Способ соединения материалов

 

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. № 747661, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик сварного соединения, после сгорания экзотермической смеси нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горениЯрЭкзотермической смеси на 100-500 С в течение 2-15 с.

СОЮЗ СОветсних

СОЦИАЛИСТИЧЕО-(ИК

РЕСПУБЛИК (19) (ll) госуд@ ственный комитет сссР

flG ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTQPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((61) 747661 (21) 3662036/25-27 (22) 23.09.83 (46) 07 04,85. Бюл. Р 13 (72) В.И.Ермаков, В.Ю.Надеин, Г.A.Êóëàêoâ, A.Ã.Ìåðæàÿîâ и A.Ñ.Øòåéíáåðã (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. B.Â.Êóéáûøåâà (53) 621.791.89(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 747661, кл. В 23 К 28/00,1976 (прототип).

4(51) В 23 К 28/00; В 23 К 1 00 (54)(57) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ro авт.св. Р 747661, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик сварного соединения, после сгорания экзотермической смеси нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горения экзотермической о смеси на 100-500 С в течение 2-15 с.

1148745

Изобретение относится к технологии неразъемного соединения, преимущественно тугоплавких и разнородных материалов.

По основному авт.св. 9 747бб1 известен способ соединения материалов, при котором в зазоре размещают экзотермическую смесь, содержащую металлы 1У, У групп. Периодической системы и неметалл-бор или углерод, нагревают ее со скоростью, 10 обеспечивающей ее самовоспламенение и расплавление образующегося в процессе синтеза тугоплавкого соединения при температуре выше критической температуры теплового взры- 15 ва смеси (1 .

При этом нагрев осуществляется пропусканием электрического тока или с помощью теплопроводящих блоков с различной теплопроводностью.

Известный способ обеспечивает соединение тугоплавких материалов.

Кроме того, прочностные характеристики соединения невысокие вследствие неполного сгорания экзотермической смеси и из-за быстрого остывания шва после прекращения нагрева.

Цель изобретения — повышение прочностных характеристик сварного соединения.

Цель достигается тем, что согласно способу соединения материалов после сгорания экзотермической смеси нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабати- 35 ческой температуры горения экзотермической смеси на 100-500 С в течение 2-15 с.

Способ осуществляется следующим образом. 40

Берут соединяемые детали, свариваемые поверхности предварительно зачищают и.обезжиривают {ацетоном, спиртом, бензином). Между свариваемьхли поверхностями затем помещают экзотермическую смесь металлов 1У, У групп Периодической системы и неметалла — бор, углерод, например

8Ь+ C.или Tl + С. Смесь наносится в виде порошка слоем толщиной 0,10,5 мм. Это оптимальная толщина, установленная экспериментально,обеспечивающая устойчивый процесс горения. Соединяемые детали сжимают усилием 10-30 кгс/см для обеспече2 ния плотного контакта после воспламенения и расплавления экзотермической смеси. Интервал усилий определяется прочностными характеристиками свариваемых деталей при температурах воспламенения смеси, Затем 60 сборку нагревают. Нагрев можно проводить любым способом, например электрическим током, индукционным способом, до температуры теплового взыва смеси. Эта.температура для каждой 65 смеси определяется экспериментально и зависит от большого числа параметров (от частоты исходных продуктов, дисперсности, скорости нагрева и т ° д.) ° В общем случае температура нагрева должна быть на 100-500 С о

ыше температуры плавления конечного продукта реакции экзотермической смеси. Горение смеси протекает

0,1-3 с. После горения смеси (что сопровождается свечением) нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горения экзотермической смеси на 100-500ОС в течение ?-15 с.

При горении конденсированных систем типа металл-неметалл существуют две стадии процесса — распространение волны горения и догорание, существование которых обусловлено особенностями кинетики взаимодействия реагентов через слой образующегося тугоплавкого продукта. Первая стадия характеризуется неполнотой превращения вещества, во второй стадии нри относительно малом тепловыделении может прореагировать значительная часть вещества. Всякая экзотермическая реакция требует некоторой начальной пороговой энергии, после которой происходит самораспространение этой реакции при отсутствии теплопотерь или незначительных потерях тепла, не препят— ствующих нормальному протеканию реакции, Вследствие теплопотерь реакция может не доходить до конца.

В обычных условиях имеются большие теплопотери, поэтому для их компенсации необходимым является дополнительный нагрев. Интервал температур выбирается экспериментально.

Однако можно определять температуру нагрева расчетным путем, исходя из теплопотерь, имеющих место при осуществлении способа. Время стадии догорания также определено экспериментально по данным рентгено-фазового анализа, который позволяет определить наличие промежуточных и конечного продуктов реакции горения экзотермической смеси, из чего можно заключить — прошла реакция до конца или оборвалась из-за теплопотерь на каком-либо этапе. Увеличение х<е времени дополнительного нагрева приводит к разрушению свариваемых образцов вследствие распространения температуры шва в образец.

Для сравнительных испытаний берутся Т-образные цилиндрические образцы высотой 35 мм с площадью в месте контакта 80 мм . Между предва2 рительно обезжиренными спиртом или ацетоном поверхностями помещают гетерогенную смесь в виде слоя 0,10,5 мм, состоящую из порошка ниобия или титана и углерода в стехиометри1148745

Время основного нагрева, с

Температура дополнительного нагрева

Ток, редел прочности, кг/мм согласно

2 способу

Экзотермическая смесь

Время дополнитель ного нагрева, с

Свариваемые материалы емпеатура спышо и, С известному редлааемому

7 1800 1600 1200 93

Нержавеющая стальнержавеющая сталь

Ниобийуглерод

1500 1000 1000 75

Нержавеющая стальнержавеющая сталь

25 8

Титануглерод

Ниобийнержавеющая сталь

Ниобийуглерод

2400 2000 900 68

1700 1200 1200 82

Сталь 45 сталь 45

Ниобийуглерод

28

Сталь 45 сталь 45

18 1700 1200 1200 42

Ниобийуглерод

Сталь 45 сталь 45

Ниобийуглерод

10.22 1700 1200 1200 26

28

2 1700 1600 1200 63

Сталь 45 сталь 45

Ниобийуглерод

Сталь 45 сталь 45

Ниобий-. углерод

18 1700 1600 1200 21

Сталь 45 сталь 45

Ниобийуглерод

10 22 1700 1600 1200 5

Составитель В.Влодавская

Техред С. Легеза Корректор Н,.Король

Редактор A.Êoçoðèç

Заказ 1/98/9 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП . Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 ческом соотношении. Полученную сборку сжимают усилием 10-30 кг/см и . нагревают пропусканием электрического тока в атмосфере аргона. Ток 10001200А подают 6-10 с. За зто время зкзотермическая смесь и прилегаюшие к ней поверхности образцов нагреваются до начальной температуры порядка

9001200 C., после чего смесь практически мгновенно саморазогревается вследствие возникновения теплово-,10

ro взрыва. Саморазогрев сопровождается ярким белым свечением. После прекращения саморазогрева ток снижают и процесс ведут при температуре на 100-500ОС ниже адиабатической тем» пературы горения. Исследования образцов на разрыв проводятся на разрывной машине P-10 по стандартной методике. данные испытаний сведены в таблицу.

Предлагаемый способ позволяет повысить прочность соединения приблизительно в 1,5-2 раза по сравнению с известным и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других областях техники для получения высокопрочных неразъемных соединений,