СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ПОЛУСФЕР РОТОРА ШАРОВОГО ГИРОСКОПА Российский патент 1997 года по МПК B23K20/00 

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в технике получения тонкостенных сферических оболочек при изготовлении роторов шаровых гироскопов различных типов.

Известна технология диффузионной сварки полых шариков (см. Питько В.В. Казаков Н.Ф. Исследование соединений полых шариков, выполненных диффузионной сваркой Диффузионное соединение в вакууме, Сб. N 5 научных трудов УП Всесоюзной научно-технической конференции (под ред. Н.Ф. Казакова, М. Мин ВУЗ РСФСР, 1973, с. 117-125), связанная с изготовлением методом штамповки полусферических оболочек (материалы титан ВТ-1, стали ШХ15Ш и 9Х18Ш) диаметром (21. 24) мм и толщиной стенки от 1,5 до 6,0 мм и последующей сваркой их в приспособлении, пуансоны которого имели полусферические выемки соответствующего диаметра для размещения в них свариваемых оболочек. При этом для уменьшения смещения оболочек их стыковка осуществлялась в зоне сферической выемки, находящейся у одного из пуансонов ниже плоскости разъема приспособления. Температура сварки составляла величину до 1100^oC при давлениях до 1,5 кгс/мм².

Недостатком в данном случае является неприемлемость этой технологии для целей гироприборостроения, поскольку указанная схема сварки и приведенные режимы не могут обеспечить требуемую точность сварного узла, которая определяется допустимыми деформациями и отклонениями от заданной конфигурации в пределах (5.10) мкм, при сварке тонкостенных роторов диаметром до 50 мм при толщине стенки (0,5.0,15) мм, т.е. имеющих намного меньшую жесткость конфигурации, чем оболочки в приведенном аналоге.

Известна технология диффузионной сварки бериллиевых роторов электростатического гироскопа (см. Диффузионная сварка роторов. Технологическая инструкция КФ25.190 90007. Ленинград. ЦНИИ "Электроприбор", 1986), в которой на стадии формообразования на наружной стороне каждой из полусфер выполняют кольцевой фланец, одна, внутренняя торцевая поверхность которого совпадает с плоскостью разъема полусферы, а вторая, внешняя смещена в сторону полюса полусферы на величину , где D_н и D_вн - наружный и внутренний диаметры полусферы, соответственно. Далее осуществляют сборку полусфер в сварочной оснастке, где сварочные пуансоны устанавливают на внешний торец фланца, на который и осуществляется передача сварочного давления P_св при нагреве оснастки с полусферами до температуры сварки Т_св. Высота фланца h, определяемая приведенным выше соотношением, обеспечивает равенство диаметра линии перехода наружной сферической поверхности полусферы и диаметра D_вн, что обуславливает передачу P_св на требуемый участок внутреннего торца фланца, соответствующий зоне сварного шва ротора. Таким образом в данной схеме сварки реализован такой технологический прием, как локализация сварочной нагрузки на вспомогательном технологическом элементе свариваемой детали, что в рассматриваемом варианте обеспечивает сварку с ненагружаемой сферической поверхностью. Кроме того, на указанных фланцах выполняют элементы центровки, обеспечивающие строго заданную соосность полусфер, и узлы фиксации, позволяющие устанавливать полусферы в исходном разнесенном положении. После операции диффузионной сварки осуществляют обрезку фланцев до получения сферической заготовки ротора.

Недостатками данного аналога являются:
низкая технологичность процесса изготовления ротора, поскольку составными элементами технологии сварки в данном случае являются предварительное формообразование фланцев и их удаление после сварки. Помимо достаточно большой трудоемкости этих операций (с учетом выполнения на фланцах элементов центровки и фиксации), в данном случае имеет место явно выраженная экономическая неэффективность процесса, т.к. во фланцах сосредоточено до (70.80)% массы заготовки полусферы, а после сварки материал фланцев уходит в отходы.

недостаточно высокие точностные характеристики ротора, обусловленные характерной для бериллия (а также для ряда других поликристаллических материалов, получаемых методами горячего прессования и выдавливания) анизотропией свойств, определяемой направлением, совпадающим или перпендикулярным оси выдавливания заготовки на стадии ее изготовления. Указанная анизотропия свойств, как электрических, определяющих симметрию и жесткость подвеса ротора в электростатическом поле, так и физико-механических, обуславливающих возможные отклонения от требуемой расчетной формы ротора при его функционировании на рабочих скоростях вращения, составляющих десятки тысяч оборотов в минуту, могут существенно снижать точность и надежность работы гироскопа. Частично решает эту проблему использование на стадии спекания исходных заготовок изостатического прессования, однако очевидно, что изостатическое прессование заготовок, конфигурация которых существенно отличается от сферы (наличие объективно необходимых технологических фланцев, буртиков, хвостовиков на полюсной части и т.д.), не обеспечивает требуемый уровень изотропности свойств у получаемого, в конечном счете, сферического изделия.

В качестве прототипа по наибольшему числу общих существенных признаков принят способ диффузионной сварки бериллиевых полусфер ротора шарового гироскопа (см. Инструкция по диффузионной сварке сферических роторов КФО. 603.005, Ленинград, ЦНИИ "Электроприбор", 1986), заключающийся в формообразовании двух тонкостенных бериллиевых полусфер, сборке полусфер в сварочном приспособлении, когда полусферы помещают в полусферические выемки сварочных пуансонов, устанавливаемых в направляющий стакан, который обеспечивает строгую соосность полусфер. При этом материалом пуансонов является корундовая керамика, имеющая коэффициент термического расширения α_п меньший, чем коэффициент термического расширения α_p материала полусфер, а, соответственно, исходный диаметр D_n полусферических выемок пуансонов выполняется большим наружного диаметра D_p полусфер, исходя из их совпадения при температуре сварки Т_св.

Очевидно, что диаметры D_p и D_n должны отвечать соотношению:
D_p(1+α_pΔT) = D_н(1+α_пΔT),
где ΔT = (T_св-298)K.
Далее на свариваемую кольцевую поверхность плоскости разъема нижней полусферы укладывают кольцевую прослойку, выполненную из алюминиевой проволоки, с фиксацией прослойки симметрично кольцевой свариваемой поверхности посредством скруток, выносимых за пределы зоны сварки. Собранное приспособление с полусферами помещают в вакуумную камеру сварочной установки и нагревают до температуры сварки Т_св, при которой сравниваются диаметры D_p и D_n, и прикладывают сварочное давление P₀, после чего осуществляют изотермическую выдержку для протекания процессов сварки. Давление P₀ совпадает с осью полусфер и приспособления и перпендикулярно плоскости сварного шва, т.е. обеспечивает создание напряжений, перпендикулярных плоскости сварного шва. Сварка реализуется за счет деформирования проволочной прослойки и взаимодействия ее материала (алюминий) с материалом полусфер (бериллий). Использование в качестве материала пуансонов корундовой керамики обеспечивает сохранение высокой точности сферических выемок и центровки пуансонов после многократного (практически неограниченного) количества сварок, а разность в исходных диаметрах (D_n>D_p) при заданном α_п < α_p исключает закусывание сваренного ротора в оснастке.

Недостатками способа-прототипа являются:
1. Низкое качество ротора, связанное с проведением процесса сварки полусфер через промежуточную прослойку, наличие которой в сварном шве определяет его неоднородность и пониженную прочность. Неоднородность свойств в зоне сварки приводит к анизотропии свойств ротора в целом, а пониженная прочность соединения к искажениям формы ротора при его функционировании в подвесе. При этом использование промежуточной прослойки при сварке ротора по рассматриваемой схеме является необходимым средством реализации соединения. Это обусловлено тем, что прикладываемая осевая нагрузка P₀ обеспечивает создание нормальных к плоскости сварки напряжений, распределенных по всей сферической поверхности каждой полусферы. При этом в полюсной части эти напряжения максимальны. При такой схеме сварки для реальной конструкции ротора допустимые величины параметров сварки, не вызывающих деформации более 0,010 мм, составляют Т_св≈(750.780)К и P_св≈(20.25)МПа.

Приведенные значения Т_св и P_св не позволяют реализовать беспрослойную сварку полусфер и делают вынужденным использование промежуточной прослойки.

2. Невысокое качество ротора определяется сохраняющейся исходной анизотропией свойств полусфер, что связано со структурными характеристиками материала. Как указывалось в критике недостатков предыдущего аналога, использование бериллия изостатического прессования лишь частично решает эту проблему. При этом данный бериллий имеет намного более высокую стоимость по сравнению с традиционно применяемым горячепрессованным, выдавленным из прутка, материалом.

Целью изобретения является повышение качества ротора шарового гироскопа.

Согласно изобретению, указанная цель достигается тем, что осевое сварочное давление P₀ прикладывают при температуре Т₁≅T_с, где Т_с температура совпадения диаметров D_p и D_n, температуру Т_с выбирают в диапазоне (0,7.0,85) Т_св, а материал и конфигурацию пуансонов определяют из условия:

где предел текучести материала полусфер в интервале температур (Т_с-T_св),
Spmax

наибольшая площадь диаметрального сечения ротора,
предел прочности материала пуансонов в интервале температур (Т_с-T_св),
Sgmin наименьшая площадь диаметрального, по отношению к сферическим выемкам, сечения пуансонов,
при этом температуру Т_св выбирают, по меньшей мере, равной температуре рекристаллизации материла полусфер.

На фиг. 1 показана схема сборки полусфер в сварочном приспособлении; на фиг. 2 положение при температуре Т_с; на фиг. 3 схема сварки при Т_св; на фиг. 4 6 показаны эпюры приведенных напряжений, создаваемых на полусферах термонатягом, осевым давлением и совместным действием термонатяга и осевого давления; на фиг. 7 временные зависимости основных параметров процесса сварки.

На фиг. 1-7 обозначены:
1 и 2 свариваемые полусферы;
3 и 4 сварочные пуансоны, в сферические выемки которых устанавливаются полусферы 1 и 2;
5 направляющий стакан, обеспечивающий строгую соосность пуансонов 3 и 4;
D_p наружный исходный диаметр полусфер 1 и 2;
D_n диаметр полусферических выемок в пуансонах 3 и 4;
диаметры, соответственно, полусфер 1 и 2 и выемок пуансонов 3 и 4 при температуре Т_с;
диаметр выемок пуансонов 3 и 4 при температуре Т_св;
условный (расчетный) диаметр полусфер 1 и 2 при температуре Т_св;
Δ_исх. исходный диаметральный зазор между полусферами 1 и 2 и сферой выемок пуансонов 3 и 4, равный (D_n-D_p);
Δ_обж. величина обжатия (степень деформации) или уменьшение диаметра ротора в процессе сварки;
P₀ осевое сварочное давление;
σ_o напряжения, создаваемые осевым сварочным давлением P₀;
σ_Т/Н напряжения, создаваемые на поверхности полусфер 1 и 2 в процессе сварки давлением термонатяга, определяемого различным тепловым расширением полусфер 1 и 2 и пуансонов 3 и 4;
σ_Σ суммарные напряжения, определяемые совместным действием давления P₀ и термонатяга;
Т_с температура совпадения диаметров ;
Т₁ температура приложения давления P₀;
T_св температура сварки;
τ₁ время приложения давления P₀;
τ_c время совпадения диаметров ;
τ_ε время начала деформации полусфер 1 и 2;
t₂-τ₃ время изотермической выдержки при Т_св.

Технологический процесс диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа заключается в выполнении следующей совокупности и последовательности операций.

1. Полусферы 1 и 2 размещают в полусферических выемках пуансонов 3 и 4. Очевидно, что поскольку D_p<D_n, то полусферы будут утоплены в этих выемках (фиг. 1). Пуансоны 3 и 4 устанавливают в направляющий стакан 5. Исходное разнесенное положение полусфер 1 и 2 для обезгаживания их внутренних и свариваемых поверхностей можно обеспечить посредством штифтов, вводимых в зону сварного шва через согласованные радиальные отверстия, выполненные в состыкованных пуансонах 3 и 4 и стакане 5. Очевидно, что эти отверстия должны выполняться симметрично плоскости стыковки пуансонов, т.е. фактически 1/2 отверстия выполняются на одном, а 1/2 отверстия на другом пуансоне, что обеспечивает получение единого цилиндрического отверстия при состыкованном положении 3 и 4 при условии их требуемой угловой ориентации. Удаление штифтов из зоны сварки в требуемый момент обеспечивается, например, за счет кинематической связи этих штифтов через рычаги соответствующей конфигурации со штоком нагружения сварочной установки. В данной схеме перемещение штока нагружения в начальный момент обеспечит удаление штифтов из зоны разъема полусфер, а затем приведет к созданию осевого давления P₀. Перечисленные элементы на фиг. 1 3 не показаны, т.к. конкретная реализация разнесенного исходного положения полусфер может быть выполнена и другим способом и для данного изобретения не является принципиальной. Единственным условием является исключение влияния элементов и узлов обеспечения разнесенного положения полусфер на протекание процесса сварки. В рассмотренном примере наличие отверстий диаметры (0,3.0,5) мм на сварку не влияет.

2. Собранное приспособление с полусферами 1 и 2 в выемках пуансонов 3 и 4 помещают в вакуумную камеру установки для диффузионной сварки, камеру откачивают до требуемой величины вакуума (10_-3.10_-5)Па и осуществляют подъем температуры со скоростью (200.250)^o/ч. Очевидно, что приложение давления P₀ на начальном этапе обеспечивает только поджатие пуансонов 3 и 4 друг к другу, т. к. они уже состыкованы при сборке, а напряжения σ_o на поверхности полусфер 1 и 2 это давление P_o создает только при температурах, превышающих величину Т_с, поскольку до этой температуры Т_с между полусферами 1 и 2 и сферической поверхностью выемок в пуансонах 3 и 4 имеется зазор, который становится равным нулю при Т_с (фиг. 7). Исходя из этого, единственным условием выбора момента времени τ₁, приложения давления P₀ является значение температуры Т₁, соответствующей этому моменту, меньшее, чем температура Т_с. Очевидно, что в данном случае следует учитывать необходимость обезгаживания внутренней полости ротора и наличие механизма функционирования элементов, обеспечивающих разнесенное положение полусфер 1 и 2. На фиг. 7 момент времени τ₁ соответствует температуре Т₁, которая на незначительную величину (несколько градусов) меньше, чем Т_с.

Температура Т_с выбирается в интервале (0,7.0,85)Т_св в зависимости от требуемой степени деформации (величины обжатия Δ_обж.) и исходя из толщины стенок полусферы, т. е. необходимых для деформации напряжений σ_Σ Очевидно, что чем ближе Т_с к Т_св, тем меньше интервал температур (Т_св-T_с), в котором создается давление термонатяга, и меньше напряжение s_S/ , и наоборот.

3. К моменту времени t_c температура процесса достигает значения Т_с (фиг. 7), которое соответствует равенству диаметров (фиг. 2), т.е. в этом случае выполняется соотношение:

α_p, α_п коэффициенты термического расширения материалов полусфер и пуансонов, соответственно.

4. Дальнейший рост температуры с Т_c до Т_св в период с момента времени τ_c до момента времени τ₂ связан с тем, что текущий диаметр ротора DТp

стремится превысить текущий диаметр DТп выемок пуансонов 3 и 4, поскольку α_p> α_п. Поскольку в интервале температур (Т_с-T_св) имеет место соотношение:

или, другими словами, усилие, необходимое для деформирования полусфер в сечении наибольшей площади в условиях пластического течения материала, всегда меньше усилия, требуемого для механического разрушения пуансонов в любом, самом слабом сечении, тепловое расширение полусфер 1 и 2 ротора будет задаваться характером теплового расширения пуансонов 3 и 4. Это значит, что с момента времени τ_c начнется рост напряжений σ_Σ (фиг. 7), эпюра распределения которых по поверхности ротора (фиг. 6) определяется суммой напряжений термонатяга s_Т/Н (фиг. 4) и осевых напряжений σ_o (фиг. 5). Очевидно, что характер распределения напряжений σ_Σ меняется во времени, и на фиг. 6 показана эпюра напряжений s_S (без масштабного фактора) для меридионального сечения ротора в одном из моментов в интервале (τ_c-τ₃).
Увеличение напряжений σ_Σ с учетом обеспечения условия (2) приводит, начиная с момента времени t_e, к началу пластической деформации e полусфер 1 и 2 (фиг. 7) с объемным обжатием ротора при однозначном сохранении целостности сварочных пуансонов 3 и 4. Качественный характер взаимосвязанного изменения s_ε и ε во времени (фиг. 7) можно представить, исходя из того, что увеличение температуры процесса Т (в интервале t_c и τ₂) в первую очередь определяет рост напряжений σ_Σ что, соответственно, приводит к увеличению e При этом увеличению e способствует повышение Т вследствие возрастающей пластичности материала полусфер. Однако, в то же время, увеличение деформации e уменьшает тенденции роста s_S, т.к. снижается степень термонатяга, определяемого разницей потенциально возможного диаметра DТp и диаметра DТп выемок пуансонов.

Поэтому можно считать, что изменение величины деформации в интервале времени (τ_ε-τ₂) будет иметь затухающий характер, а изменение σ_Σ в первом приближении монотонно возрастающим с увеличением Т, поскольку рост термонатяга в интервале (τ_ε-τ₂) не компенсируется сравнительно небольшими деформациями ε
5. В дальнейшем интервале времени (τ₂-τ₃) при постоянном значении Т_св (фиг. 7) напряжения σ_Σ, достигнув в определенный момент времени, близкий к t_2/ , максимального значения, начнут уменьшаться, а деформации ε после этапа монотонного увеличения достигнут определенной величины, после чего их рост прекратится. Очевидно, что эта величина соответствует значению D_обж., определяемому как разница между условным диаметром ротора , т.е. диаметром, который имел бы ротор в условиях свободного теплового расширения при нагреве до Т_св, и диаметром выемок пуансонов 3 и 4 при Т_св, т.е. имеет место соотношение:

В рассматриваемых условиях деформация развивается благодаря перемещению (скольжению и переползанию) дислокаций в зернах, зернограничному скольжению и диффузионному переносу, который связан с перемещениями вакансий вдоль границ и внутри зерен.

Перечисленные процессы определяют появление дефектов структуры и возникновение значительных внутренних напряжений в материале ротора, которые необходимо устранить, поскольку накопление их выше определенного значения может привести к разрушению деформируемой детали, т.е. указанные внутренние напряжения являются следствием деформации, которую вызывают задаваемые извне напряжения σ_Σ.

Устранение внутренних напряжений и восстановление равновесной структуры обеспечивается протеканием одновременно с деформированием процессов термического возврата и рекристаллизации.

Поэтому необходимым условием протекания процесса деформирования ротора по приведенной схеме с минимальными остаточными напряжениями и стабильной геометрией изделия является ведение процесса сварки при Т_св, по меньшей мере, равной или превышающей температуру рекристаллизации материала полусфер.

В процессе деформирования полусфер имеющее место зернограничное скольжение, связанное со сдвигом зерен друг относительно друга, определяет кристаллографическую ориентацию зерен, т.е. так называемую текстуру деформации. Кроме того, миграция границ зерен является одним из проявлений рекристаллизации.

Направление указанной кристаллографической ориентации совпадает с направлением действия напряжений s_S, вызывающих деформацию обжатия ротора, т.е. по всей поверхности ротора ориентация зерен имеет преимущественно радиальное направление. Это обеспечивает повышение изотропности свойств материала ротора по его сферической поверхности. Описанная схема деформирования полусфер при сварке имеет формальное технологическое подобие с процессом изостатического прессования, как в части характера термомеханических воздействий (Т и P), так и в части количественных значений параметров процесса температуры и давления, что позволяет оценивать как равнозначные и результаты этих процессов, связанные с модификацией структуры материала и повышением изотропности его физико-механических характеристик.

Диффузионная сварка полусфер ротора в рассматриваемой схеме осуществляется в процессе выдержки при температуре Т_св, поскольку имеют место все необходимые для этого условия:
требуемая температура T_св;
необходимые сварочные напряжения и достаточная степень микро и макропластической деформации;
наличие и выход на контактируемые поверхности полусфер большого числа дислокаций и вакансий;
протекание процессов рекристаллизации.

При диффузионной сварке реальных полусфер ротора, у которых стенки имеют переменную толщину от полюса к экватору (как это показано на фиг. 1 6), следует иметь в виду, что минимальную некруглость сваренной сферы (не более 0,010 мм в меридиальном сечении) можно получить, задавая эпюру распределения напряжений s_S, учитывающую изменение толщины стенки. В первом приближении напряжения s_S, действующие в наиболее тонкой полюсной части полусфер, должны быть меньше напряжений s_S, действующих в экваториальной области, на величину, пропорциональную соотношению толщин стенки полусферы в этих зонах, как это показано на фиг. 6. Формирование такой эпюры s_S возможно регулированием величины осевого давления P₀, которое вносит свою долю составляющих и определяет характер распределения s_S В предельном варианте достаточно большая величина P₀ обеспечивает жесткую замковую фиксацию пуансонов, что будет соответствовать одинаковым значениям s_S по всей поверхности ротора. Очевидно, что это необходимо при сварке равностенных полусфер.

Таким образом, описанный процесс диффузионной сварки полусфер ротора позволяет существенно повысить качественные характеристики ротора за счет того, что:
реализуется беспрослойная диффузионная сварка полусфер, представляющих собой тонкостенные полусферические оболочки и имеющих минимальный припуск на финишную обработку сваренного ротора;
исключается необходимость использования промежуточных прослоек, что обеспечивает гарантированную однородность сварного шва;
появляется возможность варьирования температурами и давлениями сварки в достаточно широких пределах, что расширяет диапазон типоразмеров свариваемых роторов;
в процессе сварки осуществляется модификация структуры материала на основе использования принципов изостатического прессования, что позволяет повысить изотропность свойств материала, причем в условиях диффузионной сварки полусфер имеет место качественно новый эффект, связанный с улучшением изотропности по сферической поверхности, т.е. по рабочей поверхности ротора.

При этом исключается необходимость использования при беспрослойной диффузионной сварке полусфер с фланцами для передачи на них давления сварки, что значительно повышает экономичность технологии, а также использовать в качестве заготовок обычный материал, который значительно дешевле материала, полученного изостатическим прессованием, поскольку конечная цель повышение изотропности свойств достигается в процессе сварки с большей эффективностью.

Практическая реализация изобретения была связана со сваркой бериллиевых полусфер ротора шарового гироскопа. Диаметр D_р составлял величину 51,0 мм при толщине стенки на полюсе 0,5 и на разъеме 1,6 мм. Диаметр D_п был равен 51,25 мм при изготовлении пуансонов из корундовой керамики с α_п= 8•10^-6 град.^-1 при α_p= 12,3•10^-6 град.^-1
Температура сварки T_св составляла величину (1250±10)K, а температура T_c≈(980±5)K. В результате сварки был получен сферический ротор с некруглостью в меридиональном сечении ≈0,010 мм, при Δ_обж. 0,22 мм. Повышении микротвердости материала ротора составило величину ≈20% что свидетельствует об упрочнении материала. Испытания показали гарантированную герметичность сварного шва и прочность соединения в пределах (250.280)МПа.

Таким образом поставленная цель достигнута. Достижение поставленной цели обеспечивается единством и устойчивой взаимосвязью отличительных признаков, совокупность которых определяет сущность и основные этапы процесса сварки:
выбор температуры T₁ приложения давления P₀ меньшей, чем T_с, создает исходные условия протекания процесса;
выбор T_с в интервале (07.0,85)T_св определяет использование в процессе сварки давления термонатяга, обеспечивающего создание радиальных напряжений;
определение материала и конфигурации пуансонов из условия

обуславливает однозначное деформирование полусфер при сварке;
выбор T_св, по меньшей мере, равным температуре рекристаллизации материала полусфер гарантирует оптимальные условия процесса деформирования и получение ротора с минимальными остаточными напряжениями.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении качества роторов шаровых гироскопов, что определяет улучшение точностных характеристик и стабильности функционирования этих гироскопов и обуславливает повышение эффективности систем и комплексов, в которых эти гироскопы используются.

Экономический эффект может быть связан с уменьшением веса исходной заготовки за счет максимального приближения ее конфигурации к конечной форме ротора, а также с упрощением технологической предистории изготовления полусфер в части исключения дорогостоящих операций изостатического прессования.

Конкретная оценка этого может быть получена после получения и статистической обработки комплекса дополнительных экспериментальных данных.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при изготовлении тонкостенных сферических роторов шаровых гироскопов. Сущность изобретения состоит в размещении тонкостенных полусфер наружным диаметром D_p в полусферических выемках диаметра D_n сварочных пуансонов. Пуансоны устанавливают в центрирующем элементе и выполняют из материала, коэффициент термического расширения α_п которого меньше, чем у материала полусфер α_p . При этом диаметр D_p больше диаметра D_n. Сварочные пуансоны взаимно фиксируют, поджимая их осевым давлением P₀. Температура сварки Т_св, до которой осуществляют плавный нагрев оснастки с полусферами и при которой производят изотермическую выдержку, превышает температуру Т_c совпадения диаметров D_p и D_n, что вследствие различного теплового расширения полусфер и пуансонов определяет появление давления термонатяга, создающего радиальные напряжения σ_p на поверхности полусфер, эпюра распределения, величина и характер изменения которых обусловлены разницей ΔT = (Т_св-T_c), соотношением α_п и α_p и значением P₀. Температуру Т_св выбирают соответствующей температуре рекристаллизации материала полусфер. 7 ил.

Способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа, при котором осуществляют сборку полусфер наружным диаметром D_p в сварочной оснастке, размещая их в полусферических выемках диаметром D_п пуансонов, устанавливаемых в направляющем стакане и выполненных из материала, коэффициент термического расширения которого меньше, чем коэффициент термического расширения материала полусфер, при этом D_п > D_p, нагревают оснастку с полусферами в камере сварочной установки до температуры сварки Т_с в с приложением осевого сварочного давления Р_о и выдерживают для протекания процессов сварки, отличающийся тем, что осевое сварочное давление Р_о прикладывают при Т₁≅Т_с, где Т_с температура совпадения диаметров D_p и D_п, температуру Т_с выбирают в диапазоне (0,7 0,85) Т_с в, а материал и конфигурацию пуансонов определяют из условия

где предел текучести материала полусфер в интервале температур Т_с-Т_с в;
Spmax

наибольшая площадь диаметрального сечения ротора;
предел прочности материала пуансонов в интервале температур Т_с-Т_с в;
Snmin наименьшая площадь диаметрального по отношению к полусферическим выемкам сечения пуансонов,
при этом температуру Т_с в выбирают по меньшей мере равной температуре рекристаллизации материала полусфер.