Способ контактной сварки деталей из разнородных металлов Советский патент 1989 года по МПК B23K11/20 

Изобретение относится к сварке металлов , в частности к контактной . . сварке, и может найти применение в различных отраслях машиностроении

Цель изобретения - повышение качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алю- миния с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных темпера- турных условий взаимодействия металлов.

Для получения качественного свар-, ного соединения контактной точечной ипи шовной сваркой металлов, обладающих низкой металлургической совмести- мостью, необходимо обеспечить оптимальный температурно-временной режим взаимодействия. Нижний предел температур ограничивается температурой, обеспечивающей активацию соединяемых , поверхностей. Эта температура должна быть вьше температуры плавления менее тугоплавкой детали. Верхний предел температур применительно к предлагаемому способу ограничивают температурой, при которой не происходит интенсивное взаимодействие соединяемых металлов с образованием значительного количества интерметаллидов. Как ррв- вило, эта температура составляет 0,64

00 СО СО 4

О5

0,8 от температуры плавления более тугоплавкого металла.

Временный фактор воздействий ператур при взаимодействии разнород- ных металлов играет важную роль. Тепловое воздействие в течение определенного отрезка времени должно быть достаточным для активации сопрягаемых поверхностей при сварке. Теоретически 1о при контакте ювенильных поверхностей время контакта при повышенных температурах должно быть минимально возможным. На практике это время теплового воздействия увеличивается, так. 15 как необходимо нейтр ализовать барьерное действие оксидных, нитридных и др. пленок, находящихся на реальных поверхностях. Временные у.словия теплового воздействия с применением дав- 20 ления сжимающего усилия при контакт- ной сварке ограничиваются необходимостью препятствовать мощному взаимо- действию металлов с образованием хрупких фаз, а также достаточностью 25 степени активации поверхностей для образования прочных металлических связей между соединяемыми металлами. . Для соблюдения вышепе рёчисленных

ствня металлов с образованием прочных металлических связей.

Если по предлагаемому -способу сварку ведут на режимах, когда образуются интерметаллиды, -то при приложении сжимающего усилия часть их также . вытесняется на периферию, а для тех пар металлов, для которых характерно образование сплошных прослоек, являющихся нежелательными, происходит также и дробление прослойки с распределением ее частиц в матрице менее тугоплавкого металла, что способствует увеличению пластичности сварного соединения.

Установлено, что оптимальные условия взаимодействия при контактной сварке по режиму сварко-пайка реали- , когда св арочный ток воздействует в интервале времени 0,6-1,5 с, При этом необходимо существование двух ядер, одно из которых в детали из более тугоплавкого мет.апла образуют внутри ее, а другое - на поверхности менее тугоплавкой детали. Более жесткие режимы сварки при времени прохождения тока до 0,5 с не обеспечивают вышеизложенного эффекта и

Изобретение относится к сварке, в частности к контактной сварке, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий взаимодействия металлов. Продолжительность импульса сварочного тока выбирают в интервале 0,6 - 1,5 с до образования литого ядра внутри детали из более тугоплавкого металла и литого ядра на поверхности детали из менее тугоплавкого металла. Литое ядро в детали из более тугоплавкого металла образуют на расстоянии 0,2 - 0,5 его высоты от поверхности соединения. Способ позволяет повысить качество сварного соединения за счет предупреждения образования хрупких интерметаллидных зон в сварном соединении. 1 з.п. ф-лы.

критериев предлагаемом способе соеди-30 сварного соединения, как такового не об- |нение металлов осуществляют как-бы по режиму сварко-пайка, когда более тугоплавкий металл находится в месте Контакта соединяемьрс деталей в твер- 1дой ф азе, а менее тугоплавких - в жидкой фазе и смачивает поверхность более тугоплавкой детали.

35

разуется.

Применение режимов с временем прохождения тока более 1,5 с также не обеспечивает, как показали исследования, качественного сварного соединения, так как происходит перегрев металлов в месте контакта с образованием большого количества интерметалли- дов, что резко снижает пластичность

Такой оптимальньй температурный

:интервал вз аимодей с твия можн о со блю с- 40 °единения.

Ти в случае., если ядро в 6ojjee , туго- :плавкой детали образовать внутри ее, а ядро менее тугоплавкой детали - на ее поверхности в месте сварки. В этом случае обеспечивается условие, когда ;более тугоплавкий металл в месте кон такта со свариваемой деталью находит- :СЯ в твердой фазе и происходит смачи- ;вание более тугоплавкого металла жидким металлом ядра менее тугоплавкой детали, находящимся на .поверхности. При этом оксидная пленка жидкого металла разрушается при увеличении его объема за счет разностей коэффи- .циентов объемного расширения метллла и пленки, а после.приложения сжимающего усилия Е месте сварки она вытесняется на периферию ядра, создавая благоприятные условия для взаимодей

сварного соединения, как такового не об-

разуется.

Применение режимов с временем прохождения тока более 1,5 с также не обеспечивает, как показали исследования, качественного сварного соединения, так как происходит перегрев металлов в месте контакта с образованием большого количества интерметалли- дов, что резко снижает пластичность

Было выявлено, что ,1щя создания оптимальных температурных условий взаимодействия необходимо ядро в более тугоплавком металле образовывать от поверхности соединения на расстоянии 0,2-0,5 его высоты. В данном случае образование ядра в менее тугоплавком металле осуществляется за счет энергии проходящего тока и за счет тепла, передаваемого от ядра более тугоплавкого металла. Количество аккумулированного тепла в ядре более тугоплавкого металла зависит от массЫ жидкого металла, которая определяется, прежде всего, высотой ядра. Твердая прослойка более тугоплавкого металла между ядром в более тугоппав- . ком металле и ядром менее тугоплавкого металла является тепловьш сопро, 51А

тивлением и ее толщина должна быть вполне определенной величиной, так как она в зависимости от аккумулиро1 ванного тепла в более тугоплавком металле ойределяет поступление тепла дпя образования ядра менее тугоплавкого металла.

Величина ядра в более тугоплавкой

- детали при сварке на оптимальных режимах зависит от физических свойств и от геометрических размеров, соединяемых металлов. Следовательно, и величина твердой прослойки также зави

Детали предварительно очищают от оксидов химическим травлением или ме ханическим путем и обезжиривают раст ворителем. Затем прикладывают к, дета лям усилие сжатия и пропускают элект рический ток. Время пропускания тока берут, как было установлено, в интер

сиу от физических свойств и геомётри- д вале 0,6-1,5 с. Для этого интервала

ческих размеров соединяемых металлов. Если твердая прослойка будет толщиной менее 0,2 высоты ядра, в этом случае происходит перегрев металлов, находящихся в контакте, что влечет за собой :интенсивное растворение более туго- . :плавкого металла в менее тугоплавком с выпадением большого количества ин- термет.аллидов, снижающих механические ;свойства соединения. Если прослойка будет более 0,5 высоты ядра, получается недогрев места взаимодействия, Iрезультатом чего является низкая ак- (тивация поверхностей сопряжения и низкие свойства сварного соединения.

Образование соединения осуществляют на контактных машинах с электродами, соотношение диаметров которых зависит от физических свойств самих электродов и соединяемых металлов, а также толщин соединяемых металлов

20

25

30

35

времени подбирают сварочный ток по уравйению теплового баланса. Режим подбирают на образцах свидетелях. Пр наличии двух ядер, расположенных согласно изобретению, сварное соединение получается качественным.

Пример. Сваривали на точечных машинах типа МТПУ-ЗОО алюминий АД1 с нержавеющей сталью 12Х18Н10Т и с титановым сплавом ВТ20 по предлагаемому способу.

Непосредственно перед сваркой поверхности деталей зачищали металлической щеткой и обезжиривали органическим растворителем. Сварочный ток время его пропускания по предлагаемо му способу были подобраны таким обра зом, чтобы образовалось два ядра и чтобы твердая прослойка титана или стали имела толщину, равную 0,2-0,5 высоты ядра в более тугоплавком металле. Наличие ядер и их расположени и размеры контролировали по металлографическим шлифам на образцах.

к

. hr-Jli i:.2r,, ТУ 5А i

це D и D. К

А „г И

диаметры электродов соответственно со стороны более тугоплавкого и менее тугоплавкого металлов;

коэффициент пропорциональности;

коэффициенты теплопроводности электродов соответственно со стороны 50 более тугоплавкого и менее тугеплавкого ме- таллов;

коэффициенты теплопроводности более тугоплавкого и менее тугоплавкого металлов; удельное электросопротивление металлов;

55

Т и Тд - температуры плавления соединяемых металлов; S и Jip - толщины соединяемых металлов .

Сварку осуществляют следующим образом.

Детали предварительно очищают от оксидов химическим травлением или механическим путем и обезжиривают растворителем. Затем прикладывают к, деталям усилие сжатия и пропускают электрический ток. Время пропускания тока берут, как было установлено, в интервале 0,6-1,5 с. Для этого интервала

0

5

0

35

0

0

5

времени подбирают сварочный ток по уравйению теплового баланса. Режим подбирают на образцах свидетелях. При наличии двух ядер, расположенных согласно изобретению, сварное соединение получается качественным.

Пример. Сваривали на точечных машинах типа МТПУ-ЗОО алюминий АД1 с нержавеющей сталью 12Х18Н10Т и с титановым сплавом ВТ20 по предлагаемому способу.

Непосредственно перед сваркой поверхности деталей зачищали металлической щеткой и обезжиривали органическим растворителем. Сварочный ток и время его пропускания по предлагаемому способу были подобраны таким образом, чтобы образовалось два ядра и чтобы твердая прослойка титана или стали имела толщину, равную 0,2-0,5 высоты ядра в более тугоплавком металле. Наличие ядер и их расположение и размеры контролировали по металлографическим шлифам на образцах.

Режимы сварки по предлагаемому способу.

Сталь 12Х18Н10Т толщиной 1,0 мм и элюминий АД1 толщиной 0,2 мм:

Сварочный ток 8 кА, время пропус ;- кания сварочного тока 0,6 с, усилие сжатия электродов 770 кгс, уровень напряжений при испытаниях . на срез. 45 МПа;

Сварочный ток 8 кА, время пропускания сва.рочного тока 1,5 с, усилие сжатия электродов 770 кгс, уровень напряжений при испытании на срез 58 МПа.

Титановый сплав ВТ20 толщиной 1-, 0 мм и алюкшний АД1 толщиной 0,2мм:

Сварочный -ток 5 кА, время пропус- канйя сварочного тока 0,6 с, усилие сжатия электродов 440 кгс, уровень

10

напряжений при испытании на срез 48 МПа;

Сварочный ток 5 кА, время пропускания сварочного тока 1 с, усилие сжатия электродов 400 кгс, уровень напряжений при испытании на срез 57 МПа;

Сварочный ток 5 кА, время пропус кания сйарочного тока 1,5 с, усилие сжатия электродов 400 кгс, уровень напряжений При испытании на срез 47 Ша.

Использование изобретения позволяет повысить качество -сварного соединения, выполненного из металлов с низкой металлургической совместимое- тью, за счет предупреждения образования хрупких интерметаллвдных зон в сварном соединении., ;20

Формула из обретения

, 25

1489946§

. щийся в приложении усилия сжатия в месте сварки и пропускании электрического тока, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий взаимодействия металлов, продолжительность); протекания сварочного тока устанавливают в интервале 0,6-1,5 с до образования литого ядра внутри детали из более тугоплавкого металла и литого ядра на поверхности детали из менее тугоплавкого метал|1а.

15

Составитель Э.Ветрова Редактор Н.Киштулинец Техред Л.Сердюковз

Заказ 3621/18

Тираж 894

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор С.Черни

Подписное