Спосіб дифузійного зварювання матеріалів

Спосіб дифузійного зварювання матеріалів, що включає в себе нагрів з'єднуваних деталей до температури зварювання, їх стиснення і витримку при заданих умовах, який відрізняється тим, що в процесі зварювання створюють циклічне зниження та підвищення температури. 1. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість циклічних знижень та підвищень температури, а також кількісний розмір циклування вибирають в залежності від механічних властивостей з'єднуваних матеріалів при температурі зварювання та від чистоти підготовки з'єднуваних поверхонь. (13) 81583 (11) UA контакту матеріалів, н а грі вають елемен ти , що з 'єдн ують ся , до темпер а тури з ва рюванн я і з дій сн юють ізо термі чн у ви тримк у, а в пр оце сі п ла сти чно ї де формаці ї по вер хонь , що з вар юють ся , зм і щують о дин з е леме н ті в на ве ли чин у пластичної деформації [Патент РФ № 2167749 Способ диффузионной сварки двух элементов, И.И.С толяров, СВ.Цыпков]. Вказаний спосіб не забезпечує високу якість зварювання, внаслідок складності забезпечення рівномірного тиску по всій з'єднуваній поверхні, призводить до значних зварювальних деформацій, внаслідок неможливості зосередити деформації в зоні контакту, має вузьке коло можливого використання способу, потребує застосування додаткового устаткування для зміщення однієї з деталей. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб дифузійного зварювання матеріалів, у якому нова сук упність дій дозволила забезпечити інтенсифікацію термодеформаційних процесів у зоні з'єднання, завдяки чому підвищується якість зварювання. Ви рі шуєть ся за да ча тим , що у спо собі ди фуз і й но го з ва рюва ння матеріалів, який включає в себе нагрів з'єднуваних деталей до температури зварювання, їх стиснення і витримку при заданих умовах зварювання, згідно з пропозицією створюють циклічне зниження та (19) Винахід відноситься до зварювання, зокрема до технології виготовлення ко нстр ук цій з н ероз 'ємними з 'єднан нями ти ском , а саме ди фузі йним зварюванням металів і сплавів, і може знайти застосування в машинобудівній, авіакосмічній, приладобудівній галузях тощо. Відомо про спосіб ди фузійно го з варювання , при якому в проце сі зварювання одночасно зі стисканням на деталі, що зварюються, передають механічні коливання [А. с. СССР №998058, Способ диффузионной сварки, О.Н. Крюков, В.И. Беляков]. Цей спосіб дифузійного зварювання потребує застосування додаткового устаткування для створення механічних коливань. Відомо про спо сі б ди фузійн ого з вар ювання , п ри яком у у про цесі підго то вки дета лей , що з варюються, на по вер хні одні єї з дета лей , що з'єдн уються, створюють сти скаючі однорідні вн утрі шні напр уження, а на п о вер хні ін шо ї де талі , що з 'єдн ується , створ юють о днак ові роз тя гуючі внутрішні напруження [А. с. СССР №1260145, Способ сварки разнородных ма тер иало в, П .К.Яны ше в]. В цьом у спо собі ди фузійн ого з вар ювання ускладнено процес механічної підготовки поверхонь, що з'єднуються. Н ай бі ль ш близьк им по те хн і чні й сутно сті є сп о сі б ди фуз і йно го зварювання виробі в, що мають полк у та стінк у, при яком у стиск ува льне зусилля додають перпендикулярно до поверхні C2 2. 3 81583 підви щення температури . Кількість циклічних знижень та підвищень температури, а також кількісний розмір циклування обирають в залежності від механічни х власти востей з'єднуваних матеріалів при температурі зварювання та від чистоти підготовки з'єднуваних поверхонь. При нагріванні стиснути х деталей, виготовлених з матеріалів, які мають різні теплові коефіцієнти лінійного розширення (ТКЛР), на поверхні контакту де та лі з бі льшим ТКЛР виника ють сти скаючі напр уж ення, а на повер хні контакту деталі з меншим ТКЛР виникають розтягуючі напруження. При охолодженні ци х де та лей , на повер хні контак ту дета лі з біль шим ТКЛР виникають розтягуючі напруження, а на поверхні контакту де талі з меншим ТКЛР виникають стискаючі напруження. При досягненні цими напруженнями величини границі текучості матеріалу, як при нагріванні так і при охолодженні, виникає змяття існуючих мікронерівностей з'єднуваних поверхонь, внаслідок чого збільшується фак тична пло ща контакту де талей . За вдяки збільшенн ю фактичної площі контакту процеси дифузії йдуть з більшою інтенсивністю, що забезпечує отримання високоякісного, бездефектного зварного з'єднання. Для пояснення суті способу наведені такі рисунки: фігура 1 - схема з'єднання деталей при зварюванні армко-заліза (1) зі сталлю 12X18Н9Т (2); фігура 2 - залежність температури від часу при зварюванні армко-заліза зі сталлю 12Х18Н9Т; фігура 3 - мікроструктура зварного з'єднання армко-заліза і сталі 12 Х18Н9Т(х250); фігура 4 - схема з'єднання деталей при зварюванні міді М1 (1) з армко-залізом (2); фігура 5 - залежність температури від часу при зварюванні міді М1 і армко-заліза; фі гура 6 мікростр ук тура з варно го з'єднання міді М1 і армко-за ліза (х250). Здійсн ення сп осо бу ди фузійн ого з вар ювання п оказано на наступном у прикладі. Проводили дифузійне зварювання деталі, виготовленої з армко-заліза (1) і деталі (2) зі сталі 12Х18Н9Т (фіг.1). Деталі встановлювали в зварювальну камеру устано вки ди фузійно го зварювання і пі сля дося гнення вак уум у 10- 4 мм.рт.ст. на грі вали до температури Т 1 =1000°С і сти ск ували постійним з усиллям, яке забезпечує тиск Рзв=15,0 МПа. Потім знижували температур у до Т2=800°С зі швидкістю 2°С/с. По досягненні Т2 підвищували температуру з тією ж швидкістю до Т 1 і так тр и цикли (фі г.2 ). В останньом у циклі н агрі ва ли де та лі до темп ера тур и Т3 = 1050°С. При даній температурі витримували деталі протягом 600 с, після чого о хо ло дж ували у вак уумній камері . Ме хан ічні вип робування з вар ни х з'єднань показали стабільні результати по міцності (не менші міцності армко-заліза). Границя міцності при розтягуванні складала не менше ав=390МПа. Руйнування відбувалося по армко-залізу. Вивчення мікроструктури показало 4 високу якість з'єднання (фіг.3). Для порівняння здійснювали з варювання за схемою про тотип у при наступни х параметрах: температура Т=1050°С, стиск увальне зусилля, що забезпечує тиск Рзв=20,0МПа, час зварювання t=900c. Ме ханічні випробування зварних з'єднань показали, що границя міцно сті при s в =230 ...310 МП а. розтя гува нні скла ла Руйнування відбувалося по зварному шву. Проводили дифузійне зварювання деталі, вигото вленої з міді М1 (1) і деталі (2) з армкозаліза (фіг.4). Деталі встановлювали в зварювальну камеру установки дифузійного зварювання і після досягнення вакууму 104 мм.рт.ст. нагрівали до температури Т 1=900 оС і стискували постійним зусиллям, яке забезпечує тиск Рзв=8,0МПа. Потім знижували температуру до Т2=500°С зі швидкістю 2°С/с. По дося гненні Т 2 підви щували температур у з тією ж швидкістю до Т1 і так три цикли (фіг.5). В останньому циклі нагрівали деталі до температури Т3 = 950 °С. При даній температурі витримували деталі протягом 700с, після чого охолоджували у вакуумній камері. Механічні випробування зварних з'єднань показали стабільні результати по міцності (не менші міцності міді М1). Границя міцності при розтягуванні складала не менше s в =240МПа. Руйнування відбувалося по міді М1. Вивчення мікроструктури показало високу якість з'єднання (фіг.6). Для порівняння здійснювали зварювання за схемою прототипу при наступних параметрах: температура Т=1000°С, стискувальне з уси лля , що за безпе чує тиск Рз в= 10 ,0 МП а, час з вар ювання t=10 00c. Механічні випробування зварних з'єднань показали, що границя міцності s в =110...180МПа. при розтягуванні склала Руйн ування відбувалося по зварному шву. Використання винаходу в порівнянні з відомим способом дозволяє інтенсифікувати процес дифузійного зварювання, підвищити міцність зварного з'єднання на 5...15%, знизити величину зварювальних деформацій шляхом з осере джен ня де форма ці й в з оні к он так ту, ви бі рко во зниз и ти о дин з па рам е трі в з вар юван ня (тем пе ра тур у, ти ск , час) і п і дви щи ти як і сть зварювання. При цьому відсутня необхідність у застосуванні додаткового устаткування, а також можливо з'єднувати деталі різноманітної форми. 5 81583 6