Способ диффузионной сварки


B23K103/18 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2579413:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)

Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой. Собирают в пакет. В качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля. Размещают в вакуумной камере. Нагревают. Прикладывают сварочное давление и изотермически выдерживают. Сварку ведут в вакууме не хуже 5·10-5 мм рт.ст. при температуре процесса Т=930-980˚C с выдержкой в течение 30-45 мин, при этом прикладывают сварочное давление, которое обеспечивает пластическую деформацию промежуточного слоя на 50% от его исходной толщины. Изобретение позволяет изготавливать герметичную по гелию стенку мембранного элемента, который используется для получения сверхчистого водорода (99,9999 об.%). Потребность в таком водороде для водородной энергетики и высоких технологий неуклонно растет.

 

Изобретение относится к способам получения неразъемных вакуумно-плотных соединений, в частности к диффузионной сварке изделий, состоящих из деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладия или палладиевого сплава.

Известен способ соединения нержавеющей стали с палладием или палладиевым сплавом сваркой плавлением (А.с. СССР №703262 от 1974 г.). Он обеспечивает получение равнопрочного качественного соединения за счет применения промежуточного слоя из хромоникелевого сплава, но не обеспечивает вакуумно-плотного соединения указанных материалов, так как при плавлении соединяемых материалов происходит частичное выгорание химических компонентов сплавов.

Известен способ соединения нержавеющей стали с палладием или палладиевым сплавом шовной роликовой сваркой с перекрытием сварочных точек от 30 до 80% (Справочник сварщика в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978 г).

Недостатком данного способа является также невозможность обеспечения вакуумно-плотного соединения, так как в процессе кристаллизации сварочной ванны, образующейся при прохождения импульса сварочного тока, и при повторной кристаллизации сварочной ванны, происходящей при прохождении второго - перекрывающего - импульса, происходит ее растрескивание из-за образования хрупких интерметаллидов.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке способа соединения изделий, состоящих из деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладия или палладиевого сплава.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равнопрочного и вакуумно-плотного (герметичного) соединения деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладия или палладиевого сплава в сочетании с обеспечением вакуума не хуже 5·10-5 мм рт.ст.

Технический результат достигается тем, что в способе диффузионной сварки деталей из нержавеющей стали с мембраной из фольг палладия или палладиевого сплава, включающем очистку соединяемых поверхностей, сборку пакета, содержащего детали из нержавеющей стали, промежуточный слой и мембрану из фольги палладия или палладиевого сплава, согласно изобретению детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава перед сборкой очищают электрополировкой, в качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля, сварку ведут в вакууме не хуже 5·10-5 мм рт.ст., температура процесса T=930-980°C, время выдержки 30-45 мин, при этом прикладывают сварочное давление, которое обеспечивает пластическую деформацию промежуточного слоя на ~50% от его исходной толщины.

Сущность изобретения заключается в том, что данный способ, реализуемый в твердой фазе (без расплавления соединяемых материалов), позволяет получить равнопрочное и вакуумно-плотное соединение нержавеющей стали с палладием или палладиевым сплавом с прочностью на уровне прочности палладия/палладиевого сплава.

Электрополировка обеспечивает требуемую чистоту свариваемых поверхностей, а параметры диффузионной сварки (вакуум, температура, сварочное давление и время выдержки) обеспечивают сближение свариваемых поверхностей всех деталей изделия на уровне атомарного взаимодействия. Отсутствие в сварном шве хрупких интерметаллидов достигается за счет использования в качестве промежуточного слоя фольги из никеля. Отличительные признаки в совокупности дали возможность получить технический результат изобретения, т.е. обеспечить равнопрочное, вакуумно-плотное соединение нержавеющей стали с палладием или палладиевым сплавом.

Примеры выполнения способа.

Пример 1

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали 12X18H10T и мембран из фольги палладиевого сплава состава Pd - 10 мас.%, Ag - 5,5 мас.%, Ni без предварительной электрополировки деталей, с протиркой свариваемых поверхностей салфеткой, смоченной в спиртобензиновой смеси. Между свариваемыми деталями не прокладывали промежуточных слоев. Параметры режима сварки: T=930°C, P=1 кгс/мм2, время выдержки 30 мин. После сварки отсутствовала пластическая деформация деталей. Прочность соединения не превышала 10-12 кгс/мм2. Сварной шов не обеспечил вакуумную плотность изделия, в зоне соединения наблюдали ряд разрушений.

Пример 2

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладиевого сплава состава Pd - 10 мас.%, Ag - 5,5 мас.%, Ni, включив перед сваркой процесс обезжиривания и активации свариваемых поверхностей электрополировкой. Между свариваемыми деталями не прокладывали промежуточных слоев. Параметры режима диффузионной сварки: T=930°C, P=1 кгс/мм2, время выдержки 30 мин. После сварки отсутствовала пластическая деформация деталей. Результат улучшился, появилась вакуумная плотность соединения, но прочность соединения низкая, не превышает 8-10 кгс/мм2, что, вероятно, связано с образованием хрупких интерметаллидов. Для увеличения прочности необходимо применение промежуточных слоев.

Пример 3

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали 12X18H10T и мембран из фольги палладиевого сплава состава Pd - 6 мас.%, In - 0,5 мас.%, Ru с предварительной электрополировкой свариваемых поверхностей. Между деталями помещали фольгу никеля толщиной 30 мкм. Параметры режима сварки: T=950°C, P=1,5 кгс/мм2, время выдержки 45 мин. В результате применения промежуточного слоя из фольги никеля соединение оказалось вакуумно-плотным, равнопрочным, его прочность составила 18 кгс/мм2. Металлографический анализ показал, что деформация промежуточного слоя из никелевой фольги составила ~50%. Эти параметры обеспечивают технический результат изобретения.

Пример 4

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладиевого сплава состава Pd - 6 мас.%, In - 0,5 мас.%, Ru с предварительной электрополировкой свариваемых поверхностей. Между свариваемыми деталями прокладывали промежуточные слои из никелевой фольги толщиной 50 мкм. Параметры режима сварки: T=950°C, время выдержки 45 мин, а сварочное давление P изменяли от 0,5 до 2,5 кгс/мм2. При минимальном сварочном давлении (0,5 кгс/мм2) пластическая деформация промежуточного никелевого слоя составила около 15%, сварной шов не был герметичен по всей длине. При увеличении сварочного давления (2,5 кгс/мм2) сварной шов получился герметичным, но наблюдается некоторая пластическая деформация деталей из нержавеющей стали, что не отвечает требованиям изготовления изделия.

Пример 5

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали и мембран из фольги палладиевого сплава состава Pd - 6 мас.%, Ru с предварительной электрополировкой свариваемых поверхностей. Между свариваемыми деталями прокладывали промежуточные слои из никелевой фольги толщиной 30 мкм. Параметры режима сварки: T=980°C, время выдержки 45 мин, P=1,5 кгс/мм2. Получили вакуумно-плотное соединение с прочностью 21 кгс/мм2. Деформация промежуточного слоя составила 50%. Данные параметры также обеспечивают технический результат изобретения.

Способ диффузионной сварки, включающий очистку соединяемых поверхностей, сборку пакета, содержащего детали из нержавеющей стали, промежуточный слой и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава, размещение в вакуумной камере, нагрев, приложение сварочного давления и изотермическую выдержку, отличающийся тем, что детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава перед сборкой очищают электрополировкой, в качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля, а сварку ведут в вакууме не хуже 5·10-5 мм рт.ст. при температуре процесса Т=930-980°C с выдержкой в течение 30-45 мин, при этом прикладывают сварочное давление, которое обеспечивает пластическую деформацию промежуточного слоя на 50% от его исходной толщины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу диффузионной сварки и может быть использовано для сварки разнородных материалов в различных отраслях машиностроения, в частности при изготовлении твердосплавного инструмента.

Изобретение может быть использовано при изготовлении титановых тонкостенных слоистых конструкций, например сложных трехмерных конструкций, в частности сотовых заполнителей, вентиляторных лопаток, воздухозаборников, выпускного окна в ускорительной технике.

Изобретение относится к способу холодной сварки давлением деталей из высокопрочных материалов. Предварительно очищают контактные поверхности деталей и размещают пластичную прокладку между ними.

Изобретение относится к способу получения неразъемного сварного соединения из ситалла с металлами методом диффузионной сварки. Способ включает сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия.

Изобретение может быть использовано для соединения материалов на основе алюминия. Между двумя соединяемыми материалами прокладывают материал прокладки, состоящий из сплава, содержащего в качестве основных компонентов цинк и алюминий; или цинк и магний; или цинк, магний и алюминий; или цинк, медь и алюминий; или цинк, олово, алюминий; или цинк, серебро и алюминий.
Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов сталь-алюминий. Стальные листы предварительно покрывают водным раствором флюса, содержащего KF - 36-40%; AlF3 - 44-50%; K2TiF6 - 10-20%, удаляют влагу, а затем собирают в пакеты и пропитывают алюминиевым расплавом с температурой перегрева на 50-100°С выше линии ликвидус алюминиевого сплава.

Изобретение может быть использовано при диффузионной сварке металлических и неметаллических материалов. Между свариваемыми деталями, установленными в вакуумной камере, размещают металлическую прослойку.
Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. .
Изобретение относится к области сварки давлением заготовок из титанового сплава через промежуточную прокладку из титанового сплава с размером зерен менее 1 мкм и может быть использовано в промышленности для изготовления разнообразных изделий, в том числе сложнопрофильных и/или крупногабаритных изделий из отдельных более мелких и/или простых по форме заготовок.
Изобретение относится к способам диффузионной сварки меди и низкоуглеродистой стали или армко-железа и может быть использовано при изготовлении узлов электровакуумных приборов (ЭВП), например полюсных наконечников, используемых в этих приборах в качестве магнитопроводов, или замедляющих систем.
Изобретение может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки при изготовлении ответственных силовых деталей, в частности шпангоутов, силовых нервюр, балок шассийных и т.д.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сверхпластической формовки изделий сложной формы, в частности лопаток компрессора. Изготавливают лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования.

Изобретение относится к способу диффузионной сварки элементов из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих лопаток, дисков газовых турбин и др., которые работают при высоких нагрузках и температурах.

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом диффузионной сварки, например, при изготовлении рабочих лопаток и дисков газовых турбин.

Изобретение может быть использовано в аэрокосмическом машиностроении для изготовления многослойных панелей из титанового сплава ВТ-23. После предварительного отжига листов заполнителя при температуре 680°C с последующей выдержкой на воздухе в течение 25 минут осуществляют сборку в пакет упомянутых листовых заготовок.

Изобретение относится к способу диффузионной сварки изделий из разнородных материалов и может быть использовано для бронзирования внутренних, глубоких отверстий корпусов плунжерных гидронасосов, работающих в условиях трения-скольжения.

Изобретение может быть использовано для изготовления сваркой давлением с подогревом многослойных металлических панелей корпусов летательных аппаратов. Локально соединяют листы заполнителя и собирают пакет в штампе с размещением их между листами обшивок.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам.
Изобретение может быть использовано при изготовлении слоистых тонкостенных титановых конструкций из листового материала, в частности, выпускных окон энергетических установок для вывода пучка электронов.

Изобретение может быть использовано при соединении деталей из титана и стали путем диффузионной сварки, в частности, для получения турбинных валов для газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способу сварки роторов для генерации энергии (газовых турбин, паровых турбин, генераторов), которые содержат множество роторных дисков, размещенных вдоль оси ротора.

Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой. Собирают в пакет. В качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля. Размещают в вакуумной камере. Нагревают. Прикладывают сварочное давление и изотермически выдерживают. Сварку ведут в вакууме не хуже 5·10-5 мм рт.ст. при температуре процесса Т930-980˚C с выдержкой в течение 30-45 мин, при этом прикладывают сварочное давление, которое обеспечивает пластическую деформацию промежуточного слоя на 50 от его исходной толщины. Изобретение позволяет изготавливать герметичную по гелию стенку мембранного элемента, который используется для получения сверхчистого водорода. Потребность в таком водороде для водородной энергетики и высоких технологий неуклонно растет.

Наверх