RU2184017C1

RU2184017C1 - Diffusion welding method

Info

Publication number: RU2184017C1
Application number: RU2001102551A
Authority: RU
Inventors: А.В. Люшинский; С.В. Лобко; А.И. Еремин; О.В. Барсукова
Original assignee: ОАО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: welding of precision parts of different type materials, for example metallic and non-metallic materials, and elastic metallic materials. SUBSTANCE: method comprises steps of heating parts until welding temperature corresponding to quenching temperature of elastic material; contracting them; performing isothermal soaking and cooling at rate corresponding to cooling rate at quenching elastic material; after achieving temperature 250-300 C realizing additional isothermal soaking for 2-3 h. EFFECT: possibility for providing desired elastic properties of high quality welded joint. 1 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сварке давлением в твердой фазе и может быть использовано для изготовления прецизионных узлов, состоящих из разнородных материалов, во многих отраслях промышленности, в частности в точном машиностроении и приборостроении. The invention relates to pressure welding in the solid phase and can be used for the manufacture of precision units consisting of dissimilar materials in many industries, in particular in precision engineering and instrument making.

Известен способ диффузионной сварки (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, с.124, 132-134 и др.), при котором при соединении металлических и неметаллических материалов с металлами и сплавами, обладающими, например, упругими свойствами, для обеспечения необходимых упругих свойств этим металлам и сплавам после сварки весь технологический цикл разбит на две стадии. На первой стадии производят диффузионную сварку деталей при параметрах режима (температура, сварочное давление, время выдержки), обеспечивающих качественное соединение разнородных материалов. При этом температура процесса сварки и скорость охлаждения могут быть ниже или выше соответственно температуры процесса закалки и скорости охлаждения, характерных для материала, обладающего упругими свойствами. В результате сварное соединение имеет гарантированное качество по механическим свойствам, например по прочности на разрыв, но деталь из упругого материала не обладает необходимыми упругими свойствами. Поэтому на второй стадии производят термическую обработку сварного соединения на придание упругих свойств детали из упругого материала при соответствующих температуре и скоростях нагрева и охлаждения. A known method of diffusion welding (Kazakov NF Diffusion welding of materials. M: Mechanical Engineering, 1976, p.124, 132-134, etc.), in which when connecting metallic and nonmetallic materials with metals and alloys having, for example, elastic properties, to ensure the necessary elastic properties of these metals and alloys after welding, the entire technological cycle is divided into two stages. At the first stage, diffusion welding of parts is carried out under the parameters of the mode (temperature, welding pressure, holding time), which ensure high-quality connection of dissimilar materials. In this case, the temperature of the welding process and the cooling rate can be lower or higher, respectively, of the temperature of the hardening process and the cooling rate characteristic of a material with elastic properties. As a result, the welded joint has guaranteed quality in terms of mechanical properties, for example, in tensile strength, but a part made of an elastic material does not possess the necessary elastic properties. Therefore, in the second stage, the welded joint is heat treated to give the elastic properties of the part from the elastic material at the appropriate temperature and heating and cooling rates.

Недостатком такой технологии является длительный технологический цикл изготовления деталей. The disadvantage of this technology is the long technological cycle of manufacturing parts.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диффузионной сварки (Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, с. 162-220), в соответствии с которым для уменьшения потерь упругих и других исходных свойств материалов при диффузионной сварке применяют промежуточные прокладки в виде фольг или порошков металлов, обеспечивающие снижение температуры сварки. Closest to the proposed method is diffusion welding (Kazakov N.F. Diffusion welding of materials. M .: Mashinostroenie, 1976, p. 162-220), in accordance with which to reduce the loss of elastic and other initial properties of materials in diffusion welding, intermediate gaskets in the form of foils or metal powders, providing a reduction in the temperature of welding.

Недостатком данного способа является то, что и в этом случае необходима дополнительная термическая обработка сварного соединения для придания упругому материалу необходимых упругих свойств. The disadvantage of this method is that in this case, additional heat treatment of the welded joint is necessary to give the elastic material the necessary elastic properties.

Техническим результатом изобретения является одновременное обеспечение качества сварного соединения и придание необходимых упругих свойств материалам, обладающим упругими свойствами. The technical result of the invention is the simultaneous ensuring the quality of the welded joint and imparting the necessary elastic properties to materials having elastic properties.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в предлагаемом способе диффузионной сварки, при котором производят нагрев деталей до температуры сварки и их сдавливание, изотермическую выдержку и охлаждение, сварку производят при температуре, соответствующей температуре процесса закалки упругого материала, причем скорость охлаждения при сварке соответствует скорости охлаждения при закалке, а при охлаждении до температуры 250-300^oС производят дополнительную изотермическую выдержку в течение 3-2 часов.The stated technical problem is solved due to the fact that in the proposed method of diffusion welding, in which the parts are heated to the welding temperature and squeezed, isothermal holding and cooling are performed, welding is performed at a temperature corresponding to the temperature of the quenching process of the elastic material, and the cooling rate during welding corresponds to cooling rate during hardening, and when cooling to a temperature of 250-300 ^o With produce additional isothermal exposure for 3-2 hours.

При температуре диффузионной сварки, которая соответствует температуре закалки упругого материала на упругие свойства, одновременно происходит два процесса: образование сварного соединения и термическая обработка упругого материала на придание ему необходимых упругих свойств. После изотермической выдержки при температуре сварки (термообработки) охлаждение ведут с контролируемой скоростью, которая соответствует скорости охлаждения при термообработке упругого материала на упругие свойства. При этом в сварном шве возникают остаточные напряжения, которые могут снизить прочностные свойства соединения. Для стабилизации прочностных свойств соединения и упругих свойств материала в процессе охлаждения при достижении 250-300^oС производят дополнительную изотермическую выдержку в течение 3-2 часов. Далее охлаждение ведут произвольно.At the temperature of diffusion welding, which corresponds to the temperature of quenching of the elastic material for elastic properties, two processes occur simultaneously: the formation of a welded joint and heat treatment of the elastic material to give it the necessary elastic properties. After isothermal exposure at the temperature of welding (heat treatment), cooling is carried out at a controlled speed, which corresponds to the cooling rate during heat treatment of an elastic material for elastic properties. In this case, residual stresses occur in the weld, which can reduce the strength properties of the joint. To stabilize the strength properties of the compound and the elastic properties of the material during cooling, when reaching 250-300 ^o With produce additional isothermal exposure for 3-2 hours. Further cooling is carried out arbitrarily.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Детали из обычного материала и материала, обладающего упругими свойствами, обезжиривают, собирают в приспособление и помещают в вакуумную камеру сварочной установки. В камере создают вакуум не хуже 1,33•10^-3 мм рт. ст., детали нагревают до температуры сварки, которая соответствует температуре закалки упругого материала на упругие свойства, выдерживают в течение 20-30 мин для образования сварного соединения и начала термообработки, затем охлаждают со скоростью, равной скорости охлаждения упругого материала при закалке на упругие свойства. При достижении 250-300^oС производят дополнительную изотермическую выдержку в течение 3-2 часов для стабилизации прочностных свойств соединения, упругих свойств материала и снятия остаточных напряжений.Parts of ordinary material and material with elastic properties are degreased, assembled into a fixture and placed in a vacuum chamber of the welding unit. A vacuum is created in the chamber no worse than 1.33 • 10 ^-3 mm Hg. Art., the details are heated to a welding temperature that corresponds to the temperature of quenching of the elastic material for elastic properties, held for 20-30 minutes to form a welded joint and start heat treatment, then cooled at a rate equal to the cooling rate of the elastic material during quenching for elastic properties. Upon reaching 250-300 ^o With produce additional isothermal exposure for 3-2 hours to stabilize the strength properties of the compound, the elastic properties of the material and relieve residual stresses.

Пример конкретного выполнения способа. An example of a specific implementation of the method.

Производили диффузионную сварку деталей из серого чугуна СЧ 15-32 со сталью 40Х13, обладающей упругими свойствами в исходном состоянии. Основным параметром, характеризующим упругие свойства, будем считать твердость HV. В исходном состоянии у стали 40Х13 твердость равна 580-610 HV. Diffusion welding of parts from gray cast iron SCh 15-32 with steel 40X13, which had elastic properties in the initial state, was carried out. The main parameter characterizing the elastic properties, we will consider the hardness HV. In the initial state, 40X13 steel has a hardness of 580-610 HV.

Техническая задача: получить сварное соединение указанных материалов, при этом прочность σ_в не должна быть менее 200 МПа, а твердость после сварки должна быть равна твердости в исходном состоянии. При значении HV, меньшем исходному, соединение не работоспособно в виду низких (недостаточных) упругих свойств упругого материала; превышение этого значения свидетельствует о хрупкости и, следовательно, низкой прочности соединения.Technical task: to obtain a welded joint of these materials, while the strength σ _in should not be less than 200 MPa, and the hardness after welding should be equal to the hardness in the initial state. If the HV value is lower than the initial one, the connection is not functional due to the low (insufficient) elastic properties of the elastic material; exceeding this value indicates fragility and, therefore, low strength of the connection.

Одним из промышленных режимов термообработки стали 40Х13 на упругие свойства является: температура Т= 1000^oС, скорость охлаждения - не менее 100^oС/мин.One of the industrial modes of heat treatment of 40X13 steel for elastic properties is: temperature Т = 1000 ^o С, cooling rate - not less than 100 ^o С / min.

Параметры режима диффузионной сварки выбраны следующие: Т_св=1000^oС, время выдержки t= 30 мин, сварочное давление Р=10 МПа, скорость нагрева не контролируемая, скорость охлаждения 100^oС/мин; при охлаждении до температуры 250-300^oС производили выдержку в течение 3-2 часов, далее охлаждение произвольное.The parameters of the diffusion welding mode were selected as follows: T _cv = 1000 ^° C, holding time t = 30 min, welding pressure P = 10 MPa, the heating rate was not controlled, the cooling rate was 100 ^° C / min; when cooled to a temperature of 250-300 ^o With produced exposure for 3-2 hours, then arbitrary cooling.

В ходе исследований производилась сварка образцов и при температурах ниже и выше принятой, при различных скоростях охлаждения и без дополнительной изотермической выдержки при 250-300^oС.In the course of the research, samples were welded at temperatures lower and higher than accepted, at various cooling rates and without additional isothermal exposure at 250-300 ^o С.

Все полученные данные сведены в таблицу. All data obtained are summarized in a table.

Кроме того, производили сварку стали 40Х13 с нержавеющей сталью 12Х18Н10Т, со сплавом 49К2Ф, керамикой ВК-94 и др. по вышеприведенному режиму. Выбранные параметры режима дали положительные результаты. In addition, 40Kh13 steel was welded with 12Kh18N10T stainless steel, with 49K2F alloy, VK-94 ceramics and others according to the above mode. The selected mode parameters yielded positive results.

Таким образом, вышеприведенные результаты исследований показывают, что заложенный принцип выбора параметров режимов диффузионной сварки металлов и неметаллов с материалами, обладающими упругими свойствами, позволяет получать качественные сварные соединения с требуемыми упругими свойствами. Thus, the above research results show that the underlying principle of choosing the parameters of diffusion welding of metals and nonmetals with materials with elastic properties allows to obtain high-quality welded joints with the required elastic properties.

Claims

The method of diffusion welding of metals and non-metals with elastic metal materials, in which the parts are heated to a welding temperature and squeezed, isothermal holding and cooling, characterized in that the welding is carried out at a temperature corresponding to the quenching temperature of the elastic material, the cooling is carried out at a speed corresponding to the speed cooling when quenching the elastic material, and when the temperature reaches 250-300 ^o With spend additional isothermal exposure for 2-3 hours