Способ точечной сварки

(43) Опубликовано 07,07.8 (45) Дата опубликования по делам изобретении и открытий2) Авторы изобретенп Д, С, Ворона, П,М, М, Нероденко,ерович, С, М. Гуревич,нис и С. П. ЗаболотинШе А. 71) Заявител кий инст Государственныйим, Г. М. КржижаТрудового Красно следовате Орденаи инстит Патона учно-исскогоЗиамеЕ. О. ина и орде а электросварИг-) СП ОЧЕЧНОЙ СВАРК 5 В способе холодной с приведение в пластическо следующее пластическое хрупкого интерметаллич водника, например МЬзЯпО в условиях всестороннего варки давлением е состояние и подеформпрование сского сверхпро, осуществляетсянеравномерного Изобретение относится,к способам сварки, в частности точечной сварки, и может быть использовано для создания контакта ме;кду двумя поверхностями, по меньшей мере одна из которых имеет интерсметаллическое сверхпроводящее покрытие,При изготовлении изделий, использующих в качестве токонесущих элементов сверхпроводники, возникает задача электрического соединения участков сверхпроводника. Такое электрическое соединение должно обладать сверхпроводящими свойствами, что повышает эксплуатационную надежность изделий и улучшает их экономические показатели.Кроме того, все более широкое использование явления сверхпроводимости в различных областях техники, совершенствование технологии изготовления сверхпроводников и изделий с их применением, приводит к необходимости осуществлять контакт элементов со сверхпроводящим покрытием с различного рода конструкционными материалами, например с целью обеспечения уплотнения по поверхности со сверхпроводящим 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, например такие, как 11 Ьзбп (ниобий - олово), изба (ванадий - галий) и т. п,Сложность состоит в том, что такие сверпроводникирупки, отслаиваются от подложки, на которую они нанесены, плохо деформируются и легко окисляются.Наиболее полные исследования способов соединения интерметаллических сверх- проводников между собой пли с другими конструкционными материалами проведены в СССР (11.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 сварока давлением и сварка в вакууме с жидкой прослойкой) предполагают соединение со сверхпроводником хотя бы в виде линейных обоазований.сжатия, создаваемого с помощью рифленых роликов.Однако, как показали эксперименты, пронсходит значительное 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,к свариваемым поверхностям. Однако удалось получить лишь линейный контакт поверхностей, причем только отдельные точки этой линии соответствовали химическому соединению ХЬ,Яп (стехнометричеакому составу сверхпровоника) . Кроме того, такой способ технологически сложен, поскольку требует создания вак ума.Поэтому наиболее приемлемым способом соеинения интерметалличсских сверх- проводников оказался способ точечной сварки, который может быть осуществлен контактной конденсаторной и ультразвуковой сварками, а также сваркой лазерным или электронным лучом,Общим характерным и определяющим технолоическим фактором для любого вида точечной сварки в применении к соединению интерметаллическцх сверхпроводциков является локальность и кратковрсмсиюсть нагрева точки сварки, что гарантирует незначительность протекаюгцих в свсрхнроводнцке окислнтельных процессов.Известен спосоо точечной сварки двух дсталсй, по крайней мере, одна из которых имеет интерметаллцчсское сверхпроводящее покрытие, заключающийся в том, что внос,.т в зону сварки избыточное количество легкоплавкого компонента цнтерметаллцчсского соединения и подвергают каждую точку сварки локальному кратковременному нагреву при приложении усилия сжатия,12,Указаннь.й способ обеспечивает очистку соединяемых сверхпроводящих поверхностей от окнсных пленок и их физический контакт за счет смачивания жидким металлическим расплавом легкоплавкого компонента соединения. При этом повышение интенсивности теплового потока приводит к получению высоких критических параметров областей сверхпроводящих переходов между соединяемыми поверхностями, что объяснястся и увеличением центров пиниицга в области перехода и некоторым диффузионным процессом и меньшими Окисл цтельн ыми процессами.Однако увеличение интенсивности теплового потока, поставляемого в точку сварки, в этом способе ограничено, поскольку начинается отслаивание сверхпроводящего покрытия. Сдавливание соединяемых поверхностейнесколько повышает максимально допустимую интенсивность теплового потока.Отслаивание сверхпроводящего покры тия, а также его растрескивание связано смалой пластичностью интерметаллическцх соединений и происходит в результате совпадения во времени процесса удаления жидкой прослойки легкоплавкого компо нента соединения с процессом основныхструктурных изменений в сверхпроводящем покрытии.Кроме того, выбор параметров режимасварки в сильной степени зависит от жест кости соединяемых элементов, а стабильность получаемых результатов особенно снижается, например, при соединении трубчатых элементов.Целью изобретения является повышение 20 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 ипроцесса основных структурных пзмснспий в сверхпроводящем покрытии в момент обфзическоо,контакта, а такжеулл чшению условий деформирования сое диняемых поверхностей при сохранениилокальности и кратковременности нагрсва.Одновременно с этим происходит увеличение площади физического контакта соединяемых поверхностей в каждой точке 40 сварки, более полное удаление окисныхпленок 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 покры тие, закл 1 очается в том, что на интерметаллическое сверхпроводящее покрытие 1 детали 2, имеющей произвольную геометрическую форму, например выполненную в виде трубы, наносят в зоне будущей сварки 55 слой 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения с помощью, например, электролитичеакого метода.Сверхпроводящее покрытие 1, расположенное на внутренней поверхности детали 60 2, сформировано на слое 4 тугоплавкогокомпонента интерметаллического соединения, например, с помощью жидкофазного диффузионного процесса. Слой 4 металлургически соединен со слоем 5 стабилизирую 65 щего материала.941076 МощностьАмплитуда Амплитуда имптльсного усилия сжатия, даНтепловогопотока, Вт/ем Импульс 50 100 150 200 250 20 20 20 20 20 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 размецают 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 поверхностейкаждая из которых имеет интерметаллическое сверх- проводящее 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 гарантироватьуказанные выше критические параметрыпри любых геометрических формах соединяемых сверхпроводников, а также удаетсясоединить между собой разнородные сверхпроводники.Пример конкретных условий осуществления способа и конкретных компонентовинтерметаллического соединения.В способе точечной сварки для осуществления контакта двух поверхностей, однаиз которых имеет интерметаллическоесверхпроводящее покрытие 1, выполненноеиз ХЬ,5 п (ниобий - олово), на покрытие1 в зоне сварки наносят тампоном слой 3легкоплавкого компонента интерметаллического соединения нз Яп (олова). Покрытие 1 детали 2 получено на слое 4 тугоплавкого компонента интерметаллического20 соединения из МЬ (ниобия) с помощьюжидкофазного диффузионного процесса притермообработке в диффузионной камере.Слой 4 металлургическп соединен со слоем5 стабилизирующего материала из Сп (меди). Деталь 2 имеет форму трубы и покрытие 1 расположено на внутренней поверхности трубы.Покрытие 1 детали 2 должно быть соединено с биметаллической деталью 6, также выполненной в форме трубы, причемконтакт обеспечивается со слоем 7 из 1 Х 1 Ь(ниобия). Слой 8 детали 6 выполнен пз Сц(меди).Детали 2 и 6 размещаются соосно и с85 перекрытием,Точечная сварка ооуществляется способом контактной конденсаторной трансформаторной сварки сопротивлением, сдавливание соединяемых поверхностей осущест 40 вляется электродами 9,Сварная точка получена с помощью пяти импульсов сварочного тока, каждый из которых сопровождался наложением им 45 пульсного усилия сжатия на статическоесжатие электродов.Параметры режима сварки сведены втаблицу.Корректор С. файн едакт Изд.177 Тираж 1151дарственного комитета СССР по делам изобрет 113035, Москва, Ж, Раушская и;б., д. 4/5 Заказ 687/530НПО Поиск Подписноеий п откргятш Тип, Харьк. сьнл. пред. Патент Статическое усилие сжатия электродов было вь,брано равным 200 даН.Проведение исследования точки сварки не обнаружили повреждений сверхпроводящего покрытия 1. Формула изобретения Способ точечной сварки деталей, по крайней мере одна из которых имеет пнтерметалличеокое сверхпроводящее пскрытие, 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 щ и й с я 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 ва10 внимание при экспертизе; 1. Разработка технологии и созданиеоборудования для сварки токоведущих частей конструкции сверхпроводящих кабе лей. Научно-технический отчет ИЭС им.Е. О, Патона ЛН УССР, Киев, 1975.2, Патент Франции2192744, Н 01 Ч11/ОО, 1974.