Устройство диффузионной сварки

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных изделий энергетического машиностроения, авиационного и ракетного двигателестроения. Вакуумная рабочая камера устройства выполнена в виде куба с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры свариваемых изделий на 20-40% для закрепления оснастки, фиксирующей свариваемые детали, и размещения нагревательных элементов. В боковых стенках камеры выполнены герметичные вводы для измерительных приборов и системы вакуумирования. Вакуумные насосы с затворами и клапанами располагаются позади вакуумной камеры. Над вакуумной камерой на силовой раме расположен электромеханический привод с редуктором для создания сварочного давления. Между редуктором и сильфонным вводом располагают силоизмерительное устройство. В соответствии с первым вариантом выполнения системы нагрева свариваемых изделий нагревательные элементы выполнены в виде керамических панелей с каналами, в которых размещены спирали сопротивления. Панели прикреплены к стенкам камеры на шарнирах с возможностью окружения в рабочем положении свариваемых изделий. По второму варианту на днище по углам камеры закреплены водоохлаждаемые токоподводы, к которым крепятся нагревательные элементы, выполненные по форме свариваемых изделий. Устройство обеспечивает равномерный прогрев и необходимое сварочное усилие при изготовлении крупногабаритных деталей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к сварочному оборудованию, в частности, к устройствам для обеспечения реализации технологии диффузионной сварки применительно к крупногабаритным изделиям энергетического машиностроения, авиационного и ракетного двигателестроения.

Известны установки диффузионной сварки в вакууме (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, 312 с). Они состоят из вакуумной сварочной камеры с вакуумной системой, источника нагрева деталей и системой создания и передачи необходимого сжимающего усилия на свариваемые детали. Конструкция любой из таких установок представляет собой основную силовую раму, в центре которой размещается вакуумная рабочая камера, внизу - вакуумные насосы и элементы вакуумной системы, а на верху - механизмы системы нагружения свариваемых деталей. Все представленные установки имеют рабочую вакуумную камеру, которая позволяет сваривать малогабаритные (диаметром до 200 мм и высотой до 250 мм) изделия машиностроения, приборостроения, электротехники и электроники. Нагрев деталей в них осуществляется индукционным или радиационным методами. При приложении сварочного давления к свариваемым деталям оно передается и на днище сварочной камеры, т.к. рабочий стол с находящимися деталями располагается на этом днище. Поэтому прикладывавмое сварочное давление ограничивалось 5-6 кгс/мм2 для исключения повреждения (деформации) камеры, что для деталей с большой площадью свариваемых поверхностей могло оказаться малым.

В настоящее время при создании, например, газотурбинных устройств (двигателей, энергетических станций и др.) возникла необходимость соединения деталей и сборочных единиц, чьи габаритные размеры составляют диаметром не менее 800 мм и высотой не менее 800 мм. Учитывая такие габариты изделий, а также необходимость равномерного прогрева деталей при сварке и приложения многотонного сварочного усилия к ним, потребовались сварочные установки (устройства) диффузионной сварки принципиально иной конструкции и с другой схемой расположения их основных систем.

Предлагается устройство для диффузионной сварки крупногабаритных изделий, содержащее вакуумную рабочую камеру, выполненную в виде куба с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры свариваемых изделий на 20-40% для того, чтобы иметь возможность закреплять оснастку для фиксации свариваемых деталей относительно друг друга и устанавливать нагревательные элементы. Сама камера располагается в внизу установки на уровне пола, чтобы крупногабаритные (а, следовательно, и массивные) изделия легко можно переместить со сборочного стола в камеру. Лицевая сторона камеры представляет собой дверцу, имеющей размер стороны куба. В боковых стенках камеры выполнены герметичные вводы для измерительных приборов (термопары), системы вакуумирования с трубопроводами, обеспечивающими откачку воздуха из камеры и создания в ней вакуума. Вакуумные насосы с затворами и клапанами располагаются позади вакуумной камеры.

Вверху вакуумной камеры имеется сильфонный ввод. Над вакуумной камерой на силовой раме расположен электромеханический привод с редуктором для создания сварочного давления. Для контроля и автоматического регулирования величины передаваемого сварочного давления на свариваемые детали между редуктором и сильфонным вводом располагают силоизмерительное устройство.

Система нагрева свариваемых изделий может быть выполнена по двум вариантам. Первый. Нагревательные элементы выполнены в виде керамических панелей с каналами, в которых размещены спирали сопротивления (обычно из вольфрамового или циркониевого сплава). Панели прикреплены к стенкам камеры на шарнирах с возможностью окружения в рабочем положении свариваемых изделий. Второй вариант предусматривает закрепление на днище по углам камеры водоохлаждаемых токоподводов. К ним крепятся нагревательные элементы, изготовленные из ниобия, и выполненные по форме свариваемых изделий (круглы или квадратные или прямоугольные и др.).

Установка работает следующим образом. Вариант первый (рис. 1). Свариваемые детали 1а, 1б и 1в собирают на столе 2 с помощью специализированной технологической оснастки (не показана). Затем их перемещают в рабочую вакуумную камеру 3, устанавливают на днище камеры 3.1. Между свариваемыми деталями и сильфонным вводом 4 устанавливают шток для передачи сжимающего усилия (не показан). К деталям крепят термопару или несколько термопар, вводимых в камеру от контрольных приборов 8 через герметичные вводы 7 в камере. Вокруг свариваемых деталей размещают нагревательные панели 3.2, в которых сделаны каналы 3.3 со спиралями сопротивления. Панели расположены по всем стенкам и двери 3.4 рабочей камеры так, чтобы равномерно нагреть свариваемые детали до нужной температуры.

Дверь камеры закрывают, начинают откачивать воздух из камеры с помощью системы вакуумирования 6, которая подключена к камере через боковые отверстия 6.1 и трубопроводы 6.2. В это же время между сильфонным узлом 4 и электромеханическим приводом 5 устанавливают силоизмерительное устройство 9 для передачи и контроля величины сжимающего усилия на свариваемые детали.

После достижения в камере заданного вакуума (обычно не хуже 1,33⋅10-3 мм рт.ст.) включают нагрев и устанавливают необходимое сварочное давление. После выдержки в течение заданного времени отключают нагрев, снимают сжимающее усилие, детали охлаждают до комнатной температуры. Далее в камеру напускают воздух, открывают дверцу, отводят нагревательные панели, отсоединяют термопару, разбирают технологическую оснастку и извлекают сваренные детали. Затем из подвергают визуальному или иному контролю.

Вариант второй (рис. 2). Свариваемые детали 1а, 1б, 1в также собирают на столе и перемещают в вакуумную камеру 3, устанавливают на днище камеры 3.1. Также устанавливают шток для передачи сжимающего усилия между свариваемыми деталями и сильфонным вводом 4. Крепят термопару (термопары), вводимые от контрольных приборов 8 через герметичные вводы 7. В углах камеры имеются токоподводы 10, на которые после все вышеуказанных операций устанавливаются напротив сварных швов ниобиевые нагреватели 11, имеющие форму свариваемых деталей, в данном случае, круглую.

Далее дверь камеры закрывают, окачивают воздух и повторяют все манипуляции, что и в варианте первом.

Отличие видов нагрева заключается в том, что в первом вариант под сварку нагревают всю сборку из трех деталей. А во втором варианте разогрев концентрируется только на сварных швах.

Предлагаемая конструкция установки диффузионной сварки с двумя вариантами нагрева свариваемых изделий обеспечивает получение качественных сварных крупногабаритных узлов в различных отраслях промышленности.

1. Устройство для диффузионной сварки крупногабаритных изделий, содержащее вакуумную рабочую камеру, выполненную в виде куба с габаритными размерами на 20-40% больше габаритных размеров свариваемых изделий, лицевая стенка которой является загрузочным отверстием и выполнена с дверцей, имеющей размер, соответствующий площади стороны куба, а в боковых стенках выполнены герметичные вводы для измерительных приборов, систему вакуумирования с трубопроводами, врезанными в заднюю и боковые стенки камеры, систему нагружения, включающую электромеханический привод, расположенный на силовой раме над рабочей камерой редуктор, сильфонный ввод в вакуумную рабочую камеру и расположенное между штоком редуктора и сильфонным вводом силоизмерительное устройство, систему нагрева с нагревательными элементами, выполненными в виде керамических панелей с каналами, в которых размещены спирали сопротивления, причем панели прикреплены шарнирами к внутренним стенкам камеры с возможностью окружения в рабочем положении свариваемых изделий, при этом вакуумная камера снабжена расположенными между внутренними стенками камеры и нагревательными элементами экранами для устранения перегрева стенок и концентрации тепла вокруг свариваемых деталей и расположена днищем на сборочном столе, выполненном с возможностью перемещения после сборки свариваемых деталей в рабочую камеру таким образом, чтобы ось приложения сварочного давления совпадала с осью симметрии свариваемых деталей.

2. Устройство для диффузионной сварки крупногабаритных изделий, содержащее вакуумную рабочую камеру, выполненную в виде куба с габаритными размерами на 20-40% больше габаритных размеров свариваемых изделий, лицевая стенка которой является загрузочным отверстием и выполнена с дверцей, имеющей размер, соответствующий площади стороны куба, а в боковых стенках выполнены герметичные вводы для измерительных приборов, систему вакуумирования с трубопроводами, врезанными в заднюю и боковые стенки камеры, систему нагружения, включающую электромеханический привод, расположенный на силовой раме над рабочей камерой редуктор, сильфонный ввод в вакуумную рабочую камеру и расположенное между штоком редуктора и сильфонным вводом силоизмерительное устройство, систему нагрева с нагревательными элементами, выполненными по форме свариваемых изделий из ниобиевой фольги и закрепленными на водоохлаждаемых токоподводах, расположенных по углам камеры и закрепленных в ее днище, при этом вакуумная камера снабжена расположенными между внутренними стенками камеры и нагревательными элементами экранами для устранения перегрева стенок и концентрации тепла вокруг свариваемых деталей и расположена днищем на сборочном столе, выполненном с возможностью перемещения после сборки свариваемых деталей в рабочую камеру таким образом, чтобы ось приложения сварочного давления совпадала с осью симметрии свариваемых деталей.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано для получения сверхпластической штамповкой изделий сложной формы. Осуществляют вакуумно-дуговую выплавку слитка из сплава ВТ20 и изготовление детали сверхпластической деформацией слитка при скорости деформации 10-4 с-1 с последующими термической обработкой.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической деформации ответственных силовых деталей: лопасти компрессоров ГТД, валы, роторы и т.д.

Изобретение может быть использовано при изготовлении диффузионной сваркой приборов фотоники, в частности при соединении пьезокристаллических преобразователей и акустооптических кристаллов.

Изобретение может быть использовано для производства двухслойных изделий. Осуществляют нагрев в камере двух уложенных друг на друга листовых заготовок и их диффузионную сварку за счет приложения давления газа на внешние поверхности с обеих сторон заготовок.
Изобретение относится к получению деталей газотурбинных двигателей из титанового псевдо-β-сплава с лигатурой Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe. Проводят дополнительное легирование титанового сплава псевдо-β-сплава с лигатурой Ti-Al-Mo-V-Cr-Fe редкоземельным металлом.
Изобретение может быть использовано для изготовления лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования. Проводят горячую газовую формовку слитка со сверхпластической деформацией при температуре от 870 до 1000°С и скорости деформации 10-4c-1.

Изобретение может быть использовано для получения сварных конструкций из разнородных металлических материалов, в частности переходника титан-алюминий. Заготовка для проведения последующей диффузионной сварки в условиях горячего изостатического прессования содержит размещенные в капсуле титановую и алюминиевую заготовки.

Изобретение может быть использовано для получения сварных конструкций из разнородных металлических материалов, в частности из титановых сплавов и нержавеющей стали.

Изобретение может быть использовано для изготовления биметаллического изделия, выполненного из литого интерметаллидного сплава на основе Ni3Al и дисперсионно-твердеющего никелевого сплава.

Термическая печь может быть использована для формирования композиционных материалов и изделий путем диффузионной сварки стеклянного и металлического узлов заготовок.

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных изделий энергетического машиностроения, авиационного и ракетного двигателестроения. Вакуумная рабочая камера устройства выполнена в виде куба с габаритными размерами, превышающими габаритные размеры свариваемых изделий на 20-40 для закрепления оснастки, фиксирующей свариваемые детали, и размещения нагревательных элементов. В боковых стенках камеры выполнены герметичные вводы для измерительных приборов и системы вакуумирования. Вакуумные насосы с затворами и клапанами располагаются позади вакуумной камеры. Над вакуумной камерой на силовой раме расположен электромеханический привод с редуктором для создания сварочного давления. Между редуктором и сильфонным вводом располагают силоизмерительное устройство. В соответствии с первым вариантом выполнения системы нагрева свариваемых изделий нагревательные элементы выполнены в виде керамических панелей с каналами, в которых размещены спирали сопротивления. Панели прикреплены к стенкам камеры на шарнирах с возможностью окружения в рабочем положении свариваемых изделий. По второму варианту на днище по углам камеры закреплены водоохлаждаемые токоподводы, к которым крепятся нагревательные элементы, выполненные по форме свариваемых изделий. Устройство обеспечивает равномерный прогрев и необходимое сварочное усилие при изготовлении крупногабаритных деталей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх