RU2215629C2 - Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials - Google Patents

Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2215629C2
RU2215629C2 RU2001114099/02A RU2001114099A RU2215629C2 RU 2215629 C2 RU2215629 C2 RU 2215629C2 RU 2001114099/02 A RU2001114099/02 A RU 2001114099/02A RU 2001114099 A RU2001114099 A RU 2001114099A RU 2215629 C2 RU2215629 C2 RU 2215629C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porous
heating
parts
insert
diameter
Prior art date
Application number
RU2001114099/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001114099A (en
Inventor
В.В. Овчинников
А.А. Антонов
М.А. Гуреева
Original Assignee
Овчинников Виктор Васильевич
Антонов Алексей Алексеевич
Гуреева Марина Алексеевна
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Овчинников Виктор Васильевич, Антонов Алексей Алексеевич, Гуреева Марина Алексеевна filed Critical Овчинников Виктор Васильевич
Priority to RU2001114099/02A priority Critical patent/RU2215629C2/en
Publication of RU2001114099A publication Critical patent/RU2001114099A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2215629C2 publication Critical patent/RU2215629C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: welding metals and alloys, for example making cartridge type filtering members, other branches of technology needed non-detachable joints of porous metallic and metal-ceramic materials. SUBSTANCE: method comprises steps of preliminarily focusing beam to spot with diameter consisting (0.2 - 0.4)δ on surface of joined parts; opening joined edges of parts by value exceeding by 10 - 15 % diameter of heating spot; placing in root portion of joint insert made of compact metallic material and having height equal to (1.5 -2.0)δ and width equal to (1.2 -1.6)δ and embedded into porous material of part by depth (0.15 -0.35)δ, where δ - thickness of porous material; then heating butt by means of beam with energy per length unit providing fusion of insert material by value consisting 0.7 -0.8 of its height. Method provides lowered quantity from 30% to 4 % of rejected joints due to prevention of non-sealed places in welding zone. EFFECT: enhanced quality of welded joints. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сварки металлов и сплавов и может быть использовано, например, при изготовлении фильтрующих элементов патронного типа, а также в других областях техники, где возникает необходимость в получении неразъемного герметичного соединения из пористого металлического или металлокерамического материалов. The invention relates to the field of welding of metals and alloys and can be used, for example, in the manufacture of filter elements of cartridge type, as well as in other areas of technology, where it becomes necessary to obtain a permanent tight connection from porous metallic or cermet materials.

Наиболее распространенным методом соединения деталей из пористых металлических материалов является нагрев в вакууме с применением электронного луча (см. Лисовский А. Ф. , Сирота К.И. Исследование процесса соединения спеченных сплавов системы карбид вольфрама - никель. // Сварочное производство - 1980. - 2. С. 11-12). При нагреве в вакууме зазор заполняется эвтектическим расплавом и при остывании формируется однородная структура металла в зоне соединения. Однако при использовании данного метода для соединения деталей фильтрующих элементов не обеспечивается равномерного проникновения материала в каналы пористого материала, что влечет за собой нестабильное качество соединений. The most common method for joining parts of porous metal materials is vacuum heating using an electron beam (see Lisovsky A.F., Sirota K.I. Investigation of the process of joining sintered alloys of the tungsten carbide-nickel system. // Welding Production - 1980. - 2, p. 11-12). When heated in a vacuum, the gap is filled with a eutectic melt and, when cooled, a uniform metal structure is formed in the joint zone. However, when using this method for connecting parts of filter elements, uniform penetration of the material into the channels of the porous material is not ensured, which entails an unstable quality of the compounds.

Наиболее близким к заявляемому является способ соединения компактного металлического и пористого металлического или металлокерамического материалов путем нагрева электронным лучом, заключающийся в сборке соединения указанных материалов, наведении электронного луча определенной мощности на стык материалов и последующем их нагреве при вращении деталей со скоростью 25-30 м/ч (см. Афонин М.М., Овчинников В.В., Магнитов B.C. Электронно-лучевая сварка фильтрующих элементов патронного типа. // В сб. Прогрессивные процессы сварки и пайки в машиностроении. - М.: Всероссийский Дом Знаний. - 1997. С. 67-69). Closest to the claimed is a method of connecting a compact metallic and porous metallic or cermet materials by heating with an electron beam, which consists in assembling the connection of these materials, inducing an electron beam of a certain power on the joint of materials and their subsequent heating when the parts rotate at a speed of 25-30 m / h (see Afonin M.M., Ovchinnikov V.V., Magnitov BC Electron beam welding of cartridge-type filter elements. // In Sat. Progressive welding and soldering processes in a machine swarming -. M .: Russian House of Knowledge -. 1997, pp 67-69).

Недостатком известного способа является низкое качество соединения деталей из пористых металлических материалов из-за изменения плотности материала при нагреве и расплавлении (образуется занижение шва), а также нерегламентируемое проникновение расплава в капиллярные каналы пористого материала. Из-за указанных причин соединение часто оказывается негерметичным, что недопустимо, например, при изготовлении фильтрующих элементов патронного типа. The disadvantage of this method is the low quality of the connection of parts made of porous metal materials due to changes in the density of the material during heating and melting (an underestimation of the seam is formed), as well as unregulated penetration of the melt into the capillary channels of the porous material. Due to these reasons, the connection is often leaky, which is unacceptable, for example, in the manufacture of cartridge filter elements.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества и герметичности соединений в деталях из пористых металлических материалов. The technical result of the invention is to improve the quality and tightness of the joints in parts of porous metal materials.

Результат достигается тем, что в способе соединения пористого металлического или металлокерамических материалов путем нагрева электронным лучом луч предварительно фокусируют в пятно диаметром (0,2-0,4)δ на поверхности соединяемых деталей, стыкуемые кромки деталей раздвигают на величину на 10-15% больше диаметра пятна нагрева, в корневой части соединения размещают вставку из компактного металлического материала высотой (1,5-2,0)δ и шириной (1,2-1,6)δ с углублением в пористый материал детали на (0,15-0,35)δ, где δ - толщина пористого материала, после чего осуществляют нагрев стыка лучом с погонной энергией, обеспечивающей проплавление материала вставки на 0,7-0,8 ее высоты. The result is achieved in that in the method of joining porous metallic or cermet materials by heating with an electron beam, the beam is pre-focused into a spot with a diameter of (0.2-0.4) δ on the surface of the parts to be joined, the joined edges of the parts are moved apart by 10-15% more the diameter of the heating spot, in the root part of the joint an insert is made of compact metal material with a height of (1.5-2.0) δ and a width of (1.2-1.6) δ with a recess in the porous material of the part at (0.15-0 , 35) δ, where δ is the thickness of the porous material, after which the joint is heated by a beam with linear energy, providing the penetration of the insert material at 0.7-0.8 of its height.

На фиг. 1 представлена схема сборки соединения под сварку; на фиг.2 представлена схема наведения и фокусировки электронного луча при сварке стыкового соединения пористых металлических материалов; на фиг. 3 представлено формирование соединения при сварке заготовок из пористых металлических материалов. In FIG. 1 is a diagram of an assembly of a weld joint; figure 2 presents a diagram of the guidance and focusing of the electron beam when welding the butt joint of porous metal materials; in FIG. 3 shows the formation of the joint when welding workpieces of porous metal materials.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Соединение детали из пористого металлического материала собирают встык. Электронный луч наводят на стык соединяемых деталей и фокусируют его в пятно диаметром (0,2-0,4)δ, где δ - толщина пористого материала. При фокусировании луча в пятно диаметром менее 0,2δ происходит интенсивное испарение пористого материала с оседанием его паров на поверхности детали, приводящее к потере его фильтрующих свойств (пропускной способности) из-за закупоривания капиллярных каналов. При фокусировании луча в пятно диаметром более 0,4δ снижается проплавляющая способность луча, что вызывает расширение шва и повышение энергии луча, необходимой для проплавления вставки на заданную глубину. The joint of a porous metal material is assembled end-to-end. The electron beam is directed to the joint of the parts to be joined and focused into a spot with a diameter of (0.2-0.4) δ, where δ is the thickness of the porous material. When a beam is focused into a spot with a diameter of less than 0.2δ, intense evaporation of the porous material occurs with its vapor settling on the surface of the part, resulting in a loss of its filtering properties (bandwidth) due to clogging of the capillary channels. When focusing the beam into a spot with a diameter of more than 0.4δ, the penetrating ability of the beam is reduced, which causes the expansion of the seam and an increase in the beam energy needed to melt the insert to a predetermined depth.

После фокусирования луча до сварки кромки деталей 1 и 2 из пористого металлического материала раздвигают на ширину, превышающую на 10-15% диаметр пятна нагрева. В случае раздвижки кромок деталей на величину, менее чем на 10% превышающую диаметр пятна нагрева, происходит интенсивное оплавление кромок деталей, приводящее к образованию занижения шва с лицевой стороны соединения и возникновению микротрещин по границе литой зоны и пористого металлического материала. При раздвижке кромок деталей на величину, более чем на 15% превышающую диаметр пятна нагрева, затрудняется проникновение расплава в каналы пористого материала в верхней части сварного соединения из-за недостаточного нагрева материала в данной зоне. After focusing the beam before welding, the edges of parts 1 and 2 of a porous metal material are moved apart by a width exceeding the diameter of the heating spot by 10-15%. If the edges of the parts are extended by less than 10% the diameter of the heating spot, intense melting of the edges of the parts occurs, leading to the formation of an underestimation of the seam on the front side of the joint and the occurrence of microcracks along the boundary of the cast zone and the porous metal material. When the edges of the parts are extended by more than 15% more than the diameter of the heating spot, the melt penetrates into the channels of the porous material in the upper part of the welded joint due to insufficient heating of the material in this zone.

В корневой части соединения устанавливают вставку 3 из компактного металлического материала высотой (1,5-2,0)δ и шириной (1,2-1,6)δ с углублением в пористый материал на (0,15-0,35)δ. При высоте вставки менее 1,5δ при сварке наблюдается нехватка расплава для заполнения капиллярных каналов в пористом материале. В этом случае образуется занижение шва и снижается прочность сварного соединения. При использовании вставки высотой более 2,0δ снижается проходное сечение фильтрующего элемента патронного типа и повышается расход компактного металлического материала. An insert 3 of compact metal material with a height of (1.5-2.0) δ and a width of (1.2-1.6) δ with a recess in the porous material by (0.15-0.35) δ is installed in the root part of the compound . When the insertion height is less than 1.5δ during welding, there is a lack of melt to fill the capillary channels in the porous material. In this case, an underestimation of the seam is formed and the strength of the welded joint decreases. When using an insert with a height of more than 2.0δ, the flow area of the cartridge-type filter element is reduced and the consumption of compact metal material is increased.

В случае применения вставки шириной менее 1,2δ при колебаниях режима нагрева и положения луча относительно оси стыка наблюдается смещение зоны расплавления материала на одну из кромок. Это приводит к нарушению формирования соединения и потере герметичности фильтрующего элемента. При ширине вставки более 1,6δ, с одной стороны, увеличивается расход компактного материала, а с другой стороны, снижается площадь фильтрующей поверхности. In the case of using an insert with a width of less than 1.2δ with fluctuations in the heating mode and the position of the beam relative to the axis of the joint, a shift in the zone of melting of the material to one of the edges is observed. This leads to a violation of the formation of the connection and loss of tightness of the filter element. When the insert width is more than 1.6δ, on the one hand, the consumption of compact material increases, and on the other hand, the filter surface area decreases.

На процесс формирования соединения большое влияние оказывает глубина проплавления вставки в деталях из пористого металлического материала. При углублении вставки в пористый материал менее чем на 0,20δ для обеспечения подъема расплава на всю толщину свариваемого пористого металлического материала и его равномерного проникновения в капилляры требуется увеличивать погонную энергию электронного луча. Это вызывает интенсификацию испарения материала вставки с последующим осаждением паров на поверхности деталей из пористого металлического материала. Осаждение паров приводит к перекрытию капиллярных каналов, через которые проводится фильтрация жидкости или газа и, следовательно, пропускная способность фильтра будет снижаться. The depth of penetration of the insert in parts of a porous metal material is greatly influenced by the formation of the compound. When the insert is deepened into the porous material by less than 0.20δ, the melt energy of the electron beam must be increased to ensure the melt rises to the entire thickness of the porous metal material being welded and penetrates uniformly into the capillaries. This causes an intensification of the evaporation of the insert material, followed by vapor deposition on the surface of the parts of the porous metal material. Vapor deposition leads to the closure of the capillary channels through which the liquid or gas is filtered and, therefore, the filter capacity will be reduced.

При углублении вставки в пористый материал более чем на 0,50δ снижается площадь рабочего сечения шва на фильтрующем элементе. Это приводит к снижению нагрузки, которую может выдержать фильтр, т.е. снижается величина внутреннего рабочего давления, при котором может эксплуатироваться фильтр. When the insert is deepened into the porous material by more than 0.50δ, the working cross-sectional area of the seam on the filter element decreases. This reduces the load that the filter can withstand, i.e. the value of the internal working pressure at which the filter can be operated is reduced.

Сварку осуществляют при погонной энергии луча, обеспечивающей проплавление компактного металлического материала вставки на 0,7-0,8 ее высоты. При проплавлении вставки на глубину менее 0,7 ее высоты снижается объем жидкого металла, проникающего в капиллярные каналы пористого материала. Это влечет за собой неравномерное заполнение капиллярных каналов в зоне соединения и снижение его прочности. При проплавлении вставки на глубину более 0,8 ее высоты наблюдается периодическое вскрытие парогазового канала с корневой стороны соединения. Это явление вызывает провисание шва в зоне соединения, нарушение заполнения жидким металлом капиллярных каналов пористого материала и напыление компактного материала на внутреннюю поверхность заготовок фильтрующего элемента из пористого материала. Welding is carried out with the linear energy of the beam, providing the penetration of the compact metal material of the insert at 0.7-0.8 of its height. When the insert is fused to a depth of less than 0.7 of its height, the volume of liquid metal penetrating into the capillary channels of the porous material decreases. This entails uneven filling of the capillary channels in the joint zone and a decrease in its strength. When the insert is penetrated to a depth of more than 0.8 of its height, a periodic opening of the vapor-gas channel from the root side of the joint is observed. This phenomenon causes the weld to sag in the joint zone, violate the filling of the capillary channels of the porous material with liquid metal and deposit compact material on the inner surface of the blanks of the filter element from the porous material.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

Осуществляли соединение двух стаканов из прессованного спеченного порошка стали марки ПХ18Н15 диаметром 52 мм. Толщина стенки стакана составляла 3 мм. Соединение - стыковое. Сварку выполняли на установке ЭЛУ-20МК, оснащенной многопозиционным манипулятором и энергетическим блоком ЭЛА-60/60. В корневой части соединения размещали вставку из компактного металлического материала марки 12Х18Н10Т. Параметры вставки, режим нагрева и их влияние на качество соединения приведены в таблице. Two glasses were made of pressed sintered powder of steel grade ПХ18Н15 with a diameter of 52 mm. The wall thickness of the glass was 3 mm. Connection - butt. Welding was performed on an ELU-20MK installation equipped with a multi-position manipulator and an ELA-60/60 power unit. An insert made of a compact metal material of grade 12X18H10T was placed in the root part of the compound. Insert parameters, heating mode and their influence on the quality of the connection are shown in the table.

По сравнению с известным заявляемый способ обеспечивает высокое качество соединения заготовок из пористого металлического материала при изготовлении фильтрующих элементов патронного типа и снижение процента бракованных изделий с 30 до 4% за счет предотвращения образования негерметичностей по зоне сплавления на пористом материале. Кроме того, заявляемый способ предоставляет возможность для изготовления фильтрующих элементов патронного типа повышенной пропускной способности без изготовления новой оснастки для прессования и спекания порошка. Compared with the known, the inventive method provides a high quality connection of blanks from a porous metal material in the manufacture of cartridge filter elements and a reduction in the percentage of defective products from 30 to 4% by preventing the formation of leaks in the fusion zone on the porous material. In addition, the inventive method provides an opportunity for the manufacture of filter elements of cartridge type increased throughput without the manufacture of new equipment for pressing and sintering powder.

Claims (1)

Способ соединения пористого металлического или металлокерамического материалов путем нагрева электронным лучом, при котором между свариваемыми поверхностями соединяемых деталей устанавливают расплавляемую вставку, отличающийся тем, что луч предварительно фокусируют в пятно диаметром (0,2-0,4)δ на поверхности соединяемых деталей, стыкуемые кромки деталей раздвигают на величину на 10-15% больше диаметра пятна нагрева, в корневой части соединения размещают вставку из компактного металлического материала высотой (1,5-2,0)δ и шириной (1,2-1,6)δ с углублением в пористый материал детали на (0,15-0,35)δ, где δ - толщина пористого материала, после чего осуществляют нагрев стыка лучом с погонной энергией, обеспечивающей проплавление материала вставки на 0,7-0,8 ее высоты. A method of joining porous metallic or cermet materials by heating with an electron beam, in which a melt insert is installed between the surfaces to be welded to be joined, characterized in that the beam is pre-focused into a spot with a diameter of (0.2-0.4) δ on the surface of the parts to be joined, abutting edges parts are pushed apart by 10-15% more than the diameter of the heating spot, an insert of compact metal material with a height of (1.5-2.0) δ and a width of (1.2-1.6) δ with angle ubleniem in detail on a porous material (0,15-0,35) δ, where δ - thickness of the porous material, after which the heating is carried out with a joint heat input beam providing material penetration insertion 0.7-0.8 of its height.
RU2001114099/02A 2001-05-22 2001-05-22 Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials RU2215629C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001114099/02A RU2215629C2 (en) 2001-05-22 2001-05-22 Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001114099/02A RU2215629C2 (en) 2001-05-22 2001-05-22 Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001114099A RU2001114099A (en) 2003-04-10
RU2215629C2 true RU2215629C2 (en) 2003-11-10

Family

ID=32026611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001114099/02A RU2215629C2 (en) 2001-05-22 2001-05-22 Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2215629C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558026C1 (en) * 2014-03-03 2015-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Soldering of porous material with substrate
RU2789971C2 (en) * 2021-05-07 2023-02-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for welding homogenous porous materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АФОНИН М.М. и др. Электронно-лучевая сварка фильтрующих элементов патронного типа // В сб. "Прогрессивные процессы сварки и пайки в машиностроении". - М.: Всероссийский дом Знаний, 1997, с.67-69. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558026C1 (en) * 2014-03-03 2015-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Soldering of porous material with substrate
RU2789971C2 (en) * 2021-05-07 2023-02-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for welding homogenous porous materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100250396B1 (en) Method of construction of evacuated glazing
KR101554800B1 (en) Method of manufacturing laser welded steel pipe
CN105414733B (en) The method of electron beam welding xenogenesis system aluminium alloy
EP2381234B1 (en) Functional component such as a pressure transmitter with a metal film composed of a special material, method for welding a metal film composed of a special material and laser beam welding device for same
CN109693030B (en) Heat exchanger element and method for producing a heat exchanger element
RU2215629C2 (en) Method for joining porous metallic or metal-ceramic materials
DE102010006300A1 (en) Process for the cohesive connection of a component made of titanium aluminide with a component of a foreign metal and cohesive connection
US7423232B2 (en) Method for resistance welding/brazing a tube to a member
CN105127577B (en) Welding method for austenitic stainless steel pipe and niobium pipe
CN110977077A (en) Heat exchanger stainless steel vacuum casting brazing filler metal welding layer interface and processing welding method
US5155326A (en) Porous materials brazing
WO1996022854A1 (en) Energy beam joining process producing a dual weld/braze joint
Pecas et al. Laser welding of low-thickness zinc-coated and uncoated carbon steel sheets
RU2438842C1 (en) Method of producing bimetal tube
RU2642218C1 (en) Method of laser welding of longitudinal pipe seam (versions)
JP3309309B2 (en) Brazing electrode parts and brazing electrodes for discharge lamps
CN1805675A (en) Air-tight cavity heat radiation structure
DE102012219347B4 (en) METHOD FOR GAS SEALING CLOSING CONTAINERS
CN210254642U (en) Welding structure
RU2109606C1 (en) Method of making soldered telescopic structures
CN218583493U (en) Upper cover assembly of liquid accumulator and compressor using same
CA1197711A (en) Preparation of pipe ends for solid phase welding
JPH06331090A (en) Sealing method of inside of vessel from peripheral environment
Forrest et al. Advanced dual beam laser welding of zinc-coated steel sheets in lap joint configuration with zero gap at the interface
RU2375160C2 (en) Method for capillary soldering of parts made of stainless steel in form of nozzle and cylindrical bush

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040523