Способ точечной сварки Советский патент 1982 года по МПК B23K11/10 

(54) СПОСОБ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к способам сварки, в частности точечной сварки, и может быть использовано для создания контакта между двумя поверхностями, по меньшей мере одна из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покрытие.

При изготовлении изделий, использую-, щих в Качестве токонесущих элементов сверхпроводники, возникает задача электрического соединения участков сверхпроводника. Такое электрическое соединение должно обладать сверхпроводящими свойствами, что повыщает эксплуатационную надежность изделий и улучщает их экономические показатели.

Кроме того, все более широкое использование явления сверхпроводимости в разЛичных областях техники, соверщенствование технологии изготовления сверхпроводников и изделий с их применением, приводит к необходимости осуществлять контакт элементов со сверхпроводящим покрытием с различного рода конструкционными материалами, например с целью обеспечения уплотнения по поверхности со сверхпроводящим покрытием.

В лю1бом из описанных выше случаев задача сильно осложняется, если применяются современные сверхпроводящие материалы с высокими критическими парамет.

2

рами (температурой, магнитным полем) на основе интерметаллических соединений, налример такие, как NbsSn (ниобий-олово), VsGa (ванадий - галий) и т. п.

5Сложность состоит в том, что такие

сверхпроводники хрупки, отслаиваются от подложки, на которую они нанесены, плохо деформируются и легко окисляются. Наиболее полные исследования спосо10 бое соединения интерметаллических сверхпроводников между собой или с другими конструкционными материалами проведены в СССР 1.

В указанных нсследованиях определены

15 основные параметры технологических процессов, используемых в способах холодной сварки давлением, сварки в ва.кууме с л идкой прослойкой, а также точечной сварки. Первые два способа (холодная сварка

20 давлением и сварка в вакууме с жидкой прослойкой) предполагают соединение со сверхпроводником хотя бы в виде линейных образований.

В способе холодной сварки давлением

25 приведение в пластическое состояние и последующее пластическое деформирование хрупкого интерметаллического сверхпроводника, например NbaSn, осуществляется

30 в условиях всестороннего неравномерного

сжатия, создаваемого с помощью рифленых роликов.

Однако, йак показали эксперименты, происходит зна чительное разрушение слоя сверхпроводпика. Значительно лучшие результаты -были получены в способе сварки в вакууме с жидкой прослойкой, который включает размещение промежуточной расплавляемой прослойки между соединяемыми поверхностями, нагрев зоны сварки и приложение усилия ,к свариваемым поверхностям. Однако удалось получить лишь линейпый контакт поверхностей, причем толыко отдельные точки этой линии соответствовали химическому соединению NbsSn (стсхнометричеакому составу сверхпроводн п а). Кроме того, такой способ технологически сложен, поскольку требует создания .

Поэтому наиболее приемлемым способом соедипеиия иптерметаллических сверхпроводников оказался способ точечной сварки, который может быть осуществлен коптактиой конденсаторной и ультразвуковой сваркамн, а также сваркой лазерным или электронным лучом.

Общим характерным и определяющим технологическим фактором для любого вида точечной сварки в применении к соедипеии.о интерметаллическнх сверхпроводникоз является локальность и кратковременность нагрева точки сварки, что гарантирует незначительность иротекающнх в сверхпроводнике о;кнслительных процессов.

Известен способ точечной сварки двух деталей, по .крайней мере, одна из которых имеет ннтерметаллическое сверхпроводящее покрытие, заключающийся в том, что вносят в зоиу сварки избыточное количество легкоплавкого компонента интерметаллического соединения н подвергают каждую точку сварки локальному кратковременному нагреву при приложепин усилия сжатия 2.

Указанный способ обеспечивает очистку соединяемых сверхпроводящих поверхностей от окисных пленок и их физический контакт за счет смачивания ЖИДКИГУ металлическим расплавом легкоплавкого компонента соединения. При этом повыщение интенсивиости теплового потока приводит к получению высоких критических параметров областей свер спроводящих переходов между соединяемыми поверхпостями, что объясняется и увеличением центров пиннннга в области перехода и некоторым диффузионным процессом и меньшими окисл1ггельными процессами.

Однако увеличение интенсивности теплового потока, поставляемОГо в точку сварки, в этом способе ограничено, поскольку начинается отслаивание сверхпроводящего покрытия.

Сдавливание соединяемых поверхностей несколько повышает максимально допустимую интенснзность тенлового потока.

Отслаивание сверхпроводящего покрытия, а также его растрескивание связано с малой нластичностью интерметалличеоких соединений и происходит в результате совпадения во времени процесса удаления жидкой прослойки легкоплавкого компонента соединения с процессом основных структурных изменений в сверхпроводящем покрытии.

Кроме того, выбор параметров режима сварки в сильной степени зависит от жесткости соединяемых элементов, а стабильность получаемых результатов особенно снижается, например, при соединении трубчатых элементов.

Целью нзобретения является повышение качества сварки.

Пель достигается тем, что нагрев осуществляют серией тепловых импульсов с нарастающей, иптенсивностью подвода тепла в каждом последующем импульсе, а усилие сжатия увеличивают в процессе нагрева для каждого носледующего тенлозого нмпзльса.

Это устраняет отмеченные выше недостатки благодаря разделению во времени процесса удаления жидкой нрослойки и нроцесса основных структурных изменений в сверхпроводящем покрытии в мо.меит образования физического контакта, а также улучшению условий деформирования соедиияемых поверхностей при сохранении локальности и кратковременности нагрева.

Одновременно с этим происходит увеличение площади физического контакта соединяе.мых поверхностей в каждой точке свар.кн, более полное удаление окисных пленок н примесей, а также хорошая герметизация точки сварки, что практически предотвраодает окислительные процессы.

Па чертеже показана схема процесса.

Снособ точечной сварки для осуществлеиия контакта двух поверхностей, по меньшей мере одна из которых имеет ннтерметаллическое сверхпроводящее иокрытие, заключается в том, что на интерметаллическое сверхпроводящее покрытие 1 детали 2, имеющей произвольную геометрическую форму, например выполненную в виде трубы, наносят в зоне будущей сварки

слой 3 легкоплавкого компонента интерметалл нческого соединения с помощью, например, электролитического метода.

Сверхпроводящее покрытие 1, расположенное на внутренней поверхности детали

2, сформировано на слое 4 тугоплавкого компонента интерметаллического соединения, например, с помощью жидкофазного диффузионного процесса. Слой 4 металлургически соединен со слоем 5 ст1абилизирующего матерпала.

Затем деталь 2 размещают с перекрытием и соосно с деталью 6, также имеющей трубчатую форму, выполненной из биметалла со слоями 7, 8.

Сдавливают детали 2, 6 между собой с номощью приспособления, .которое создает усилие, локализованное в точке сварки после чего осуществляют нагрев точки сварки серией тепловых импульсов, причем в каждом последующем тепловом импульсе интеисивиость подвода тепла, т. е. мощность теплового потока, нарастает. Нагрев точки сварки сопровождают увеличением усилия сжатия каждого последующего теплового импульса.

Тепловой импульс в точке сварки может быть создай, например, лучом лазера, электронным лучом, либо сварочным током в способе контактной сварки.

В последнем случае приспособление 9 используется в ,качестве электродов.

В результате нагрева серией тепловых импульсов и нарастающего усилия сжатия происходит расплавление слоя 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения с образованием ядра 10 жидкой прослойки, ее выдавливание с одновременной герметизацией точки сварки, постепенная деформация деталей 2 и 6 и физический контакт их поверхностей в точке сварки. При тепловые импульсы с наибольшей интенсивностью подвода тепла, а также наибольщие усилия сжатия приходятся на момент достижения физического контакта поверхностей.

Аналогичным путем можно достигнуть соединения двух поверхностей, каждая из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покрытие.

Способ точечной сварки позволяет повысить качество процесса сварки, благодаря чему обеспечивается сохранение сверхпроводящих свойств и токонесущей способности сверхпроводящего покрытия, соединенного с конструкционным материалом.

Повышаются критические параметры сверхпроводящих переходов три соединении двух интерметаллических сверхпроводников.

6

Появляется возможность гарантировать указанные выше критические параметры при любых геометрических формах соединяемых сверхпроводников, а также удается соединить между собой разнородные сверхпроводники.

Пример конкретных условий осуществления способа и конкретных компонентов интерметаллнческого соединения.

0

В способе точечной сварки для осуществления контакта двух поверхностей, одна из которых имеет интерметаллическое сверхпроводящее покрытие 1, выполненное из NbsSn (ниобий - олово), на покрытие

5 1 в зоне сварки наносят тампоном слой 3 легкоплавкого компонента интерметаллического соединения из Sn (олова). Покрытие 1 детали 2 получено на слое 4 тугоплавкого компонента интерметалличеокого

0 соединения из Nb (ниобия) с помощью жидкофазного диффузионного процесса при термообработке в диффузионной камере. Слой 4 металлургически соединен со слоем 5 стабилизирующего материала из Си (ме5ди). Деталь 2 имеет форму трубы и покрытие 1 расположено на внутренней поверхности трубы.

Покрытие 1 детали 2 должно быть соединено с биметаллической деталью 6, так0же выполненной в форме трубы, причем контакт обеспечивается со слоем 7 из Nb (ниобия). Слой 8 детали 6 выполнен из Си (меди).

Детали 2 и 6 размещаются соосно и с

5 нерекрытием.

Точечная сварка осуществляется способом контактной конденсаторной трансформаторной сварки сопротивлением, сдавливание соединяемых поверхностей осуществляется электродами 9.

Сварная точка получена с помощью пяти импульсов сварочного то.ка, каждый из которых сопровождался наложением им5пульсного .усилия сжатия на статическое сжатие электродов.

Параметры сварки сведены в таблицу.

Статическое усилие сжатия электродов было выбраио равиым 200 даН.

Проведение исследоваиия точки сварки не обиаружили повреждений сверхироводящего иокрытия 1.

Формула изобретения

Сиособ точечной сварки деталей, по крайней мере одна из которых имеет интерметалличеокое сверхироводящее покрытие, состоящий в том, что в зоиу сварки вводят избыточное количество легкоплавкого компонеита ннтерметаллического соединения и иодвергают каждую точку сварки локальному кратковременному нагреву при приложении усилия сжатия, отличающийся тем, что, с целью повышения

8

качества сварного соединения, нагрев осуществляют серией тепловых импульсов с нарастающей интенсивностью подвода тепла в Каждом последующе ; импульсе, а усилие сжатия увеличивают в процессе нагрева для каждого последующего теплового имиульса.

Источники информации, принятые ва внимание при эксиертизе:

1.Разработка технологни и создание оборудования для сварки токоведущих частей конструкции сверхнроводящих кабелей. Научно-технический отчет ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, Кнев, 1975.

2.Патент Франции jYo 2192744, Н 01 V 11/00,1974.

ff