эоны контакта, атакже вследствие приложения сдвигающих усилий при нагреве до температуры, близкой к температуре сварки,когда происходит начальная стадия 40Флрмирования диффузионного соединения, локализации процессов деформации и направленного массопереноса вузкой приконтактной зоне,Оптимальную высоту канавок определяют опытным путем. При высотерельефа менее 0,2 суммарной деформации деталей не обеспечивается необходимая очистка и активация поверхностей вследствие недостаточногопластического течения материала повпадинам спирального рельефа. Привысоте рельефа более 0,25 суммарнойдеформации пакета деталей при сваркена дне канавок спирального рельефавозможно образование несплошностей,снижающих качество соединения.Миниманьный необходимый для полно"го удаления остатков окисной пленки иэ эоны контактов уголопределяют из соотношения.= 360 Р/1, где 0 - диаметр образца,- шаг сниранн (расстояние, на которое удаляется точка, движущаяся по спирали, за олин 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 бсю 1 ее мягкой детали к краю поверхности в грат необходимо повернуть детали одну относительно другой на угол, определяемый числом витков спирали на свариваемой поверхности образцов ц = П/1, т.е. точки, перемещаясь по канавкам спирали иэ центра к краям, совершают число оборотов, равное количеству витков, прежде чем выйдут на пов( рхность.П р и м е р. Сваривали титановый сплав ВТ 20 с алюминиевым сплавом АК 4-.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 выцержку. 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 формы, 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 пуансон 1 С, выполненный из 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 16храпового механизма 13.Устройство рабтат .ядующимобразом,Подготовленные под сварку детали17 и 18 закрепляют в неподвижномштоке 3 и в пуансоне 10, Далее детали предварительно сжимают и нагревают с помощью нагревателя 4 дс температуры ниже температуры сварки.В этих условиях идет пластическаядеформация приконтактной зоны, вовремя которой окисная пленка на более мягком образце механически дробится посредством рельефа, нанесенного на более твердую деталь. Одновременно ленточным нагревателем 6,намотанным на стержень 5 иэ сплавас памятью формы, увеличивают еготемпературу до 200-250 С. При этомтемпературе в сплаве с памятью формы типа нитинола происходят обратимыеструктурные (мартецситные) превращения, в результате чего его длинауменьшается на 12-57, развивая усилия сжатия 40-60 кг/мм.Усилие, возникающее при уменьшении длины стержня, один конец которо 1го закреплен на обойме 7 передаеся через рычаг 14 и храповой механизм13 на пуансон 10, который, являясьосью рычага 14, производит вращениедетали 17 вокруг своей оси, вследствие.чего за счет относительного перемещения свариваемых поверхностейпроисходит постепенное перемещениеостатков окисной пленки и приповерхностных слоев более мягкого (легкоплавкого) металла, затекающих в результате пластической деформации исдавливая в неровности спиральнойканавки более твердой и тугоплавкойдетали от центра к краям. Часть усилия, возникающего от уменьшениядлины стержня 5, через рычаг 14 воспринимает пружина 16.При прекращении нагрева стержень5 вновь увеличивает свою длину, Длятого, чтобы стержень 5 не потерял устойчивости, встав "в распор" междурычагом 10 и обоймой 7, в устройствовведен храповой механизм 13. Выступы, выполненные на элементе 11 пуансона 10, переместившись вверх, позволяют стержню 5 вернуться в исходноеположение. Свойства сплавов с памятьюформы таковы, что для полного воэвращс цця в исходно цодожцие тержцю5 до нагрева необходимо приложитьнекоторое дополнительное растягивающее усилие значительно меньшее чем1то, которое прикладывают при нагреве,Эксперименты показывают, что этирастягивающие усилия должцы быть порядка 2-5 кг/мм. Это необходимоеусилие создает предварительно растянутая на этапе нагрева стержня 5 приповороте деталей одной относительнодругой пружина 6, которая передаетего через рычаг 15 на стержць 5. 5 Путем повтора циклов нагрева-охлаждения стержня 5 детали поворачиваютна любой угол, необходимый для полной очистки свариваемых поверхностейот окисной пленки и вывода ее иэ зо ны нтта.Формула и з обретения1. Способ диффузионной сварки, 25 при котором свариваемые детали устанавливают в вакуумной камере, сдавливают, нагревают, осуществляют ихотносительное вращение и сваривают,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтос целью повышения качества соединения, на свариеваемой поверхности более прочной детали выполняют спиральную канавку треугольной формы высотой 0,2-0,25 суммарной деформациисвариваемых деталей, а вращение осуществляют на угол К = 360.Р/1,где Р - диаметр деталей, 1 - шаг спирт и в2. Устройство для диффузионной 40 сварки, содержащее вакуумную камеру,подвижный и неподвижный штоки, нагреватель, обойму, надетую на одиниз штоков, с установленным в ней своэможностью вращения пуансоном с 45консольным рычагом, соединенным собоймой деформирующимся элементом снадетым на него ленточным нагревателем, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения качества соединения, пуансон выполнен из двухэлементов с храповым механизмом между ними и дополнительным консольнымрычагом, соединенным с обоймой пружиной храпового механизма, а деформирующийся элемент выполнен в виде 551449287 А ставитель Т.Олесовахред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец Редактор В,Даик Тираж 922 ул. Проектная, 4 Производственно-полиг гор ое предприятие,Заказ 6908/13 ВНИИПИ Госуда енного комитета по 13035, Москва, ЖПодписноеэобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Раушская наб., д. 4/5