Способ диффузионной сварки

 

ОП ИСАНИЕ

И ЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„,996142

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.10.80 (21) 2999045/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (5g) М Кл з

В 23 К 20/14

Государственный комитет (23) Приоритет— сссе оо делам кзобретеннй и открытий

Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № 6 (53) УДК 621.791..66 (088.8) Дата опубликования описания 25.02.83 т -*ю, °, 1 .,ЛДДЯтт.- гт

Г. А. Мирлин, В. И. Агеев и В. И. Барашев„-""т А.т

- - -(k,i . 4

Завод-ВТУЗ при Московском трижды ордена Ле ина, @рщена., „.

Октябрьской Революции и ордена Трудового Красеп eíè"-""--"автомобильном заводе им. И. А. Лихачева СВЕ ц М (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к диффузионной сварке, в частности к сварке с импульсным нагревом свариваемых деталей и импульсным приложением сварочного давления.

Известен способ диффузионной сварки, при котором свариваемые детали помещают в рабочую камеру, нагревают до температуры рекристаллизации и импульсно прикладывают давление (1).

Недостатком способа является низкая производительность процесса из-за длительного времени образования сварного соединения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталей до температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления (2).

Недостатком способа является низкая производительность и невысокое качество сварного соединения.

Цель изобретения — повышение производительности и улучшение качества соединения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно 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 соот1о 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 им15 пульсов 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 час2о тотой 0,8 — 4 Гц.

На фиг. 1 и 2 приведены циклограммы синхронного приложения импульсов нагрева и давления; на фиг. 3 — схема установки для осуществления способа с нагревом

996142

3 деталей проходящим импульсным 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 t„<0,05 с наблюдается недостаточный нагрев деталей в зоне сварки, а при t >1,0 с — черезмерный рост зерна, а при выборе частоты f>< следования исходя из того, чтобы перегрев зоны соединения, вызванный тепловым импульсом, успел снизить до определенного уровня. Частота 1„модуляции длительность импульсов t„следования импульсов и длительность паузы 1„связаны соотношением

1и = + и

При t„= 0,05 с пауза становится слишком большой и при f„=0,5Гц достигает значения t„=1,95 с. В этом случае температура зоны сварки и производительность процесса резко снижаются. При наибольшей длительности импульса — t„=0,5 с и частоте f = 2,0 Гц величйна паузы сокращается до нуля — t„=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/мм2. При величине минимального давления Р„„< 0,25 кгс/мм2 не образуется необходимый физический контакт между соединяемыми поверхностями, в результате не происходит разрушения поверхностных пленок и не протекает взаимная диффузия.

При значениях Р„;„> 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/мм2 наблюдается черезмерная деформация граничных объемов нагретого металла в зоне сварки, а при P (1 кгс/мм — недостаточная де4 формация 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/мм2, 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 U<1 В ток не будет протекать через зону сварки из-за наличия на поверхностях деталей окисной пленки, а при Uk 12 В и малом значении удельного давления наблюдается оплавление и выброс металла из зоны сварки вследствие значительного контактного сопротивления. Значения плотности тока J = 100 А/мм принимают для материалов, имеющих повышенное электрическое сопротивление, например для нержавеющих хромоникелевых сталей, а большие значения плотности тока j 500 А/мм — для углеродистых сталей и цветных металлов.

Частоту и ндукционного 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 верхний подвижный 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 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

Р„„н — — 0,25 кгс/мм 2; минимальное усилие

Р„,„„=-0,25Х79= 19,9 кгс; максимальное удельное давление р=1,0 кгс/мм ; максимальное усилие Р„= 1,0x79= 79 кгс; напряжение в электрической цепи (вторичной)

V=4 В; сварочный ток при плотности тока

1=300 А/мм, J = j. F = 300х 79 = 23700 А

t> — — 0,1 с при частоте f=1 Гц, t„=05 с.

Также сваривают встык две детали из нержавеющей стали 0Х18Н9Т диаметром

10 мм/площадь F = 79 мм; минимальное удельное давление р„„„=0,25 кгс/мм ; ми: нимальное усилие Р „„=0,25x79=19,9 кгс; максимальное удельное давление р

= 1,0 кгс/мм, максимальное давление"11 „,=

=1 79=79 кгс; напряжение U=2,5В; сварочный ток при j = 100 А/мм равен J=

= I00x79=7900 А, t„=0,1 с при частоте модуляции f„= 1 Гц и времени паузы t„=

=0,5 с.

Сваривают встык две детали диаметром

10 мм из стали 20 при частоте индукционного тока 10000 Гц гдето — глубина проникновения тока в мм;

1- — частота тока, Гц;

500 — коэффициент, учитывающий физические свойства свариваемого материала (взят для стали) .

По аналогии с предыдущим примером

Р„,„„=19,9 кгс; Р„„=?9 кгс; t =0,1 с;

При f„= 1 Гц t„— — 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 рекристаллизационных процессов, а также повысить качества соединения за счет снятия внутренних напряжений и улучшения структуры.

Формула изобретения

1. Способ диффузионной сварки с импульсным нагревом свариваемых деталей до температуры рекристаллизации и импульсным приложением сварочного давления, от20 личающийся тем, что, с целью повышения производительности и улучшения качества соединения, импульсы нагрева и давления осуществляют синхронно, причем длительность импульсов составляет 0,05 — 1,0 с, а частота их следования 0,5 — 2,0 Гц.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что минимальное сварочное давление соответствует удельному давлению 0,25 — 1,5 кгс/мм2 а максимальное — удельному давлению !в

5 кгс/мм

Зо 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снятия внутренних напряжений, импульсы давления прикладывают в, конце импульсов нагрева.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для импульсного нагрева используют ток

35 промышленнои частоты при напряжении 1—

12 В и плотности 100 — 500 А/мм .

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсный нагрев осуществляют индукционным током любой несущей частоты с

4р частотой модуляции 0,8 4 Гц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании № 1499583, кл. В 23 К !9/00, 1.02.78.

2. Авторское свидетельство СССР № 647085, кл. В 23 К 20/14, 2.04.78 (прототип). - 996142

Составитель В.Мельникбв

Редактор М. Товтин Техред И. Верес Корректор И. Шулла

Заказ 798/22 Тираж 104 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4