СПОСОБ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 1994 года по МПК B23K20/16 

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом и может быть использовано в различных областях машиностроения.

Известен способ сваpки в вакууме (авт. св. N 1463415, кл. В 23 К 20/14, 1989), при котором на одной из свариваемых поверхностей выполняют глухие цилиндрические отверстия, размещают промежуточную прокладку и осуществляют диффузионное соединение.

Недостатком данного способа является трудоемкость изготовления перфорированных отверстий, вакуумирование свариваемых деталей, что приводит к увеличению длительности процесса.

Известен способ сварки давлением (авт. св. N 975284, кл. В 23 К 20/14, 1982), включающий высокоскоростной нагрев зоны соединения за время пиролиза защитно-активирующей среды под давлением и последующую изотермическую выдержку.

Недостатком данного способа является недостаточная степень активации свариваемых поверхностей и возможность возникновения краевых несплошностей, что снижает качество соединения и приводит к необходимости дополнительной механической обработки и дополнительному расходу металла.

Известен способ диффузионной сварки [1], который взят в качестве прототипа, при котором на свариваемой поверхности по крайней мере одной из соединяемых деталей выполняют полость, осуществляют сжатие деталей и нагрев зоны соединения до температуры сварки с последующей изотермической выдержкой.

Недостатком данного способа является необходимость вакуумироования деталей или соединение инертной атмосферы, что приводит к увеличению длительности процесса, а также невысокая степень активации свариваемых поверхностей, что снижает качество соединения и приводит к необходимости дополнительной деформации свариваемых поверхностей и как следствие, к дополнительному увеличению объема последующей механической обработки.

Цель изобретения - интенсификация процесса и повышение качества соединения.

Это достигается тем, что в известном способе сварки, при котором по крайней мере на одной из свариваемых поверхностей выполняют полость, осуществляют сжатие деталей и нагрев зоны соединения, предложено в полость вводить защитно-активирующую среду (ЗАС). В частном случае целесообразно в полость вводить органические соединения на основе углеводородов или экзотермическую смесь.

Введение в полость ЗАС позволяет дополнительно резко увеличить объем ЗАС в стыке, что приводит к увеличению длительности активации свариваемых поверхностей, повышению качества их защиты от окисления, благодаря чему достигается интенсификация процесса сварки, повышается качество соединения, что ведет к экономии металла в целом за счет снижения объема последующей механической обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

На свариваемой поверхности по крайней мере одной из свариваемых деталей выполняют полость и заполняют ее защитно-активирующей средой (ЗАС) (в частном случае полость заполняют органическими соединениями на основе углеводородов или экзотермической смесью). Поверхности свариваемых деталей покрывают составом ЗАС, обеспечивающим локальную защиту свариваемых поверхностей от окисления при нагреве стыка на воздухе.

Подготовленные к сварке детали сжимают, нагревают до температуры сварки с высокой скоростью, осуществляют изотермическую выдержку и после образования соединения детали охлаждают.

В процессе нагрева соединения с высокой скоростью до температуры сварки первоначально происходит пиролиз ЗАС на поверхностях, что предотвращает их от окисления при нагреве соединения на воздухе.

Под действием температуры и давления происходит вытеснение ЗАС из полости и дополнительная ее подача на разогретые до температуры сварки свариваемые поверхности, что приводит к резкому увеличению давления парогазовых продуктов пиpолиза ЗАС в микрообъемах, интенсивному удалению продуктов пиролиза и остатков окислых пленок под постоянно нарастающим избыточным давлением ЗАС из полости и как следствие к интенсивному облегченному смятию микрошероховатостей, сопровождающейся миграцией границы раздела и образованием качественного соединения по всей свариваемой поверхности без образования краевых несплошностей.

Введение в полость экзотермической смеси способствует кратковременному увеличению температуры во время вспышки до 2500^оС, приводящей к перегреву ЗАС в микрообъемах стыка и резкому скачкообразному увеличению давления паров, вплоть до режима "ударного вскипания", что дополнительно интенсифицирует процесс сварки, способствует снижению величины остаточной деформации и снижению объема последующей механической обработки и экономии металла.

Твердые продукты экзотермической реакции остаются в полости, не ухудшая качества соединения в целом.

П р и м е р. Производили сварку Ст45+Р18 цилиндрической формы диаметром 10 мм, длиной 60 мм.

На одном из свариваемых образцов - наиболее тугоплавком в центральной его части выполняли полость в виде глухого цилиндрического отверстия диаметром 1,5-2 мм и глубиной 3-4 мм. В полость вводили эпоксидную смолу ЭД20. Свариваемые поверхности покрывали ЭД20, детали сжимали давлением 1,5 кгс/мм², нагревали стык со скоростью 200-250^оС/с до температуры сварки 1150^оС и осуществляли изотермическую выдержку в течение 40 с.

Для сравнения производили сварку таких же образцов на одинаковых режимах без полости.

Характер соединения определяли по краевым дефектам.

При сравнении выяснилось, что при сварке с полостью краевые несплошности отсутствуют, при сварке без полости - 5%-10% от общей площади свариваемой поверхности.

Производили сварку Ст45+сплавы ВК8 через Ni прокладку толщиной 0,1 мм, наносимую на твердый сплав гальваническим способом. Свариваемая площадь - 60 мм².

В центральной части стальной детали выполняли полость, которую заполняли экзотермической смесью элементов Тi - С, взятых в стехиометрическом соотношении. Сжимали усилием 1,5 кгс/мм² и нагревали со скоростью 100^оС/с до температуры 1100^оС и осуществляли изотермическую выдержку в течение 120-180 с. Соединение качественное.

Использование: различные области машиностроения. Сущность изобретения: перед сжатием деталей в полость вводят состав защитно-активирующей среды, что приводит к увеличению длительности и интенсивности активации свариваемых поверхностей, повышению качества защиты их от окисления и соединения в целом. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ, при котором на свариваемой поверхности по крайней мере одной из соединяемых деталей выполняют полость, осуществляют сжатие деталей и нагрев зоны соединения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения и интенсификации процесса, в полость вводят защитно-активирующую среду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитно-активирующей среды берут углеводородсодержащие органические соединения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитно-активирующей среды берут экзотермическую смесь.