Установка для диффузионной сварки в вакууме

(в цг ьв В 23 К 20/14 ащения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Ленинградский институт ядерной физики им, Б.П. Константинова(53) 621,791.66.03(088.8) (56) 1. Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов. Сборник науч-. , ных трудов 7-й Межвузовской научнотехнической конференции 1968 года. Под ред. Н.Ф. Казакова. М., ПНИЛДСВ, 1970, с. 8-15.2. Техническое описание установки для диффузионной сварки ОКБ, ВНИИЭСО М., 1968 (прототип) .(54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙСВАРКИ В ВАКУУМЕ, содержащая сварочную камеру, внутри которой установлен шток нагружения, соосный с осью камеры, нагреватель, испаритель промежуточного металла и механизм закрепления и перемещения свариваемых деталей, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества сварного соединения,испаритель расположен на дне камеры на расстоянии от ее оси, не превышающем радиуса нагревателя а механизм закрепления и перемещения свариваемых деталей выполнен в виде двух стержней, оси которых параллельны оси камеры и каждый из которых связан упругим элементом с одним из двух штоков, вве- Еа денных с возможностью .возвратно- поступательного перемещения соосно друг с другом и перпендикулярно оси С камеры через ее стенку и нагреватель, причем по меньшей мере один из а штоков установлен с возможностью20 Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для диффузионной сварки в вакууме, со. держащая сварочную камеру, внутрикоторой установлены шток нагружения, соосный с осью камеры, нагреватель, испаритель промежуточного металла и механизм закрепления и перемещения свариваемых деталей 2 .Недостатком данной установки являются ее низкие технологическиевозможности и невысокое качествосварного соединения. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества сварного соединения. 50 Изобретение относится к оборудованию для диффузионной сварки в вакууме и может быть использовано в технологии получения неразъемных соединений прецизионных узлов и элементов 5точного приборостроения.Известна установка для диффузионной сварки в вакууме, в которой всварочной камере расположены штокнагружения, связанныи с механизмом0нагружения, сварочная опора и нагреватель, например радиационного типа.Свариваемые детали устанавливаютсяна опору в зону нагревателя, посредством которого они нагреваются дотребуемой температуры, после чего кним,через шток нагружения прикладывается сварочная нагрузка и производится изотермическая выдержка дляпротекания процессов диффузии и,как следствие, образования соединения 1 .На подобных установках общегоназначения производится диффузионнаясварка материалов при традиционно25применяемых режимах - температурепорядка 0,7 от температуры плавленияматериалов и давлении 1-3 кгс/мм.Однако технология прецизионногоприборостроения в ряде случаев тре- З 0бует реализации качественного неразьемного соединения деталей при температурах порядка 0,1-0,2 от температуры плавления материалов и давлениях не более О, 1-0,3 кгс/мм . Установки указанного выше типа получениекачественного соединения при:этихрежимах обеспечить не могут, как немогут обеспечить и проведение процесса напыления промежуточной прокладки 40и сварки в одной вакуумной камере,Поставленная цель достигается тем,что в установкъ. для диффузионнойсварки в вакууме, содержащей сварочную камеру, внутри которой установлены шток нагружения, соосный осикамеры, нагреватель, испаритель промежуточного металла и механизм закрепления и перемещения свариваемыхдеталей, испаритель расположен надне камеры на расстоянии от ее оси,не превышающем радиуса нагревателя,а механизм закрепления и перемещениясвариваемых деталей выполнен в видедвух стержней, оси которых параллельны оси камеры и каждый из которыхсвязан упругим элементом с одним издвух штоков, введенных с возможностью возвратно-поступательных перемещений соосно друг с другом и перпендикулярно оси камеры через ее стен.ку и нагреватель, причем по меньшеймере один из штоков установлен с возможностью вращения,На Фиг. 1 изображена сварочная камера, когда свариваемые поверхности деталей расположены над испарителем промежуточного металла; на фиг. 2 - то же, когда свариваемые повержности расположены навстречу друг другу.Установка содержит сварочную камеру 1, имеющую крышку 2 и шток нагружения 3, введенный в нее через основание с помощью сильфонного узла 4 соосно оси камеры 1, механизм нагружения 5 расположен над штоком 3. Индикатор 6, размещенный между штоком 3 и механизмом нагружения, служит для контроля величины сварочного давления. На нижнем основании 7 камеры 1 расположена сварочная опора 8, которая соосна камере 1 и размещенному в ней нагревателю 9 и свариваемым деталям 10 и 11. Механизм закрепления деталей в камере 1 выполнен в виде стержней 12 и 13, оси которых параллельны оси камеры и каждый из которых связан упругим элементом - гибким кронштейном 14 и 15 с одним из двух штоков 16 и 17, вве - денных с возможностью возвратно- поступательного (по стрелкам А и Ь ( 6 и Ь) и реверсивного вращательного (по стрелкам С и 2 ( С,и П 1) движений, соосно друг другу и перпендикулярно оси камеры 1 через ее стенку с помощью штоков 16 и 17 и нагревателя 9. Штоки 16 и 17 введены в064 4 1100 зкамеру через уплотнения 18 и 19 и имеют приводы 20 и 21 перемещения, Испаритель 22 промежуточного металла расположен на дне камеры 1 на расстоянии от ее оси, не превышающем радиуса нагревателя 9. Причем изменение положения деталей 10 и 11 в камере 1 по высоте осуществляется с помощью узлов крепления 23 и 24 стержней 12 и 13 на кронштейнах 14 1 О и 15, а необходимый контакт опоры 8 с опорным торцом стержня 13 обеспе чивается с помощью сменного вкладыша 25.Установка работает следующим об разом.К торцам стержней 12 и 13 крепят свариваемые детали 1 О и 11. Крепление может осуществляться посредством винтов, зажимов и т.п, Исходное по ложение деталей соответствует позиции согласно фиг. 1, т.е. соединяемые.поверхности деталей 10 и 11 направлены в сторону нижнего основания 7 камеры 1 и в сторону испарителя 22,25 После закрепления на торцах стержней 12 и 13 деталей 10 и 11 на испаритель 22 загружают требуемое количество материала напыляемой промежуточной прослойки (не показано). ЗОДля обеспечения идентичных условий конденсации металла промежуточной прослойки, испаряемой с испарителн 22, соединяемые, обращенные в сторону испарителя поверхности деталей 10 и 11 устанавливают строго симметрично относительно испарителя и над ним. Это обеспечивается посредством осевого перемещения штока 17 и штока 16 приводами 20 и 21 соответственно по стрелкам А,и А (фиг. 1), Необходимым условием для проведения этой операции и повышения качества свариваемых конструкций является размещение испарителя 22 на дне на расстоянии от оси камеры, не превышающем радиус нагревателя 7, ,а также согласование геометрии кронштейнов 14 и 15, внутреннего диаметра нагревателя 9 с местоположением испарителя 22 с целью исключения препятствий указанному перемещению, обусловленных тем, что кронштейны 14 и 15 не должны упираться в нагреватель 9. 55Перемещая стержни 12 и 13 в узлах крепления 23 у 24 соответственно, обеспечивают такое положение деталей 10 и 11, чтобы их соединяемые поверхности лежали на оси штоков 16 и 17(ось вращения штоков лежит на этихсоединяемых поверхностях). Далее на опору 8 устанавливаютсменный вкладыш 25, высота которогоопределяется, конкретным типоразмером свариваемых деталей, для обеспечения контакта опоры и опорного торца одного из штоков (поворачиваемого) без чрезмерных деформаций упругих кронштейнов 14 и 15 и сильфона 4. Следует учитывать возможное различие конфигурации деталей 10 и 11, что и определяет выбор вкладыша 25 по конкретной детали. Камеру 1, закрывают крышкой 2 и вакуумируют до требуемой величины вакуума. Средствами откачки могут быть механический, электроразрядный, геттерноионный насосы, обеспечивающие вакуум-9в камере510 мм рт.ст. Нагревателем 9 производят нагрев деталей 10 и 11 до температуры, обеспечивающей максимальную адгезию, напыляемого материала к соединяемь 1 м поверхностям деталей. После этого посредством испарителя 22 напыляют на соединяемые поверхности промежу" точную прослойку в виде вакуумного конденсата требуемой толщины (обычно 0,002-0,010 мм).По окончании процесса напыления посредством привода 20 производят осевое перемещение штока 16 с кронштейном 14, стержнем 12 и деталью 10 (по стрелке Ь ) до совпадения оси стержн 12 с осью штока нагружения .3 и осью опоры 8. Далее осуществляют разворот детали 11, для чего приводом 21 проворачивают .шток 17 в элементе ввода. Ось штока 17 перпендикулярна осям штока нагружения 3 и опоры 8, поэтому стержень 13 проворачивается в плоскости, параллельной этим осям. Свариваемая поверхность детали 11, в исходном положении обращенная в сторону нижнего основания 7, после поворота штока 17 в направлении С, (или Р 1) на 18 Р будет обращена к верхнему основанию. После разворота детали 11 в положение, когда ее сва" риваемая поверхность обращена в сто- рону верхнего основания, производят осевое смещение штока 17 по стрелке В с помощью привода 21 до положения, при котором ось стержня 13 будет совпадать с осью штока нагружения 3 и5 1100064 6 Очевидно, что при размещении деталей 10 и 11 н первоначальном положении следует иметь в виду, чтобы при перемещении их в оппозитное положение снариваемых поверхностей был зазор 1-2 мм для исключения воз можности преждевременного контакта этих поверхностей при встречном перемещении штоков и связанной с этим сложности установки свариваемых деталей в соосное положение. Это проще всего обеспечивается при первоначальном расположении деталей 10 и 11 за счет перемещения на соответствующую величину одного из стержней в положение, которое обеспечит наличие 2 О требуемого зазора при повороте одной из деталей на 180 и при последующемовстречном осевом перемещении штоков 16 и 17Одновременно при осевом перемещении ( 1 или Ь ) штока 16 и при д 5 повороте и последующем осевом перемещении штока 17 опорные торцы стержней 12 и 13 (обратные торцам, на которых закреплены детали 10 и 11) устанавливаются: для стержня 12 напротив опорной поверхности штока нагружения 3 соосно ему, на расстоянии 1-2 мм от этой поверхности: для стержня 13 на расстоянии 1-2 мм от верхнего торца опоры 8 также соосноЭ 5 последней. выполнения на нижнем основании камеры. Это существенно расширяет асс осью опоры 8. Летали 1 О и 11 приэтом находятся точно одна противдругой,Необходимо чтобы по меньшей мере один иэ штоков имел возможность вращательного движения для обеспе 40 чения возможности проворота одной иэ деталей на 1800, чтобы на первой стадии процесса иметь снариваемые поверхности, обращенные в одну сторону (создать одинаковые условия45 при напылении), а на второй стадии - навстречу друг другу. Поэтому должна иметься воэможность осевого возвратно- поступательного движения штоков 16 и 17 для обеспечения симметричного относительно испарителя 22 положения деталей 10 и 11 на первой стадии процесса соединения (напыления прослойки) и соосного рабочей зоне и друг другу положения деталей на второй стадии процесса - операции сварки. Выполнение обоих штоков с/воэможностью вращательного движения, как это показано на фиг. 1 и 2, расширяет технологич;.ские возможностиустановки.После установки деталей в соос,ноедруг другу положение посредством нагревателя 9 создают требуемую температуру процесса соединения и с помощью механизма нагружения 5 черезиндикатор контроля нагрузки 6 и через шток нагружения 3 прикладываютк деталям 10 и 11 снарочную нагрузку.Ход сильфона 4, через который в камеру введен шток нагружения 3, составляет, как правило 15-25 мм, чегодостаточно для ликвидации зазоронмежду деталями 10 и 11, стержнем 12и штоком. 3, срежнем 13 .и опорой 8,которые н сумме составляют 2-6 мм.Поскольку стержни 12 и 13 укреплены на упругих кронштейнах 14 и 15соответственно за счеег упругой деформации кронштейнов происходит контактсваринаемых поверхностей деталей 10и 11, что обусловливает взаимнуюцентровку деталей (а следовательно,и стержней 12 и 13) и исключает ихвозможный перекос. На фиг. 1 и 2упругие кронштейны 14 и 15 показаныв виде дуг равного диаметра и могутбыть выполнены, например, из такихматериалов (сохраняющих упругостьпри нагреве до 500-550 С), как сплавО36 НХТ 10. Упругость металла кронштейна необходима для обеспечения возможности многократного повторенияпроцесса сварки без необходимостикорректировки ориентации и формыкронштейнов. После обеспечения контакта между стержнями 12 и 13 иштоком 3 и опорой (или вкладышем25) соответственно, а также междудеталями 10 и 11 начинается непосредственно передача на детали сварочнойнагрузки (фиг. 2). В этом положениипроизводят изометрическую выдержку для протекания процессов соединения, после чего снимают сварочную нагрузку, сваренный узел охлаждают и извлекают его из камеры.Испарительное устройство может быть любого типа - термическое, электроннолучевое и т.д., что обеспечивается его стационарным вариантом сортимент напыляемых материалов, используемых в качестве промежуточных прослоек, расширяя тем самым технологические возможности установки иповышая качество сварных соединений,поскольку выбор материала прослойкипроизгодится исходя из физико-химических свойств соединяемых материалов,и требований к сварной конструкции, а не на основании возможностейиспарителя. Это дает возможностьсущественно понизить температуру идавление сварки конкретных материалов, повысив тем самым качество 10сварных конструкций. Выполнение механизма закрепления и перемещениядеталей в виде двух стержней, оси которых параллельны оси камеры и каждыйиз которых связан упругим элементом 15 с одним из двух штоков, введенных свозможностью возвратно-поступательного перемещения соосно друг другу н перпендикулярно оси камеры через ее стенку н нагреватель, обеспечивает перемещение деталей после напыления н положение сварки с гарантированным зазором 1-2 мм, что также повышает качество соединения.По сравнению с базовым обьектом (прототипом) предложенное изобретение позволяет повысить качество сварки и расширить технологические возможности оборудования для диффузионной сварки в вакууме.1100064 а ов Составитель В. Ш ролощук Техред А.Бабинец Корректор А. Ильин едактор н Заказ 446 Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проектн Тираж 1037 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушс