Способ соединения материалов Советский патент 1985 года по МПК B23K28/00 B23K1/00 

эо 1

4

Изобретение относится к технологии неразъемного соединения, преимущественно тугоплавких и разнородных материалов.

По основному авт.ев о № 747661 известен способ соединения материалов, при котором в зазоре размещают экзотермическую смесь, содержащую металлы 1У, У групп. Периодической системы и неметалл-бор или углерод, нагревают ее со скоростью, обеспечивающей ее самовоспламенение и расплавление образующегося в процессе синтеза тугоплавкого соединения при температуре выше критической температуры теплового взрыва смеси ij .

При этом нагрев осуществляется пропусканием электрического тока или с помощью теплопроводящих блоко с различной теплопроводностью.

Известный способ обеспечивает соединение тугоплавких материалов.

Кроме того,прочностные характеристики соединения невысокие вследствие неполного сгорания экзотермической смеси и из-за быстрого остывания шва .после прекращения нагрева.

Цель изобретения - повышение прочностных характерис.тик сварного соединения4

Цель достигается тем, что согласно способу соединения материалов поле сгорания экзотермической смеси нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горения экзотермической смеси на 100-500°С в течение 2-15 с.

Способ осуществляется следующим образом

Берут соединяемые детали, свариваемые поверхности предварительно зачищают и, обезжиривают (ацетоном, спиртом, бензином). Между свариваемыми поверхностями затем помещают экзотермическую смесь металлов 1У, У групп Периодической системы и неметалла - бор, углерод, например Nb+ С-или С. Смесь наносится в виде порошка слоем толщиной 0,10,5 мм. Это оптимальная толщина, установленна-я экспериментально,обеспечивающая устойчивый процесс горения. Соединяемые детали сжимают усилием 10-30 кгс/см для обеспечения плотного контакта после воспламенения и расплавления экзотермической смеси, интервал усилий определяется прочностными характеристиками свариваемых деталей при температурах воспламенения смеси. Затем сборку нагревают. Нагрев можно провдить любым способом, например электрическим током, индукционным способом, до температуры теплового взывасмеси. Эта температура для каждо

смеси определяется экспериментально и зависит от большого числа параметров (от частоты исходных продуктов, дисперсности, скорости нагрева и т.д.). В общем случае температура нагрева должна быть на 100-500°С

гьане температуры плавления конечноо продукта реакции экзотермической смеси. Горение смеси протекает 0,1-3 с. После горения смеси (что

0 сопровождается свечением) нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горения экзотермической смеси на100-500°С в течение 2-15 с.

При горении конденсированных систем типа металл-неметалл существуют две стадии процесса распространение волны горения и догорание, существование которых обусловлено особенностями кинетики взаимодействия реагентов через слой образующегося тугоплавкого продукта. Первая стадия характеризуется неполнотой превращения вещества, во второй стадии при относительно малом теп5ловыделении может прореагировать знаЧ:ительная часть вещества. Всякая экзотермическая реакция требует некоторой начальной пороговой энергии, после которой происходит само0распространение этой реакции, при отсутствии теплопотерь или незначительных потерях тепла, не препятствующих нормальному протеканию реакции. Вследствие теплопотерь реакция может не доходить до конца. В обычных условиях имеются большие теплопотери, поэтому для их компенсации необходимыгл является дополнительный нагрев. Интервал тем- ператур выбирается экспериментально. Однако можно определять температуру нагрева расчетным путем, исходя из теплопотерь, имеющих место при осуществлений способа. Время стадии догорания также определено экспериментально по данным рентгено-фазового анализа, который позволяет определить наличие промежуточных и конечного продуктов реакции горения экзотермической смеси, из чего можно

0 заключить - прошла реакция до конца или оборвалась из-за теплопотерь на каком-либо этапе. Увеличение же времени, дополнительного нагрева приводит к разрушению свариваемых образцов вследствие распространения температуры шва в образец.

Для сравнительных испытаний берутся Т-образные цилиндрические образцы высотой 35 мм с площадью в месте контактаv 80 мм . Между предварительно обезжиренными спиртом или ацетоном поверхностями помещают гетерогенную смесь в виде слоя 0,10,5 мм, состоящую из порошка ниобия или титана и углерода в стехиометрическом соотношении. Полученнуй сборку сжимают усилием 10-30 кг/см и I нагревают пропусканием электрического тока в атмосфере аргона. Ток 10001200А подают 6-10 с. За это время экзотермическая смесь и прилегаюшие к ней поверхности образцов нагреваются до начальной температуры порядка , после чего смесь практически мгновенно саморазогревается вследствие возникновения теплового взрыва. Саморазогрев сопровождается ярким белым свечением. После прекращения саморазогрева ток снижают и процесс ведут при температуре

на 100-500°С ниже адиабатической температуры горения. Исследования образцов на разрыв проводятся на раэрьганой машине Р-10 по стандартной методике.

Данные испытаний сведены в таблицу

Предлагаемый способ позволяет повысить прочность соединения приблизительно в 1,5-2 раза по сравнению с известнЕЛМ и может быть использовано в машиностроении, авиастроении и других областях техники для получения высокопрочных неразъемных соединений ,

СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. № 747661, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик сварного соединения, после сгорания экзотермической смеси нагрев сварного соединения продолжают при температуре ниже адиабатической температуры горениЯрЭкзотермической смеси на 100-500 С в течение 2-15 с.

Нержавеющая стальне ржавеющая сталь

1800 1600 1200 93

45