CS238416B1

CS238416B1 - Method of diffusion welding of materials

Info

Publication number: CS238416B1
Application number: CS833445A
Authority: CS
Inventors: Milan Turna; Lubomir Turna; Dasa Hrivnakova; Maria Karovicova
Original assignee: Milan Turna; Lubomir Turna; Dasa Hrivnakova; Maria Karovicova
Priority date: 1983-05-17
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1985-11-13
Also published as: CS344583A1

Abstract

Vynález spadá do oblasti bezoblúkového a bezplameňového zvárania s využitím rozdielnej teplotnej roztažnosti materiálov. Očelom vynálezu je v důsledku různých teplotných rozťažností ohrevom vytvořit na styčných plochách zváraných dielov přítlačná silu a zároveň ohrevom až na difúznu teplotu zabezpečit difúzny spoj. Zvárané diely sa přitom neprebrievajú, čím nedochádza ich nežiadúcim deformáciám. Vložením tuhého rámu so zváranými dielmi do komory s ohrevom sa zváranie může uskutočňovať vo vákuu, alebo v kontrolovanej atmosféře. Uvedeného účelu sa dosiahne vložením zváraných dielov do tuhého rámu, ktorého teplotná roztažnosť je menšia ako teplotná rozťažnosť zváraných dielov.The invention falls into the field of arc-free and flame-free welding using different thermal expansion of materials. The purpose of the invention is to create a pressing force on the contact surfaces of the welded parts by heating due to different thermal expansions and at the same time to ensure a diffusion joint by heating up to the diffusion temperature. The welded parts are not overloaded, which prevents their undesirable deformation. By inserting a rigid frame with welded parts into a heated chamber, welding can be carried out in a vacuum or in a controlled atmosphere. The above purpose is achieved by inserting the welded parts into a rigid frame, the thermal expansion of which is smaller than the thermal expansion of the welded parts.

Description

Vynález spadá do oblasti bezoblúkového a bezplameňového zvárania s využitím rozdielnej teplotně] rozťažnosti materiálov. Účelom vynálezu je v dósledku róznych teplotných rozťažnosti ohrevom vytvoriť na styčných plochách zváraných dielov prítlačnú silu a zároveň ohrevom až na difúznu teplotu zabezpečit difúzny spoj. Zvárané diely sa přitom neprebrievajú, čím nedochádza ich nežiadúcim deformáciám. Vložením tuhého rámu so zváranými dielmi do komory s ohrevom sa zváranie móže uskutočňovať vo vákuu, alebo v kontrolované]' atmosféře. Uvedeného účelu sa dosiahne vložením zváraných dielov do tuhého rámu, ktorého teplotná roztažnosť je menšia ako teplotná rozťažnosť zváraných dielov. 238416 238416The invention is in the field of arc-free and flameless welding using different thermal expansion of materials. The purpose of the invention is to produce a pressing force on the contact surfaces of the welded parts due to various thermal expansion by heating, and to provide a diffusion joint by heating up to the diffusion temperature. In this case, the welded parts do not sag, thereby causing undesirable deformations. By inserting a rigid frame with welded parts into the heating chamber, welding can take place in vacuum or in a controlled atmosphere. This purpose is achieved by inserting welded parts into a rigid frame whose thermal expansion is less than the thermal expansion of the welded parts. 238416 238416

Vynález sa týká difúzneho zvárania materiálov s využitím ich teplotnej roztažností a dalších tepelne aktivovaných javov pre vznik prítlačnej sily. Základnými parametrami difúzneho zvárania sú zváracia teplota, čas zvárania a přítlačná sila.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a diffusion welding of materials utilizing their thermal expansion and other thermally-activated pressure forces. The basic parameters of the diffusion welding are the welding temperature, the welding time and the pressing force.

Zo súčasného stavu techniky je známe, že vznik prítlačnej sily a jej vefkosť zabezpečovalo vhodné vonkajšie zariadenie tak, aby směr prítlačnej sily a akčné časti zohtadňovali tvar a celkové geometrické usporiadanie spoja. Nesporné výhody autonómnosti takéhoto zváracieho zariadenia, vzhTadom na riadený proces možu byť v niektorých prípadoch potlačené požiadavkou na malú váhu a kompaktnost experimentálneho usporiadania, hlavně pri zváraní vo vakuu a ochranných atmosférách. Difúzně spájanie dielcov menších rozmerov s použitím vonkajšej sily, t. j. tlaku vyvolaného samostatným zariadením je problematické najma vo vákuu. Přítomnost tohoto zariadenia v evakuovanom priestore zvyšuje čas čerpania plynov z pracovného priestoru v důsledku potřeby odplynenia celého povrchu ponořeného do vákua. Okrem uvedeného sa zvyšuje pracnost a investičné náklady pre případ použitia takýchto zariadení.It is known from the state of the art that the formation of a pressing force and its size was provided by a suitable external device such that the direction of the pressing force and the action parts take into account the shape and overall geometric arrangement of the joint. The indisputable advantages of the autonomy of such a welding machine, due to the controlled process, can in some cases be suppressed by the requirement of low weight and compactness of the experimental arrangement, especially in vacuum welding and protective atmospheres. The diffusion bonding of smaller-sized components using the external force, i.e. the pressure exerted by the separate device, is particularly problematic in vacuum. The presence of this device in the evacuated space increases the pumping time of the gases from the working space due to the need to degas the entire surface submerged in the vacuum. In addition, the cost and investment costs of using such devices are increased.

Uvedené nedostatky odstraňuje sposob difúzneho zvárania podl'a vynálezu, ktorého podstatou je, že zvárané diely z ocelí s rovnakou alebo rozdielnou teplotnou rozťažnostou, přiložené k sebe zváranými plochami alebo s vloženou medzivrstvou materiálu rozdlelneho od materiálu spájaných dlelov sa uložia do tuhého přípravku, zhotoveného z materiálu s nižšou teplotnou rozťažnosťou, než je teplotná rozťažnosť základného materiálu zváraných dielov alebo nižšia, než je teplotná rozťažnosť zváraného dielu s nižšou teplotnou rozťažnosťou, kde takto zmontovaný celok je podrobený ohřevu vo vákuu alebo v ochrannej atmosféře na difúznu teplotu materiálu zváraného dielu s najvyššou teplotnou rozťažnosťou, resp. na teplotu iniciácie difúzneho procesu.The above drawbacks are eliminated by the diffusion welding method according to the invention, which is that welded parts of steels with equal or different thermal expansion applied together with welded surfaces or with intermediate layer of material different from the bonded material are placed in a rigid composition made of material with a lower thermal expansion than the thermal expansion of the base material of the welded parts or lower than the thermal expansion of the welded part with a lower thermal expansion, where the assembled unit is subjected to heating in vacuum or in a protective atmosphere to the diffusion temperature of the welded part material with the highest temperature extensibility, respectively. to the diffusion process initiation temperature.

Jeden z materiálov zváraných dielov může byť nekovový materiál, avšak s rozdielnou teplotnou rozťažnosťou, než je teplotná rozťažnosť zváraného protidielu z kovového materiálu. V důsledku různých teplotných rozťažností pri ohřeve zváraných dielov a tuhého rámu, vzniká v styčných plochách zváraných dielov přítlačná sila. Jej posobením a působením teploty sa rozvinie difúzny proces, pri ktorom dojde ku spojeniu zváraných dielov.One of the materials of the welded parts may be a non-metallic material but with a different thermal expansion than the thermal expansion of the welded material of the metal material. Due to the different thermal expansions during the heating of the welded parts and the rigid frame, a contact force is generated in the contact surfaces of the welded parts. Its positioning and the effect of temperature develops a diffusion process in which the welded parts are joined.

Pri difúznom zváraní s medzivrstvou sa teplotná rozťažnosť materiálu medzivrstvy vzhťadom na rozměry a uloženie medzivrstvy neprejaví. Taktiež sa pri zváraní nemusí vo všetkých prípadoch použiť kovový prípravok s malou teplotnou rozťažnosťou. V závislosti od usporiadania a geometrie spoja može túto funkciu plnit niektorý zo spájaných materiálov. Taktiež je možné použiť fixovanie zváraných dielcov nekovovým materiálom o požadovaných fyzikálno-chemických a mechanických vlastností. Výhodou sposobu difúzneho zvárania oproti známému stavu techniky je, že zvárané materiály sa zbytočne neprehrievajú, čím nedochádza k ich deformácii. Vložením tuhého rámu so zváranými dielmi do komory s ohrevom možno jednoducho zabezpečit zváranie vo vákuu.In the case of diffusion welding with an intermediate layer, the thermal expansion of the interlayer material with respect to the dimensions and storage of the interlayer is not apparent. Also, in all cases, a metal preparation with low thermal expansion may not be used in welding. Depending on the arrangement and geometry of the joint, one of the materials to be bonded can perform this function. It is also possible to use the non-metallic material to fix the welded parts with the desired physico-chemical and mechanical properties. The advantage of the method of diffusion welding over the prior art is that the welded materials do not overheat unnecessarily, thereby avoiding their deformation. By inserting a rigid frame with welded parts into the heating chamber, it is easy to provide vacuum welding.

Podta predmetu vynálezu boli zhotovené zvarky, kde základným materiálom přípravku, resp. rámu bola ocel' podta ČSN číslo 417153, s nižšou teplotnou rozťažnosťou a zvárané diely boli z materiálu podta ČSN 412 013, taktiež ocet s vyššou teplotnou rozťažnosťou. Ako medzivrstva bola použitá Ni folia (99,9 %}. Teplota zvárania 800 až 1000 stupňov Celsia a čas zvárania 15 až 25 minút. Prierez zváraných plůch 12 mm2. Charakteristika zvarového spoja: Rm = 300 MPa, A = 35 %, Z = 30 %.According to the invention, welds have been produced, wherein the base material of the composition, or the composition thereof, is provided. frame was steel according to ČSN No. 417153, with lower thermal expansion and welded parts were from material according to ČSN 412 013, also vinegar with higher thermal expansion. Ni folios (99.9%) were used as intermediate layers. Welding temperature 800 to 1000 degrees Celsius and welding time 15 to 25 minutes. Cross-section of welded fences 12 mm2. Welded joint characteristics: Rm = 300 MPa, A = 35%, Z = 30%.

Charakter lomu po skúške v ťahu bol zmiešaný. Lomové plochy sa vyhodnotili optickou a elektronovou mikroskopiou. Difúzny proces sa hodnotil z priebehu koncentrácie Ni a Fe rtg. mikroanalýzou. Vypočítaný koeficient difúzie na základe merania mal hodnotu DNi(Fe) = 16,37.10~15m2. s-1 a DfeiNí) =' 12,241.10_15m2 . s"1. Získané hodnoty odpovedajú tabulárnym hodnotám týchto koeficientov.The character of the fracture after the tensile test was mixed. Fracture surfaces were evaluated by optical and electron microscopy. The diffusion process was evaluated from the concentration of Ni and Fe X-rays. microanalysis. The calculated diffusion coefficient based on the measurement had a DNi (Fe) = 16.37.10 ~ 15m2. s-1 and DfeiNi) = '12,241.10_15m2. The values obtained correspond to the tabular values of these coefficients.

Pre prax je dostatok dalších vyskúšaných materiálov, kombináciou ktorých je možnosť využívania predmetu vynálezu.For practice, there are enough other tested materials, a combination of which makes it possible to use the subject matter of the invention.

Claims

SUBJECT

1. A method of diffusion welding of materials, particularly suitable for welding under vacuum or in a protective atmosphere, characterized in that welded parts of the same or different thermal expansion are joined to each other by welding surfaces or with an intermediate material layer different from the base material of the welded parts. of a rigid fixture or frame made of a material with a lower thermal expansion than the thermal expansion of the welded base material or lower than the thermal expansion of the welded part with a lower thermal expansion, and the whole thus treated is heated to the diffusion temperature of the welded material with the highest thermal expansion .

2. A diffusion welding method according to claim 1, wherein one of the materials of the welded parts is a non-metallic material, but with a different thermal expansion than the thermal expansion of the metal counterpart being welded.