Способ диффузионной сварки цилиндрических деталей Советский патент 1983 года по МПК B23K20/16 

(54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ -ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

1

Изобретение относится к сварке давлением с подогревом, в частности к диффузионной сварке, и может быть использовано в электротехнической и радиотехнической промышленности для-получения охватывающих металлокерамических соединений.

Известен способ соединения металла с керамикой, предусматривак)щий использование многослойной промежуточной прооадки, нагревание, сдавливание, изотермическую выдержку и охлаждение 1.

Недостатком способа является невозможность создания принудительного усилия .сжатия для получейия диффузионных сварйых соединений металла скерамикой;

Наиболее близким к изобретенк: 0:технической сущности и достигаемому эффейу является способ диффузионной сварки цилиндрических деталей из металла и керамики через промежуточную прокладку с последующим охлаждением и с промежуточными отжигами 2.

Недостатком способа является низкая вакуумная плотность при 700-1120°К.

Цель изобретения - повышение вакуумной плотности при 700-1120К.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу диффузионной сварки цилиндрических деталей из металла и керамики через промежуточную прокладку с последующим охлаждением с промежуточными отжигами, промежуточную прокладку устанавливают с термическим натягом на керамическую деталь.

Можно использовать многослойную прокладку, при этом каждый последующий слой устанавливают с натягом на предыдущий.

10

Отжиг в процессе охлаждения осуществляют после установки каждого слоя промежуточной прокладки при -температуре 0,5-0,8 TJ,бoлee легкоплавкого слоя прокладки.

В частности случае свариваемые поверх15ности предварительно обрабатывают на корпус с углом 3-15°.

Цилиндрическую или коническую соединяемую поверхность керамической детали шлифуют. Изготавливают обечайку из мате2° риала промежуточной прокладки или первого слоя промежуточной многослойной прокладки. Внутренний диаметр обечайки изготавливают на 0,05-0,6 мм меньше наружного диаметра керамики.

В случае, если соединение производят по конической поверхности, свариваемые поверхности предварительно обрабатывают на конус с углом 3-15°.

Обезжиривают соединяемые поверхности материалов.

Детали устанавливают в камеру печи с безокислитёльной атмосферой, например, вакуумной печи, нагревают и сдавливают При сдавливании производят посадку кера.мической детали в металлическую обечайку из материала промежуточной прокладки. Далее производят охлаждение со скоростью 6-15 град/мин. Осуществляют отжиг с изотермической выдержкой при температуре, обеспечиваюш,ей радиальные усилия, необходимые для диффузионной сварки металла с керамикой. Затем производят охлаждение до температуры 310°К. Извлекают керамическую деталь с соединенной металлической обечайкой. Обрабатывают металлическую обечайку до толщины промежуточной прокладки. Далее производят посадку с термическим йатягом керамической детали с промежуточной прокладкой в металлическую деталь при нагревании.

В случае применения многослойной промежуточной прокладки операции повторяют, при этом каждый последующий слой устанавливают с Натягом на предыдущий, а отжиг в процессе охлаждения осуществляют после установки каждого слоя промежуточной прокладки при 0,5--0,8 Т щболее легкоплавкого слоя прокладки.

Высокий отжиг 0,5-0,8 от температуры плавления более легкоплавкого металла необходим с целью снятия наклепа металлических прокладок. Для металла с более высокой температурой плавления это может быть низкотемпературным отжигом.

Нижний предел конусности является минимальным значением, при котором проявляется эффективность конусного соединения по сравнению с соединением по цилиндрической поверхности. Выше 15° конусность Не следует брать, так как термонатяг в этом случае не эффективен. Возможно частичное раскрытие конусного соединения после проведения процесса.

Повыщение вакуумной плотности при 700-1120°К достигают за счет того, что промежуточную прокладку устанавливают с натягом на керамическую деталь. При нагревании металлическая деталь и промежуточная прокладка расширяются в больщей степени, чем керамика. Однако, за счет термического натяга не происходит нарушения вакуумной плотности в контакте керамики с промежуточной прокладкой. Вместе с этим при изготавливании металлической детали из материала с коэффициентом теплового линейного расширения меньщим, чем коэффициент теплового линейного расширения материала промежуточной прокладки и обеспечении дополнительного термического натяга металлической детали относительно промежуточной прокладки, в процессе нагревания полученного соединения появляются дополнительные усилия, не допускающие нарушения вакуумной плотности.

Аналогично ведут себя соединения, полученные при использовании многослойной промежуточной прокладки.

При нагревании каждый предыдущий слой промежуточной прокладки со стороны керамики расширяется больше, чем последующий, так что в конечном счете компенсируется разница В коэффициентах теплового линейного расширения керамики и соединяемого металла.

Благодаря отжигу в процессе охлаждения каждого слоя промежуточной прокладки при 0,5-0,8 Tл,бoлee легкоплавкого слоя прокладки, а также конусности 3-15° снижаются остаточные напряжения в зоне соединения, что также способствует повышению вакуумной плотности качества соединения.

Пример 1. Соединяли трубки 0 10 мм из керамики УФ-46 со сталью 12X18HIOT. Соединяемую поверхность керамической трубки шлифованием предварительно, обрабатывают на конус с углом 7°. Очищают поверхность керамики в ультразвуковой ванне, заполненной щелочным раствором. Наносят на коническую поверхность керамики медное покрытие толщиной 4 мкм

0 резистивным напылением. Изготавливают обечайку из меди с внутренней конической поверхностью с углом конусности 7°. Устанавливают детали в камеру вакуумной печи, нагревают в вакууме 1,3-10 Па до 1073°К и производят соединение по коническим по5 верхносям. Охлаждают соединение до 973°К, осуществляют изотермическую выдержку в течение 15 мин и охлаждают со скоростью 8 град/мин до 303° К- Развакуумируют камеру вакуумной печи и извлекают керамическую деталь с соединенной обечайкой из меди. Стачивают медную обечайку до толщины 0,2 мм (фиг. 2). Изготавливают деталь из стали 12Х18Н10Т с внутренней конической поверх5 ностью с углом конусности 7°. Устанавливают детали в вакуумную печь, нагревают до 1130° К в вакууме 1,3-10 Па, и производят соединение керамической детали с промежуточной медной прокладкой по конической поверхности с деталью из стали 12Х18Н10Т.

0 Охлаждают до 1050°К, делают изотермическую выдержку в течение 20 мин и охлаждают соединение со скоростью 10 град/мин до 303°К. Развакуумируют камеру вакуумной печи и извлекают соединенные детали. Проведенные лабораторные испытания показали, что полученные соединения вакуумйоплотны при нагревании до 700°К. По известному способу такие соединения вакуумноплотны до 523°К.