RU2313430C1 - Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов - Google Patents
Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313430C1 RU2313430C1 RU2006120318/02A RU2006120318A RU2313430C1 RU 2313430 C1 RU2313430 C1 RU 2313430C1 RU 2006120318/02 A RU2006120318/02 A RU 2006120318/02A RU 2006120318 A RU2006120318 A RU 2006120318A RU 2313430 C1 RU2313430 C1 RU 2313430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- jet
- plasma
- metals
- welded
- cumulative
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сварке, в частности к способу сварки не растворяющихся друг в друге металлов, и может найти использование в радиоэлектронной, аэрокосмической, ядерной и других отраслях промышленности. На место контакта свариваемых металлов воздействуют высокотемпературной плазмой. Кумулятивную плазменную струю формируют сфокусированной магнитным полем до апертуры 3-5 мм в импульсном режиме со скоростью истечения струи (4-10)•105 м/сек с обеспечением в импульсе давления струи на свариваемые материалы 105-106 атмосфер, температурой более 106°С и плотностью потока энергии в плазменной струе 108-1011 Вт/см2. Плазменную струю формируют в газовой среде, а именно в среде неона, или аргона, или водорода, или азота, или их смеси. Длительность импульсного воздействия кумулятивной струи на место контакта свариваемых металлов составляет (5-10)•10-8 сек. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания псевдотвердых растворов металлов, не растворяющихся в друг друге, например, таких как вольфрам и медь. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к способам сварки металлов концентрированным потоком энергии с использованием плазмы для создания локальных сплавов металлов, не растворяющихся друг в друге, как, например, вольфрам и медь, и может быть использовано в радиоэлектронной, аэрокосмической, ядерной и других отраслях промышленности при создании изделий с поверхностями, обладающими высокой тепло- и электропроводностью.
В промышленности существует потребность соединения разнородных материалов, в частности, при изготовлении термопар, предназначенных для работы вплоть до 2500°С, в электровакуумных приборах, для изготовления нагревателей, экранов, в качестве электроконтактов и т.д.
Известен способ получения псевдотвердых растворов не растворимых друг в друге металлов [1], основанный на так называемой имплантации отдачи и заключающийся в нанесении на поверхность материала слоя имплантированного элемента с последующим или одновременным "вбиванием" атомов этого элемента высокоскоростными ионами химически нейтральных газов (гелий, аргон). Такой способ используют в электронной промышленности.
Так, например, в известном способе получения псевдотвердого раствора меди в вольфраме [2] осуществляют "вбивание" атомов меди, нанесенных на поверхность другого металла, ионами аргона.
Основным недостатком этого метода является длительность процесса достижения необходимой концентрации внедряемого элемента в поверхностный слой тугоплавкого материала.
Из технических решений наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ электродуговой плазменной сварки металлов [3], включающий поджигание дежурной электрической дуги между электродом и соплом-анодом плазменной горелки, подвод к зоне горения указанной дежурной дуги плазмообразующей среды, обжатие дежурной дуги указанной плазмообразующей средой в сопле-аноде горелки и получение при этом плазменной струи, создание основной электрической дуги между электродом плазменной горелки и свариваемым металлом, стабилизацию основной электрической дуги указанной плазменной струей, плавление металла указанной стабилизированной основной электрической дугой, при этом в качестве плазмообразующей среды используют водяной пар, а сварку металлов ведут на прямой полярности основной электрической дуги.
Недостатком известного технического решения является ограниченная область применения, поскольку такой способ не обеспечивает возможности сварки не растворяющихся друг в друге металлов.
Задачей данного изобретения является обеспечение возможности создания псевдотвердых растворов металлов, не растворяющихся друг в друге, как, например, вольфрам и медь, путем использования импульсных концентрированных потоков энергии.
Технический результат, заключающийся в устранении указанного недостатка прототипа, достигается в предлагаемом способе сварки не растворяющихся друг в друге металлов, основанном на воздействии высокотемпературной плазмой на место контакта свариваемых металлов, тем, что формируют сфокусированную магнитным полем до апертуры 3-5 мм кумулятивную плазменную струю в импульсном режиме со скоростью истечения струи (4-10)·105 м/сек с обеспечением в импульсе давления струи на свариваемые материалы 105-106 атмосфер, температурой более 106°С и плотностью потока энергии в плазменной струе 108-1011 Вт/см2.
При этом плазменную струю формируют в газовой среде, а именно в среде неона, или аргона, или водорода, или азота, или их смеси.
Указанная цель достигается также тем, что длительность импульсного воздействия кумулятивной струи на место контакта свариваемых металлов составляет (5-10)·10-8 сек.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображена установка для осуществления сварки и создания локальных сплавов не растворяющихся друг в друге металлов;
- фиг.2 иллюстрирует процесс воздействия кумулятивной плазменной струи на свариваемые металлы;
- на фиг.3 изображен вольфрамовый образец, к которому посредством предлагаемого способа приварена медная пластина;
- на фиг.4 показаны образцы после сварки различных не растворимых друг в друге металлов.
Установка для осуществления способа (фиг.1) выполнена в виде закрытой камеры 1, заполненной газовой средой, и содержит заземленный катод 2, медный анод 3 со вставкой 4 из тугоплавкого металла (вольфрама), фарфоровый изолятор 5, а также конденсаторную батарею 6 и разрядник 7. На поверхности катода располагаются свариваемые образцы 8 и 9, в данном случае - из меди (Cu) и из вольфрама (W).
Катод 2 и анод 3 образуют коаксиальное устройство.
Разрядный импульс подается на вход 10. Образующаяся кумулятивная струя обозначена стрелкой 11.
Фиг.2 иллюстрирует процесс возникновения плазменной струи 11. Утолщенными стрелками показано направление движения плазменной струи и ионизированной газовой среды.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
При воздействии на свариваемые металлы формируют сфокусированную магнитным полем до апертуры 3-5 мм кумулятивную плазменную струю в импульсном режиме со скоростью истечения струи (4-10)·105 м/сек с обеспечением в импульсе давления струи на свариваемые материалы 105-106 атмосфер, температурой более 106°С и плотностью потока энергии в плазменной струе 108-1011 Вт/см2.
Кумулятивную плазменную струю формируют в газовой среде с длительностью импульсного воздействия на место контакта свариваемых металлов (5-10)·10-8 сек для обеспечения высоких энергетических характеристик плазменной струи в коротком интервале времени.
Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, работает следующим образом.
Свариваемые образцы 8 и 9 из не растворяющихся друг в друге металлов помещаются в камеру 1 и закрепляются на поверхности катода 2. Камера 1 заполняется газовой средой (из неона, или аргона, или водорода, или азота, или их смеси).
После подачи пускового импульса на разрядник 7 замыкается цепь заряженной батареи 6 конденсаторов и коаксиального устройства, предназначенного для образования так называемого "плазменного фокуса мейзеровского типа". Начинается колебательный процесс разряда емкостной батареи 6. После подачи высокого напряжения на анод 3 электрическое поле, следовательно, и ток распределены по всему его объему. С ростом тока увеличивается проводимость плазмы и ток концентрируется в скин-слое вблизи изолятора 5. Одновременно с формированием скин-слоя токовая оболочка под действием электродинамической силы начинает двигаться от изолятора вверх, "сгребая" перед собой плазму. На вершине центрального электрода 3 токовая оболочка имеет вид воронки, которая "схлопывается" и выбрасывает кумулятивную струю 11 плазмы. Плазма, воздействуя на мишень (образцы), имеет температуру более миллиона градусов Цельсия.
Кумулятивная плазменная струя формируется в газовой среде на вершине центрального электрода (анода 3) и движется по оси вверх со скоростью 4·(105-106) м/c.
Для сравнения: в кумулятивном боеприпасе струя в твердом теле имеет скорость около 5·103 м/с.
Проникновение меди в вольфрам с образованием псевдосплава обеспечивается оплавлением меди под воздействием сверхвысокого давления, а также увеличением на несколько порядков диффузии меди в вольфрам. Проникновению меди способствовало также образование дополнительных вакансий, возникающих под воздействием высокой температуры и сверхвысокого давления. В образующемся на поверхности вольфрама слое содержится около 12 ат.% меди. Содержание меди можно довести и до 100 ат.%, увеличив число воздействующих плазменных импульсов. С удалением от поверхности раздела вольфрам-медь ее содержание понижается до ~2 ат.% на глубине до 20 мкм. На образовавшийся на поверхности вольфрама слой меди можно осуществлять пайку подводящих электродов.
Плотное и надежное соединение вольфрам-медь, а также вольфрама с другими металлами (железом, алюминием, латунью) происходит и при соединении листового вольфрама с сетками из этих металлов (Фиг.4а, в).
В предлагаемом способе использование различных рабочих газов - азота, водорода, ксенона, аргона и др., заполняющих камеру, дает возможность легировать соединения с приданием ему новых свойств.
Сочетание высокого давления и градиента температуры (с коротким временем воздействия плазменного потока на образец - не более 50 нс) вызывает абляцию меди или других металлов и захват их кумулятивной струей плазмы. Плазменный поток, насыщенный металлом, с большой скоростью воздействует на вольфрам и происходит внедрение меди в вольфрам. При воздействии концентрированных импульсных потоков энергии на материал возникают нелинейные ударные волны, скорость распространения которых в материале превышает скорость звука, а их диссипация на элементах кристаллической структуры порождает межузловые атомы и вакансии, которые влияют на глубину проникновения внедренных атомов и их коагуляцию. Кроме того, сама ударная волна может способствовать внедрению имплантированных атомов на большие расстояния от поверхности.
Предлагаемый способ был опробован на описанной выше установке для различных не растворяющихся друг в друге металлов в испытательной лаборатории Физического института им. П.Н.Лебедева РАН, показал стабильность и воспроизводимость результатов и рекомендуется к внедрению в различных отраслях промышленности.
Источники информации
1. Carter G., Grant W. Ion implantation of semiconductors. Edwar Arnold. 1976. UK.
2. Бабаев В.П., Вальднер В.О., Заболотный В.Т., Мельников В.Н. Ионное перемешивание вольфрама и меди. Физика и химия обработки материалов. №3. 1989. С.5-7.
3. Патент РФ №2103129, М. кл. В23К 10/02, опублик. 1998 г.
Claims (4)
1. Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов, основанный на воздействии высокотемпературной плазмой на место контакта свариваемых металлов, отличающийся тем, что формируют сфокусированную магнитным полем до апертуры 3-5 мм кумулятивную плазменную струю в импульсном режиме со скоростью истечения струи (4-10)·105 м/с, с обеспечением в импульсе давления струи на свариваемые материалы 105-106 атмосфер, температурой более 106°С и плотностью потока энергии в плазменной струе 108-1011 Вт/см2.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плазменную струю формируют в газовой среде.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что плазменную струю формируют в среде неона, или аргона, или водорода, или азота, или их смеси.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульсного воздействия кумулятивной струи на место контакта свариваемых металлов составляет (5-10)·10-8 с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120318/02A RU2313430C1 (ru) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006120318/02A RU2313430C1 (ru) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2313430C1 true RU2313430C1 (ru) | 2007-12-27 |
Family
ID=39018852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006120318/02A RU2313430C1 (ru) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2313430C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625145C1 (ru) * | 2016-03-30 | 2017-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия и его сплава |
RU173070U1 (ru) * | 2016-02-20 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, (ФИАН) | Приспособление для получения соединений нерастворимых друг в друге металлов |
-
2006
- 2006-06-13 RU RU2006120318/02A patent/RU2313430C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CN 1554509 A (GUO YONLI ANG), 15.12.2004. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173070U1 (ru) * | 2016-02-20 | 2017-08-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, (ФИАН) | Приспособление для получения соединений нерастворимых друг в друге металлов |
RU2625145C1 (ru) * | 2016-03-30 | 2017-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия и его сплава |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mesyats | Ecton or electron avalanche from metal | |
Mesyats | Ectons and their role in plasma processes | |
Kajita et al. | Prompt ignition of a unipolar arc on helium irradiated tungsten | |
Mao et al. | Research on the interaction of primary plasma and main electrode for laser triggered vacuum switch | |
Kajita et al. | Motion of unipolar arc spots ignited on a nanostructured tungsten surface | |
RU2313430C1 (ru) | Способ сварки не растворяющихся друг в друге металлов | |
Mesyats et al. | Critical point parameters and cathode spot cells in vacuum arcs | |
Mao et al. | Research on the time-delay characteristics of the laser-triggered vacuum switch | |
Song et al. | A compact and repetitively triggered, field-distortion low-jitter spark-gap switch | |
Hwangbo et al. | Ignition and sustainment of arcing on nanostructured tungsten under plasma exposure | |
Siemroth et al. | The method of laser-sustained arc ignition | |
Dugdale | The application of the glow discharge to material processing | |
Nemchinsky et al. | Heat transfer in plasma arc cutting | |
Rieder et al. | Short arc modes determining both contact welding and material transfer | |
RU2486281C1 (ru) | Способ поверхностной модификации конструкционных материалов и изделий | |
Liu et al. | Comparison and evaluation of electrode erosion under high-pulsed current discharges in air and water mediums | |
Rutberg et al. | Investigation of anode and cathode jets influence on electric arc properties with current up to 500 kA | |
RU2620262C2 (ru) | Способ формирования тепловой кумулятивной струи и образованного ей канала заданной формы на металлической поверхности катода | |
Beilis et al. | Cathode spot jets. Velocity and ion current | |
Rousskikh et al. | Effect of electrode polarity on wire explosion in vacuum | |
Logatchev et al. | The behavior of vacuum arc discharges on hydrogen impregnated electrodes | |
Mesyats et al. | The sequence of processes in the ecton cycle of a vacuum arc | |
RU2607398C2 (ru) | Способ нанесения покрытий путем плазменного напыления и устройство для его осуществления | |
Sung et al. | Spatio-temporal distributions of copper vapor particles in a vacuum arc discharge plasma | |
Irfan et al. | Evaluation of electron temperature and electron density of laser-ablated Zr plasma by Langmuir probe characterization and its correlation with surface modifications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100614 |