| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2259265
СПОСІБ дифузійного зварювання
Ім'я заявника: Милявский Дмитро Костянтинович (RU)
Ім'я винахідника: Милявский Д.К. (RU); Кобло А.І. (RU)
Ім'я патентовласника: Милявский Дмитро Костянтинович (RU)
Адреса для листування: 121 165, Москва, Г-165, а / с 15, ТОВ "ППФ-ЮСТІС", пат.пов. Л.С.Пілішкіной, рег. № 895
Дата початку дії патенту: 2004.04.01
Винахід може бути використано в електронній, ювелірної промисловості та інших областях техніки. У зоні зварювання розміщують матеріал, що забезпечує екзотермічну реакцію між вхідними в нього компонентами. Згаданий матеріал отримують шляхом заповнення термореагірующім порошком порожнистої герметичній металевої оболонки. Як термореагірующего порошку використовують порошок, що містить компоненти, що забезпечують реакцію високотемпературного синтезу (СВС), або порошок, що містить компоненти в суміші з галієм, що забезпечують екзотермічну реакцію з дифузійним твердением. У зоні зварювання розміщують, щонайменше, одну згадану оболонку або дві оболонки різного складу. Здійснюють її нагрівання шляхом пропускання струму для ініціювання екзотермічної реакції між які входять у термореагірующій порошок компонентами. Випаровують оболонку електричним вибухом з отриманням металевої прошарку на поверхнях деталей, що зварюються. Зварюються деталі приводять в контакт і проводять їх ізотермічну витримку в атмосфері азоту під тиском. Спосіб дозволяє знизити енерговитрати і підвищити якість з'єднання за рахунок зниження верхньої межі температури екзотермічної витримки.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до технології отримання нероз'ємного з'єднання дифузійної зварюванням у вакуумі через прошарок і може бути використано в електронній, ювелірної промисловості та інших областях техніки.
Відомий спосіб дифузійного зварювання, при якому на одній з поверхонь, що зварюються виконують глухі циліндричні отвори і розміщують проміжну прокладку, через яку виробляють з'єднання деталей (див. SU 1463415, МПК 7 В 23 К 20/14, 1989). Недоліком даного способу є трудомісткість виготовлення перфорованих отворів, а й високі енерговитрати.
Відомий спосіб дифузійного зварювання, при якому в процесі піролізу прокачується між зварюються поверхнями речовини на них утворюється металева прошарок, після чого здійснюють ізотермічну витримку під тиском (див. SU 1750897, МПК 7 В 23 К 20/16, 30.07.1992).
Найбільш близьким аналогом запропонованого способу можна вважати спосіб дифузійного зварювання по RU 2025241, МПК 7 В 23 К 20/16, 30.12.1994, згідно з яким, по крайней мере, на поверхні однієї з деталей, що зварюються виконують порожнину і заповнюють її захисно-активує середовищем в вигляді екзотермічної суміші. Підготовлені до зварювання деталі стискають, нагрівають до температури зварювання з високою швидкістю, здійснюють ізотермічну витримку і після утворення з'єднання деталі охолоджують. Під дією температури і тиску відбувається витіснення захисно-активує середовища з порожнини і її подача на розігріті зварювані поверхні, що призводить до отримання якісного з'єднання за рахунок видалення окисних плівок і зминання мікрошероховатость. Однак захист поверхонь, що зварюються від окислення виявляється недостатньою, призводить до зниження якості зварювання.
Завданням винаходу є зниження енерговитрат і підвищення якості з'єднання за рахунок зниження верхньої межі температури екзотермічної витримки.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі дифузійної зварювання, що включає розміщення в зоні зварювання матеріалу, що забезпечує екзотермічну реакцію між вхідними в нього компонентами, приведення деталей, що зварюються в контакт і ізотермічну витримку їх під тиском, згаданий матеріал отримують шляхом заповнення термореагірующім порошком порожнистої герметичній металевої оболонки, при цьому в зоні зварювання розміщують, щонайменше, одну згадану оболонку, нагрівають її шляхом пропускання струму для ініціювання екзотермічної реакції між які входять у термореагірующій порошок компонентами і випаровують оболонку електричним вибухом з отриманням металевої прошарку на поверхнях деталей, що зварюються, а ізотермічну витримку проводять в атмосфері інертного газу, переважно азоту.
Як термореагірующего порошку може бути використаний порошок, що містить компоненти, що забезпечують реакцію високотемпературного синтезу (СВС), при цьому оболонку вакуумируют. В цьому випадку оболонку виготовляють із сплаву пермендюр. Як термореагірующего порошку може бути використаний порошок, що містить компоненти в суміші з галієм, що забезпечують екзотермічну реакцію з дифузійним твердением, при цьому галій попередньо насичують азотом, а оболонку перед герметизацією заповнюють азотом. В цьому випадку оболонку виготовляють з нікелю або нікелевого сплаву. Залежно від матеріалів, що з'єднуються можна використовувати, щонайменше, одну оболонку одного складу або, щонайменше, дві оболонки з різним складом, при цьому їх випаровування проводять послідовно.
За першим варіантом використання термореагірующіх порошків застосовані порошки з компонентами, що забезпечують реакцію СВС. Відомі технічні рішення, що стосуються синтезу матеріалів (нітридів, карбідів) по реакції СВС. Однак у заявленому рішенні проводять в одному технологічному циклі синтез і напилення покриття на поверхню деталей, що з'єднуються при пропущенні струму через оболонку з порошком СВС, при цьому плазмою розряду проводять очищення поверхонь, що зварюються. Знаючи швидкість реакції СВС, можливе отримання ювенальних поверхонь, що забезпечує високу адгезію напиляного матеріалу.
В експериментах використовувалися порошки, що містять графіт, вольфрам і алюміній.
За другим варіантом використання термореагірующіх порошків застосовують порошки, що містять компоненти в суміші з галієм, що забезпечують екзотермічну реакцію з дифузійним твердением. Відомі технічні рішення використання термореагірующіх порошків для ремонту деталей машин, наприклад, гільз двигуна внутрішнього згоряння. Відомі й технологічні прийоми і режими одержання нероз'ємних з'єднань за допомогою дифузійно-твердіючих паст на основі галію. Галій при підвищенні температури розчиняє в собі метали, кварцове скло, гази і т.д. Відомо і, що азот в молекулярному стані це захисний газ, а, розчиняючись галієм, переходить в атомне стан і стає надзвичайно активним.
У заявленій технічному рішенні термореагірующіе порошки спільно з галієм, насиченим азотом, забезпечують в процесі екзотермічної реакції 100% дифузійне твердіння і отримання нероз'ємного з'єднання міцністю до 50 МПа. Галій при температурі 30 ° С і вище розчиняє в собі всі метали, оксиди і т.д. При цьому галій є тільки каталізатором, розчиняючи всі метали, що входять в термореагірующій склад, дозволяючи синтезувати нітриди розчинених металів і не беручи участь в процесі синтезу. Підвищення міцності з'єднання автори пояснюють отриманням пересичених твердих розчинів.
В експериментах використовувалися порошки переважно з надлишком алюмінію (7-10%) на основі міді та нікелю. В процесі дифузійного твердіння сплав переходить в рівноважний стан, а розірвалися зв'язку алюмінію заміщуються атомарним азотом; формується просторова сітка з нітридів, синтезованих на галієвих каталізаторі, що забезпечує високу міцність з'єднання.
Використання однієї або більше оболонок одного або різного складі обумовлено матеріалом деталей, що з'єднуються. Запропонований спосіб дозволяє здійснювати з'єднання як важкозварювальних металів, так і неметалів в різних поєднаннях.
Виготовлення оболонок з термореагірующім порошком здійснюють наступним чином.
I варіант. Використовують суміш для реакції СВС: чистий порошок графіту 60 вагових частин, чистий порошок вольфраму - 40 вагових частин з додаванням порошку алюмінію - 2 вагових частини. Згадані порошки завантажують в оболонку з пермендюр і профилируют у вигляді прямокутної трубки. Оболонку герметизують і вакуумируют.
II варіант. Технічний галій Гл. 0,96 за відомою технологією попередньо насичують азотом. В оболонку з нікелю поміщають термореагірующій порошок марки ПТ-19М-01 і галій у змісті 1: 1 по вазі, попередньо перешкодивши. Оболонку з одного боку герметизують, заповнюють по відомої технології азотом, герметизують і поміщають в холодильник.
На кресленні показана схема установки дифузійної зварювання.
 |
У вакуумній камері 1 між робочим столом 2 і пуансоном 3 розміщують зварюються деталі 4 і 5 зі встановленими між ними оболонкою 6, що містить суміш термореагірующіх порошків 7. Оболонку з'єднують з держателями високовольтних електродів 8. Тримачі включені в ланцюг генератора імпульсного струму 9. Нагрівач 10, розташований в технологічній камері, служить для проведення ізотермічної витримки. Для подачі газу в камеру служить система подачі газу 11. Приклад виконання способу, в якому використовуються дві оболонки різного складу. На пуансоні і робочому столі закріплюють зварюються деталі, виготовлені, наприклад, з кварцу 12В1 і молібдену МВ4П, на державках закріплюють оболонки з термореагірующімі порошками, між якими проходить екзотермічна реакція за двома варіантами. Камеру герметизують і вакуумируют, приблизно до тиску 1,33 × 10 -2 Па. Потім першу оболонку (з порошком СВС) прямим пропусканням струму від силового трансформатора 10 нагрівають протягом 20-25 сек до температури 1000 ° С і електричним вибухом випаровують, коммутіруя електричний ланцюг на 2 UT, з запасеної енергією 20 кДж. Потім аналогічну операцію проводять з другої оболонкою (компоненти в суміші з галієм), тільки температура нагріву оболонки складає 750 ° С. |
Після випаровування останньої оболонки в технологічну камеру подають азот через систему подачі газу і включають нагрівач ізотермічної витримки. Швидкість підйому температури не обмежена, але вона повинна виключати термоудар деталі, що зварюється.
Після досягнення температури зварюваних деталей 200 ° С їх приводять контакт під тиском 5,0 МПа. Температурний інтервал ізотермічної витримки не визначають, тому що він може бути від 40 ° С до 1000 ° С в залежності від зварювальних матеріалів.
Перевагою заявляється способу дифузійного зварювання через прошарок є гранично низька температура ізотермічної витримки (від 40 ° С) і малі тиску (від 1,0 МПа).
Далі наведені приклади зварювання з використанням оболонок з порошками, здатними до реакції високотемпературного синтезу (СВС), з різними поєднаннями складів порошків і матеріалів деталей, що з'єднуються.
ПРИКЛАД 1
Відомо, що тільки два способи напилення проходять з дифузією в підкладку. Це напилення з плазмових фокусів і електричним вибухом. Пропонується спосіб формування опори з карбіду вольфраму для опор ротора гіроскопа. Оболонка зі сплаву 29 КФ (пермендюр). Склад порошку - вольфрам плюс вуглець в рівних масових частках і 2 мас.% Алюмінію. Оболонки такого складу випаровуються в отворі опори до формування тугоплавкої опори завтовшки до 1 мм, далі проводять дифундує отжиг і шліфування. Перевага способу полягає в тому, що виключено використання технології високих температур і формування покриттів спорами для утримання мастила.
ПРИКЛАД 2
Зварювання сплаву, наприклад ВК8 з СТЗ, для високотемпературної різання матеріалів, коли пайка таких матеріалів виключена. Оболонка має склад порошку такий же, як наведено в Прімері 1. Матеріал оболонки повинен мати температуру не нижче температури плавлення сталі. Після випаровування ряду провідників деталі приводять в контакт з деформацією до 20% з подальшим дифундують отжигом. Дифундує отжиг проводять у вакуумі.
ПРИКЛАД 3
Використання оболонки з порошками, здатними до термореагірованію при нагріванні і дифузійному твердненню, для зварювання тугоплавких матеріалів з матеріалами зі сложноорганизованной структурою, нагрівання яких вище 400-500 ° С при зварюванні неприпустимий (ситалли, ферити, п'єзокераміка і т.д.).
Склад порошків - 50% термореагірующего порошку і 50% галію (по масі). Після випаровування ряду провідників при температурі зварюваних зразків не вище 400 ° С зварюються деталі приводять в контакт, проводять дифундує отжиг з подальшим охолодженням зі швидкістю не більше 12 ° С в хвилину. Дифундує отжиг проводять в атмосфері азоту.
ПРИКЛАД 4
Виконання зварювання з використанням оболонок зі складом, здатним до реакції СВС, і порошків, здатних до термореагірованію і диффузионному твердненню.
Зварюють нітрид алюмінію з матеріалами, переліченими в прикладах 1-2. Зварювання здійснюють в вакуумі з дифундують отжигом при температурі не вище 400 ° С в атмосфері азоту.
При зварюванні зразки нагрівають до 400 ° С, послідовно випаровують оболонки з порошками, здатними до реакції СВС, і термореагірующімі порошками. Деталі приводять у контакт, проводять ізотермічну витримку і охолодження зі швидкістю 12 ° С в хвилину. Аналогічно проводять зварювання дорогоцінних металів з напівдорогоцінним і дорогоцінним кристалами, причому завжди першими випаровують порошки, здатні до реакції СВС.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб дифузійного зварювання, що включає розміщення в зоні зварювання матеріалу, що забезпечує екзотермічну реакцію між вхідними в нього компонентами, приведення деталей, що зварюються в контакт і ізотермічну витримку їх під тиском, який відрізняється тим, що в якості згаданого матеріалу використовують заповнену термореагірующім порошком порожню герметичну металеву оболонку , при цьому в зоні зварювання розміщують, щонайменше, одну згадану оболонку, нагрівають її шляхом пропускання струму для ініціювання екзотермічної реакції між які входять у термореагірующій порошок компонентами і випаровують оболонку електричним вибухом з отриманням металевої прошарку на поверхнях деталей, що зварюються, а ізотермічну витримку проводять в атмосфері інертного газу.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості термореагірующего порошку використовують порошок, що містить компоненти, що забезпечують реакцію високотемпературного синтезу (СВС), при цьому оболонку вакуумируют.
3. Спосіб за п.2, що відрізняється тим, що оболонку виготовляють із сплаву пермендюр.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості термореагірующего порошку використовують порошок, що містить компоненти в суміші з галієм, що забезпечують екзотермічну реакцію з дифузійним твердением, при цьому галій попередньо насичують азотом, а оболонку перед герметизацією заповнюють азотом.
5. Спосіб за п.4, що відрізняється тим, що оболонку виготовляють з нікелю або нікелевого сплаву.
6. Спосіб за п пп.1-5, що відрізняється тим, що використовують, щонайменше, дві оболонки, заповнені різними складами, при цьому їх випаровування проводять послідовно.
Версія для друку
Дата публікації 09.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.