DE2750390C2

DE2750390C2 - Verfahren zum Verbinden von Teilen durch Diffusionshartlöten und nach diesem Verfahren hergestellte Gegenstände

Info

Publication number: DE2750390C2
Application number: DE2750390A
Authority: DE
Inventors: Bernard Andre Montrouge Blanchet; Jaques Corbeil Lesgourgues
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1983-09-29
Also published as: US4146165A; GB1572302A; FR2370545A1; DE2750390A1; FR2370545B1

Description

Die Erfindung bezieht sich aui das Verbinden von Teilen, insbesondere von kompliziert gestalteten Teilen, durch Diffusionshartlöten.

Das Verbinden durch Diffusion in festem Zustand, unter Vakuum und bei starkem Druck zum Halten der Teile bringt Schwierigkeiten, die die Anwendungsmög-Henkelten für dieses Verfahren einschränken. Oberflächenungenauigkeiten und die an den Teilen anzubringenden Drücke verbieten die Ausübung des Verfahrens, wenn kompliziert geformte Teile miteinander zu verbinden sind.

Die Technik des Diffusionsschweißens im festen Zustand ist dadurch verbessert worden, daß man das Schweißen mit einem Lötvorgang kombiniert. Die beiden Vorgänge laufen im allgemeinen in einem Schutzgas oder unter Vakuum ab, und das zum Löten benutzte Lot liegt als Pulver, als Folie oder als Beschichtung vor. Auf die'zu verbindenden Teile wird ein Druck ausgeübt, der einerseits das Fließen der vorübergehend flüssigen Phase und andererseits die Herstellung einer homogenen Verbindung durch Diffusion herbeiführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Diffusionshartlöten für kompliziert geformte Teile einzusetzen und den auf die Teile ausgeübten Haltedruck zu vermindern, wobei aber das Lot zwischen den zu verbindenden Teilen gut beweglich sein soll.

Das Verfahren zum Verbinden von kompliziert geformten Teilen durch Diffusionshartlöten mit einer zwischen den Teilen befindlichen Folie oder einer Beschichtung zum Verbessern des Fließens ist gemäLi der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,

— daß die Teile eine erste Bearbeitung erfahren, bei der Aufnahmeräume für Lot gebildet werden,

— daß zwischen die zu verbindenden Teile die Folie gelegt oder auf einem der Teile eine Beschichtung aufgebracht wird,

— daß die Aufnahmeräume mit einem Lot in Pulverform gefüllt werden,

— daß die Teile fest zusammengehalten werdeD und auf die zu verbindenden Flächen ein Druck mittels Schrauben oder einer gleichartigen Vorrichtung ausgeübt wird,

— daß die gesamte Teilegruppe in einen schutzgasgefüllten, erhitzten abgeschlossenen Raum gebracht wird, um in einem ersten Zeitabschnitt das Lot zu verflüssigen und in einem zweiten Zeitabschnitt die Diffusion ablaufen zu lassen,

— und daß danach eine zweite Bearbeitung stattfindet, bei der die Schrauben und nach Möglichkeit auch die Aufnahmeräume beseitigt werden.

Weitere Besonderheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, die mehrere Ausführungsformen der Erfindung darstellen.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und als Schnitt eine Möglichkeit zur Ausübung der Erfindung bei der Herstellung eines Bundrings aus Titan oder einer Titanlegierung mix einem ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Wulst.

F i g. 2 zeigt den Gegenstand aus F i g. 1 im Endzustand in perspektivischer Darstellung und im Schnitt nach der zweiten Bearbeitung.

F i g. 3 zeigt als Schnitt einen andersartigen Gegenstand, der nach der Lehre der Erfindung herstellbar ist

Fig.4 ist ein Schnitt durch den Gegenstand aus F i g. 3 nach der zweiten Bearbeitung.

Die bevorzugte Ausführung der Erfindung umfaßt mehrere Schritte: die erste Bearbeitung, die Vorbereitung, das Diffusionshartlöten und die zweite Bearbeitung.

Bei der ersten Bearbeitung der zu verbindenden Teile werden die zur Ausübung des Verfahrens erforderlichen Formen hergestellt, nämlich die Aufnahmeräume und die Öffnungen für die die Teile zusammenhaltenden Schrauben. Die Aufnahmeräume können in einem der Teile als zylindrische oder kegelstumpfförmige Löcher oder als geradlinig oder gekrümmt verlaufende Rinnen ausgebildet sein. Diese Löcher oder Rinnen müssen räumlich so angeordnet und ausgeführt sein, daß das geschmolzene Lotpulver in alle Bereiche der zu verbindenden Flächen vorzudringen vermag.

Die Halteschrauben sind vom gleichen Material wie die zu verbindenden Teile oder sie bestehen aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der der Teile. Die Teile werden durch die Pressung der Schrauben so zusammengehalten, daß die Vorgänge einwandfrei ablaufen. Die Schrauben sind so angeordnet, daß der Druck gleichmäßig auf mindestens eine der zu verbindenden Flächen ausgeübt wird.

Bei dem Vorbereitungsschritt wird auf den zu verbindenden Flächen des einen Teils das Lot als eine Beschichtung abgeschieden, oder es wird eine Lotfolie hergestellt, die die Form und die Abmessungen der zu verbindenden Flächen hat. Die Folie überragt die zu verbindenden Flächen im allgemeinen um 0,5 bis 1 mm. Ihre Dicke kann zwischen einigen μπι und 250 μίτι variieren. Die Folie kann unterschiedlich zusammengesetzt sein, ebenso wie die Beschichtung aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten aufgebaut sein kann.

Die Folie oder die Beschichtung dienen vor allem zur Verbesserung des Fließens des Lotes. Während des Lötens sorgt das in den Aufnahmeräumen befindliche ' Lot für die Füllung der Fuge.

Die von den Schrauben zusammengepreßten Teile befinden sich während der Phase des Diffusionshartlötens in einem Ofen. Das Diffusionshartlöten läuft in dem Ofen unter Schutzgas ab. Der Ofenzyklus setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Phasen des Hartlötens und der Diffusion zusammen; dabei können unterschiedlich hohe Temperaturen angewandt werden.

Nach dem Abkühlen werden die Gegenstände aus dem Ofen genommen und der zweiten Bearbeitung zugeführt Bei dieser Bearbeitung werden die Zonen des Gegenstands beseitigt, die zum Eindrehen der Schrauben erforderlich waren, und nach Möglichkeit auch die Aufnahmeräume für das LoL

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zeigt einen Aufbau nach der Vorbereitung und vor dem Einbringen in den Vakuumofen.

Der Aufbau weist einen runden Bundling 1 auf, an dem ein Wulst 2 oder mehrere über den Unhang des Bundringes verteilte Wulste befestigt werden sollen. Dieser Gegenstand aus TA5E (Bundring und Wulst) läßt sich durch maschinelle Bearbeitung nur schwer herstel-Ien. Es hat sich als wirtschaftlicher und einfacher erwiesen, den Wulst durch Diffusionshartlöten an einem leicht zu bearbeitenden Teil anzubringen.

Der Bundring 1 hat U-QuerschnitL Die Außenseite des zylindrischen Hohlwulsts ist dem Bundring angepaßt, damit er den Boden des U berührt, und weist zwei Abflachungen 3 und 4 auf, mit denen er an den Schenkeln des U anliegt Er trägt ferner die Aufnahmeräume 5 und 6, die bei der ersten Bearbeitung hergestellt werden.

Die Aufnahmeräume 5 stellen zylindrische Löcher dar, die in .einen Kegelstumpf übergehen, dessen größere Basisfläche den gleichen Durchmesser hat wie die zylindrische öffnung, während die kleine, ausmündende Basis einen kleineren Durchmesser hat, durch die ίο das Pulver eingefüllt wird.

Die Aufnahmeräume 6 sind als geradlinige, blind endende Rinnen in den Abflachungen des Wulstes ausgebildet Vorausgesetzt sie befindet sich im oberen Bereich, braucht nur eine einzige Rinne vorgesehen zu werden, wenn der Gegenstand flach :n den Wärmebehandlungsofen gesetzt wird.

Man kann auch mit anders geformten und abweichend angebrachten Aufnahmeräumen arbeiten. Beispielsweise können in der. unteren Boden des Wulsts ">" oder in die den Abflachungen des Wulsts gegenüberstehenden Flarken des Bundringes eine oder mehrere Rinnen geschnitten werden.

Zwischen dem Bundring 1 und dem Wulst 2 befindet sich eine Lotfolie 7, die vor dem Zusammenfügen der Teile eingelegt wurde. Die Folie bat eine Stärke von 50μπΐ; sie besteht aus 70% Titan, 15% Kupfer, 15% Nickel und hat einen Schmelzbereich von 900 bis 940⁰C. Um an den Rändern der Teile eine gute Füllung zu erzielen, ist die Folie so ausgeführt, daß sie alle zu &o verbindenden Flächen um 0,5 bis 1 mm überragt.

Die Folie kann durch eine Beschichtung von Lot ersetzt werden, die auf den Seitenflächen des einzusetzenden Wulstes elektrolytisch abgeschieden wird. Die Beschichtung besteht aus drei übereinander abgeschie- 65 denen Schichten von Ni, Cu, Ni, und die zugehörigen Schichtdicken sind 3 μπι, G ".m, 3 μπι.

Die Teile werden mit Schrauben 8 und 9 in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten; die Schrauben besxehen aus dem gleichen Material wie die zu verbindenden Teile, d.h. aus TA5E.

Alle Teile werden vor dem Zusammensetzen gereinigt; die Aufnahmeräume werden mit feinstzerkleinertem Metallpulver (Ti 70%, Cu 15°<>, Ni 15%) gefüllt, wobei die Füllung je nach ihrer Anordnung vor oder nach dem Zusammenbau erfolgt Der ganze Aufbau wird dann in den unter Vakuum stehenden Wärmebehandlungsofen gesetzt

Der Hartlötvorgang läuft in zwei Schritten bei zwei verschiedenen Temperaturen ab, die jeweils 15 min gehalten werden. Die erste Temperaturstufe liegt bei 870⁰C Bei der zweiten Temperaturstufe von 980⁰C erscheint die vorübergehend flüssige Phase, die durch das Schmelzen des Lotes hervorgerufen wird. Der Diffusionsvorgang spielt sich dann während einer Zeitdauer von 2 Std. bei 900° C ab.

Fig.2 zeigt den Gegenstand rieh der zweiten Bearbeitung. Dabei werden die zylindrische?! Aufnahmeräume 5 und 6 und die Schrauben 8 und 9 beseitigt Bei dem in Fig.2 wiedergegebenen: Ausführungsbeispiel verbleiben die Aufnahmeräume 6 in dem fertigen Gegenstand.

Die F1 g. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ebenfalls aus TA5E bestehenden Teilen.

In Fig.3 ist eine Platte 10 gezeichnet, auf die eine Gewindehülse 11 gestellt ist.

Zwischen den Teilen 10 und 11 liegt eine Folie 12. Sie ist 50 μπι stark und überragt die zu verbindenden Flächen um 0,5 bis 1 mm.

Die Folie kann durch eine elektrolytische Beschichtung von Ni, Cu, Ni ersetzt werden, die auf der Fläche der mit der Platte zu verbindenden Hülse abgeschieden ist. Die zugehörigen Schichtdicken betragen ungefähr 3 μίτι, 6 μπι, 3 μηι.

In der Hülse 11 ist ein Raum 13 angeordnet. Er hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen große Basis der mit der .Hülse zu verbindenden Platte zugewandt ist. Der Raum ist mit Metall in Form eines feinstzerkleinerten Pulvers aus 70% Ti, 15% Cu und 15% Ni gefüilt.

Eine ebenfalls aus TA5E bestehende Schraube 14 hält die Teile zusammen und erzeugt den für die Diffusion erforderlichen Druck.

Die Hartlötung erfolgt wie oben beschrieben während 15 min bei 870⁰C und während weiterer 15 min bei 980⁰C, um die vorübergehend flüssige Verbindungsphase zum Schmelzen zu bringen. Die Diffusion erfordert 2 Std. bei 900⁰C.

In Fig.4 wird der Gegenstand nach der zweiten Bearbeitung gezeigt. Die Schraube und der Raum 13 sind entfernt.

Das erfindungsgenäße Verfahren zum Verbinden von Teilen läßt sich auch bei einfachen flachen Teilen anwenden. Man kann auch, beispielsweise bei dem Bundring aus Fig. 1, rechteckige angepaßte Wulste befestigen, wobei B> hälter im Boden der U-Form des Bundringes angeordnet sind und Wulsit und Bundring 'mit Schrauben zusammengehalten werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern umfaßt auch das Herstellen von Verbindungen zwischen Teilen, die aus anderem Material als Titan und Titanlegierungen bestehen, und ist besonders geeignet für Stähle und Silberlegierungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Teilen durch Diffusionshartlöten, wobei ein Lot zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen der zu verbindenden Teile gebracht wird, die gegeneinander gepreßt, in einen abgeschlossenen Raum unter Schutzgas gebracht und derart erhitzt werden, daß

in einem ersten Zeitabschnitt das Lot flüssig wird und in einem zweiten Zeitabschnitt die Diffusion stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der fest miteinander zu verbindenden Flächen Räume (5, 6; 13) angeordnet sind, die mit pulverförmigem Lot gefüllt werden, daß die Teile (1, 2; 10,11) mit Schrauben (8,9; 14) zusammengehalten werden, die einen Druck im Bereich der miteinander zu verbindenden Flächen ausüben, und daß nach dem Diffusionslöten der Teile (1, 2; 10, 11) die Halteschrauben (8, 9; 14) und die Räume (5, 8; 13) möglichst beseitigt werden.

2. Verfahren zum Verbinden von Teilen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschrauben (8, 9; 14) aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die zu verbindenden Teile (1,2; 10,11).

3. Verfahren zum Verbinden von Teilen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschrauben (8, 9; 14) aus einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der des Materials der zu verbindenden Teile (1,2; 10, 11).