Спосіб дифузійного зварювання металів

Винахід відноситься до способів дифузійного зварювання металів і сплавів. Відомий спосіб дифузійного зварювання металів у вакуумі [Диффузионная сварка металлов, Н.Ф.Козаков, М. Машиностроение, 1976г., 311с], який полягає в тому, що деталі, що зварюються, розміщають у вакуумній камері, стискають між собою поверхні, що зварюються, здійснюють вакуумування в робочій камері з наступним індукційним нагрівом деталей до визначеної температури і витримкою протягом часу, необхідного для зминання мікронерівностей і одержання міцного з'єднання, охолоджують разом з вакуумною камерою. Ознаками, які збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється, є стиск деталей, що зварюються, і нагрів до визначеної температури. До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, варто віднести таке: низька продуктивність процесу через великі втрати часу на одержання вакууму й охолодження деталей у вакуумній камері, а також застосування дорогого вакуумного устаткування. Як прототип обраний спосіб дифузійного зварювання в рідких середовищах [Диффузионная сварка в жидких средах. М.Л.Финкельштейн, М.: Металлургия, 1978г., 64с], який полягає в тому, що деталі, які з'єднуються, після механічної обробки контактних поверхонь щільно притискають одна до одної і занурюють у ванну з рідким середовищем, нагрітим до температури зварювання, витримують протягом часу, потрібного для одержання необхідної міцності, витягають з ванни і охолоджують на повітрі. Ознаками, що збігаються з істотними ознаками винаходу, що заявляється, є стиск деталей, що зварюються, нагрів до температури зварювання і витримка протягом часу, необхідного для одержання міцного з'єднання. До причин, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату, варто віднести таке: у відомому способі як рідкі середовища використовують різні солі барію, натрію і калію, окисли металів, лугу, які при температурі зварювання (500-1200°С) чинять сильну окисну і корозійну дію на деталі, що зварюються. Це вимагає застосування спеціальної технології захисту поверхонь деталей, а проведення всього циклу зварювання вимагає створення й устаткування спеціалізованої термохімічної ділянки з відповідною технікою безпеки, що підвищує собівартість зварювання і знижує продуктивність процесу. В основу винаходу поставлена задача спрощення технології дифузійного зварювання, підвищення продуктивності процесу, зниження собівартості і підвищення якості деталей, що зварюються, за рахунок виключення нагрівання і зварювання деталей у хімічно активних рідких середовищах і усунення всього циклу термохімічної обробки деталей, що зварюються. Сутність винаходу полягає в тім, що у способі дифузійного зварювання металів, що включає стиск деталей, що зварюються, нагрів до температури зварювання і витримку протягом часу, необхідного для одержання міцного з'єднання, відповідно до винаходу, після стиску деталей по черзі через кожну деталь уздовж зони зварювання пропускають серію імпульсів однополярного струму чи імпульсів змінного струму амплітудною щільністю j m ³ 1,2 × 109 А / м 2 , тривалістю t ³ 200 × 10 -6 c , з числом імпульсів n , визначеним із залежності: n= q×V , We × h де: q - питома електрична енергія обробки металу, що забезпечує зминання мікронерівностей, Дж /мм3, V - об'єм зони зварювання, мм3, W e - електрична енергія одиничного імпульсу, Дж/мм3, h - к.к.д. перетворення електричної енергії в теплову в зоні зварювання, при цьому нагрів до температури зварювання і витримку протягом часу, необхідного для одержання міцного з'єднання, здійснюють на повітрі. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак і технічним результатом, необхідно відзначити, що проходження через деталь імпульсного струму великої щільності викликає електростимульовану пластичну деформацію мікронерівностей у зоні зварювання, що приводить до зминання мікронерівностей і зменшенню зазору між контактними поверхнями до значень, що перешкоджають надходженню повітря з навколишнього середовища у процесі наступного нагріву і зварювання деталей. Крім того, використання імпульсного змінного струму при обробці деталі дозволяє додатково активувати взаємну дифузію металів за рахунок можливості виходу з металу на контактну поверхню рухливих дислокацій різного знака, що рухаються як по, так і проти напрямку руху струму. При цьому за час протікання одного імпульсу струму досить двох періодів коливань струму. Відомий електропластичний ефект металів (ЕПЕ) [Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. М. Наука, 1985г., 159с.], полягає в тім, що при пропусканні через метал імпульсів струму великої щільності j m ~ 1× 109 А / м 2 і тривалістю t = 10 -5 ¸ 10 -4 c с різко знижується опір металу деформуванню і підвищується його пластичність. ЕПЕ зростає пропорційно щільності струму, тривалості імпульсу, величині енергії, введеної в метал. В залежності від властивостей металу і виду навантаження загальна пластична деформація металу до руйнування збільшується від 50 до 200%. Разом з тим, інформація з впливу ЕПЕ на характеристики контактної поверхні і деформацію мікронерівностей у випадку стиску двох пластин у літературі відсутня. Для визначення величини основних параметрів процесу обробки струмом, що забезпечують деформацію мікронерівностей на контактній поверхні, були проведені експерименти на плоских стальних (Ст3) і мідних (М-3М) зразках. Плоскі зразки розмірами 170х15х3,0мм стискали у пристрої, що забезпечує контактний тиск у зоні зварювання 0,1 від границі текучості металу