Способ диффузионной сварки

О П И С А Н И Е)996142ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет -сссе ло делам лзабретеннй и еткрмтийДата опубликования описания 25.02.83е:.ф.йг"ту гт Г. А. Мирлин, В. И. Агеев и В. И. Барашев -э А.т 1 1. . 1 у г ;,4 Э: э 4 Завод-ВТУЗ при Московском трижды ордена Ле ина, Времена.,.,Октябрьской Революции и ордена Трудового Красйтт йени"-: автомобильном заводе им. И. А. Лихачева ффффаае(54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЯ СВАРКИ Изобретение относится . к диффузионнойсварке, в частности к сварке с импульснымнагревом свариваемых деталей и импульсным приложением сварочного давления.Известен способ диффузионной сварки,при котором свариваемые детали помещаютв рабочую камеру, нагревают до температуры рекристаллизации и импульсно прикладывают давление 1,Недостатком способа является низкаяпроизводительность процесса из-за длительного времени образования сварногосоединения.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффектуявляется способ диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталейдо температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления 21.Недостатком способа является низкаяпроизводительность и невысокое качествосварного соединения.Цель изобретения - повышение производительности и улучшение качества соединения. Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталей до температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления, импульсы нагрева и давления осуществляют синхронно, причем длительность импульсов составляет 0,05 - 1,0 с, а частота их следования 0,5 - 2,0 Гц.Минимальное сварочное давление соот 1 ц ветствует удельному давлению 0,25 -1,5 кгс/мм, а максимальное - удельному давлению 1 - 5 кгс/мм.Для снятия внутренних напряжений импульсы давления прикладывают в конце импульсов нагрева. Для импульсного нагрева используют ток промышленной частоты при напряжении 1 - 12 В и плотности 100 - 500 А/мм. Импульсный нагрев осуществляют индукционным током любой несущей частотой, а импульсы тока прикладывают с час 2 о тотой 0,8 - 4 Гц.На фиг. 1 и 2 приведены циклограммысинхронного приложения импульсов нагрева и давления; на фиг. 3 - схема установки для осуществления способа с нагревом15 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 3деталей проходящимимпульсным током; на фиг. 4 - схема установки с синхронным приложением давления от вибратора; на фиг. 5 - схема установки с синхронным приложенйем давления при помощи пьезокристалла; на фиг. 6 - схема установки с индукционным нагревом деталей и синхронным приложением импульсного давления при помощи соленоида; на фиг. 7 - схема установки с синхронным приложением импульсного давления при помощи пьезокристалла.Диффузионную сварку с импульсным нагревом свариваемых деталей до температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления осуществляют нагревая и сдавливая детали синхронными импульсами, причем длительность импульсов составляет 0,05 - 1,0 с, а частота их следования 0,5 - 2,0 Гц (фиг. 1),При выборе диапазона длительности импульсов 1 исходят из того, что при 140,05 с наблюдается недостаточный нагрев деталей в зоне сварки, а при 11,0 с - чрезмерный рост зерна, а при выборе частоты и следования исходя из того, чтобы перегрев зоны соединения, вызванный тепловым импульсом, успел снизить до определенного уровня. Частота 1 модуляции длительность импульсов 1 следования импульсов и длительность паузы 1 связаны соотношением1 и = ---д+ФиПри 1= 0,05 с пауза становится слишком большой и при 1=0,5 Гц достигает значения 1 п -- 1,95 с. В этом случае температура зоны сварки и производительность процесса резко снижаются. При наибольшей длительности импульса - 1=0,5 с и частоте 1 = 2,0 Гц величйна паузы сокращается до нуля - 1=0, и приток тепла к участку сварки становится непрерывным, в результате чего наблюдается перегрев зоны сварки.При проведении сварки к деталям прикладывают минимальное сварочное давление, которое выбирают соответствующим удельному давлению 0,25 - 1,5 кгс/мм, и максимальное - удельному давлению 1 - 5 кгс/мм 2, При величине минимального давления Р 0,25 кгс/мм 2 не образуется необходимый физический контакт между соединяемыми поверхностями, в результате не происходит разрушения поверхностных пленок и не протекает взаимная диффузия. При значениях Рп,;ъ 1,5 кгс/мм создают-. ся значительные искажения кристаллической решетки, в результате при нагреве деталей затрудняется осуществление процессов возврата и рекристаллизации.При значениях величин максимального удельного давления Р, ) 5 кгс/мм 2 наблюдается чрезмерная деформация граничных объемов нагретого металла в зоне сварки, а при Р (1 кгс/мм - недостаточная де 4формация граничных объемов. Для снятия внутренних напряжений в зоне сварки импульсы давления прикладывают в конце импульсов нагрева (фиг. 2). Нагрев зоны сварки можно осуществлять путем пропускания через детали импульсного тока с несущей частотой, равной промышленной частоте при напряжении 1 - 12 В и плотности 100 - 500 А/мм 2, или индукционным током любой несущей частоты с частотой модуляции, равной 0,8 - 4 Гц,Диапазоны напряжения и плотности тока выбирают исходя из того, что при напряжении Б(1 В ток не будет протекать через зону сварки из-за наличия на поверхностях деталей окисной пленки, а при 1.11 12 В и малом значении удельного давления наблюдается оплавление и выброс металла из зоны сварки вследствие значительного контактного сопротивления. Значения плотности тока 1=100 А/мм 2 принимают для материалов, имеющих повышенное электрическое сопротивление, например для нержавеющих хромоникелевых сталей, а большие значения плотности тока 1 500 А/мм - для углеродистых сталей и цветных металлов.Частоту индукционного тока выбирают исходя из того, что при большей частоте следования импульсов получают малую паузу при повышенном нагреве зоны сварки и значительном росте кристаллов. При меньшей частоте соответственно уменьшается приток тепла и значительно снижается производительность процесса. В результате использования указанных технологических приемов удается повысить производительность вследствие уменьшения времени выдержки путем интенсификации протекания диффузионных и рекристаллизационных процессов, а также повысить качество соединения за счет снятия внутренних напряжений и улучшения структуры зоны сварки.Способ диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталей до температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления можно осуществить на специальных установках следующим образом.Свариваемые детали 1 и 2 устанавливают между электродами 3 и 4, к которым подсоединяют концы вторичной обмотки сварочного трансформатора 5. Давление на свариваемых деталях 1 и 2 создают гидравлическим или пневматическим механизмом 6 и передают его на них через шток 7 и верхнийподвижный электрод 3. Импульсы давления создают при помощи пульсатора, выполненного в виде Соленоида 8, при работе которого импульсы давления через шток 7 передаются на свариваемые детали 1 и 2. При помощи генератора импульсов 9, вклю996142 Формула изобретения ченного, например, в первичную цепь сварочного трансформатора 5, создают импульсы тока, Импульсы давления формируют и синхронизируют с импульсами тока блоком регулирования 10. Нагрев деталей осуществляют в рабочей камере 11 проходящим через них током. Остаточное давление в камере создают откачной системой 12. Подвижное уплотнение между камерой 11 и штоком 7 создают при помощи сильфона 13 (фиг. 3) . Импульсы давления можно создавать также при помощи двигателя 14, на валу которого устанавливают неуравновешенную массу 15 (фиг. 4), или с помощью пьезокристалла 16 (фиг. 5). Импульсы тока можно создавать, используя для нагрева индукционный ток от преобразователя частоты 17 и сисгемы управления 18, при этом детали устанавливают в зоне индуктора 19 (фиг. 6 и 7).Сваривают встык две детали из стали 20 диаметром 10 мм/площадь стыка равна 79 мм ; минимальное удельное давление Ри -- 0,25 кгс/мм 2; минимальное усилие Р,=-0,25 х 79= 19,9 кгс; максимальное удельное давление р=1,0 кг 4 мм, максимальное усилие Рас=1,0 Х 9=9 кгс; напряжение в электрической цепи (вторичной) 1.1=4 В; сварочный ток при плотности тока 1=300 А/мм;,1 = )Г = 300 х 79 = 23700 А1=0,1 с при частоте 1=1 Гц, 1=0,5 с.Также сваривают встык две детали из нержавеющей стали ОХ 18 Н 9 Т диаметром 1 О мм/площадь Г=9 мм; минимальное чдельное давление р=0,25 кгс/мм; ми: нимальное усилие Р =0,25 х 9=19,9 кгс; максимальное удельное давление р =1,0 кгс/мм, максимальное давление"1 ,= =1 79=79 кгс; напряжение 1.1=2,5 В; сварочный ток при=100 А/мм равен Л= =10079=7900 А, 1 и =0,1 с при частоте модуляции 1=1 Гц и времени паузы 1= =0,5 с.Сваривают встык две детали диаметром 10 мм из стали 20 при частоте индукционного тока 10000 ГцгдеЬ - глубина проникновения тока в мм;1 - частота тока, Гц;500 - коэффициент, учитывающий физические свойства свариваемого материала (взят для стали). 6По аналогии с предыдущим примером Р,= 19,9 кгс; Р=9 кгс; 1 =0,1 с; При 1,=1 Гц 1 п -- 0,5 с.При сварке удается повысить производительность сварки в 2 раза при хорошем качестве сварного соединения.Способ по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность в результате сокращения времени выдержки деталей под давлением за счет интенсификации диффузионных и рекристаллизацион нЬх процессов, а также повысить качествасоединения за счет снятия внутренних напряжений и улучшения структуры. 1. Способ диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталей дотемпературы рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления, от 20 личающийся тем, что, с целью повышенияпроизводительности и улучшения качествасоединения, импульсы нагрева и давленияосуществляют синхронно, причем длительность импульсов составляет 0,05 - 1,0 с, ачастота их следования 0,5 - 2,0 Гц.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтоминимальное сварочное давление соответствует удельному давлению 0,25 - 1,5 кгс/мм 2а максимальное - удельному давлению в5 кгс/мм30 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийсятем, что, с целью снятия внутренних напряжений, импульсы давления прикладывают в,конце импульсов нагрева,4. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтодля импульсного нагрева используют ток35промышленнои частоты при напряжении 1 -12 В и плотности 100 - 500 А/мм.5. Способ по п, 1, отличающийся тем, чтоимпульсный нагрев осуществляют индукционным током любой несущей частоты с40 частотой модуляции 0,8 - 4 Гц. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Великобритании1499583,кл. В 23 К 19/00, 1.02.8.45 2. Авторское свидетельство СССР647085, кл. В 23 К 20/14, 2.04.78 (прототип).ставнхред Ираж венно ретеии 35, РУ 130 ФилиалРедактор М. ТоЗаказ 798/22ВН тин Те Ти ИИПИ Государс по делам изоб 35, Москва, Ж вППП Патент, ель В.Мельникбв. Верес Корректор04 Подписноего комитета СССРй и открытийаушская наб., д. 4/5город, ул. Проектная, 4 Шулла