RU2555735C1 - Способ диффузионной сварки ситалла с металлами - Google Patents
Способ диффузионной сварки ситалла с металлами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555735C1 RU2555735C1 RU2014113597/02A RU2014113597A RU2555735C1 RU 2555735 C1 RU2555735 C1 RU 2555735C1 RU 2014113597/02 A RU2014113597/02 A RU 2014113597/02A RU 2014113597 A RU2014113597 A RU 2014113597A RU 2555735 C1 RU2555735 C1 RU 2555735C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- temperature
- welding
- melt
- glass
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения неразъемного сварного соединения из ситалла с металлами методом диффузионной сварки. Способ включает сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия. Перед сборкой на металлический элемент наносят гальваническое покрытие из никеля, меди, серебра, золота или сплавов на их основе толщиной 3-9 мкм. Сборку элементов осуществляют при размещении между гальваническим покрытием и элементом из ситалла промежуточной прокладки толщиной 0,1-2 мм из алюминия или меди. Сварку полученной сборки осуществляют в четыре этапа при удельном давлении сжатия 1-2,5 кг/мм2, времени выдержки на каждом этапе 30-120 мин и скоростью нагрева, не превышающей 50°C/мин. На первом этапе сварку проводят при температуре 0,4-0,5Тпл, где Тпл - температура плавления металла, на втором этапе - при 0,6-0,68Тпл, на третьем - при температуре 0,68-0,76 Тпл, а на четвертом - при температуре 0,78-0,83Тпл. После сварки снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин. Техническим результатом изобретения является сохранение физико-механических свойства свариваемых материалов, получение сварного соединения высокого качества с требуемыми прочностными характеристиками. 5 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к сварке, а именно к способам соединения деталей из ситалла с металлами методом диффузионной сварки и может быть использовано для сварки, деталей, работающих в условиях эксплуатации с высокими требованиями к качеству сварных соединений.
Известен способ диффузионной сварки (авт. свидетельство №1449289, МПК B23K 20/16, публ. 01.07.89) стекла и ситалла через промежуточную прокладку из чистых металлов. Предварительно на свариваемые поверхности деталей любым известным способом наносят демпфирующий подслой, содержащий металл промежуточной прокладки. Затем размещают прокладку. Детали нагревают до эквикогезивной температуры подслоя и сжимают до образования в подслое вакансионной пористости, равной 15-35%. Затем давление снимают, детали охлаждают.
Недостатками этого способа являются:
- резкий перепад температуры при нагреве и охлаждении который в совокупности с давлением негативно влияет на деталь из ситалла и сварное соединение, низкая прочность сварного соединения, образование внутренних пор и пустот при этом методе сварки;
- низкая производительность процесса и высокая трудоемкость изготовления.
Прототипом данного изобретения является способ диффузионной сварки керамики из нитрида кремния со сталью (авт.свидетельство №1606483, МПК С03С 27/02, публ. 15.11.90), согласно которому диффузионную сварку стекла с металлом ведут путем сдавливания свариваемых материалов, нагревания их и приложения напряжения. После снятия токового напряжения металлический элемент нагревают до температуры, равной 0,8-0,9 температуры плавления. Охлаждают стеклянный элемент со скоростью, опережающей скорость охлаждения металлического элемента.
Недостатком этого способа является низкая производительность процесса и высокая трудоемкость изготовления. В процессе сварки возникает скопление значительных остаточных напряжений, вследствие чего происходит разрушение стекла, пластическая деформация сваренных элементов превышает 5%, высокая скорость охлаждения металлического элемента изменяет физико-механические свойства свариваемых изделий, т.е. прочностные характеристики сварного соединения не обладают достаточным уровнем.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа диффузионной сварки ситаллов с металлами, в устранении указанных выше недостатков, расширении технических возможностей за счет поэтапного проведения сварки и использования промежуточного переходного слоя, который образует прочное и качественное сварное соединение при оптимальном подборе режима сварки.
Это позволяет:
- исключить дефекты в сварном соединении;
- исключить значительные изменения в структуре металлического материала;
- обеспечить необходимую прочность соединения;
- минимизировать пластическую деформацию металлической детали и исключить ее в ситалле.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе диффузионной сварки ситалла с металлами, включающем сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия, перед сборкой на металлический элемент наносят гальваническое покрытие из никеля, меди, серебра, золота или сплавы на их основе толщиной 3-9 мкм, сборку элементов осуществляют при размещении между гальваническим покрытием и элементом из ситалла промежуточной прокладки толщиной 0,1-2 мм из алюминия или меди, а сварку полученной сборки осуществляют в четыре этапа при удельном давлении сжатия 1-2,5 кг/мм, времени выдержки на каждом этапе 30-120 мин и скоростью нагрева, не превышающей 50°c/мин, при этом на первом этапе сварку проводят при температуре 0,4-0,5Тпл, где Тпл - температура плавления металла, на втором этапе - при температуре 0,6-0,68Тпл, на третьем этапе - при температуре 0,68-0,76 Тпл и на четвертом этапе - при температуре 0,78-0,83Тпл, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°c/мин.
Гальваническое покрытие с промежуточным слоем образует твердый раствор, что обеспечивает плавное, непрерывное изменение состава и свойств в зоне сварки, а также диффузионную подвижность элементов, способствуя образованию прочного соединения. Указанный промежуточный слой обладает достаточной механической прочностью, а также способствует прочному присоединению его к ситаллу за счет того, что во время воздействия давлением происходит взаимодействие нанодисперсных оксидов алюминия или меди с ситаллом.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выбранные сварочные режимы и промежуточный слой позволяют активировать диффузионную подвижность атомов материалов и тем самым обеспечить высокие механические свойства сварочного шва. Прикладываемое давление должно быть ниже предела текучести свариваемого металлического материала для того, чтобы оно не вызывало его пластическую деформацию, следовательно не изменило бы исходную микроструктуру, а также исключило необходимость трудоемкой механической обработки. Выбор температуры обусловлен тем, что при нагревании ниже чем на третьем этапе предлагаемого изобретения не достигается диффузионная подвижность атомов и не обеспечивается высокая прочность сварного шва, а при нагревании выше 650°c образуется пластическая деформация металлической детали более 5%, наблюдается резкий рост зерна металла и трещинообразование на ситалле. Выдержка 30 мин и более обеспечивает полное прохождение процесса диффузионного обмена между ситаллом, гальваническим слоем, алюминиевой или медной прокладкой и металлом. При выдержке менее 30 мин диффузионные процессы не успевают обеспечить прочное соединение ситалл + металл.
Предлагаемый способ диффузионной сварки реализуется следующим образом.
Пример 1. Сваривалась деталь из ситалла с деталью из нержавеющей стали. Ситалл представляет собой пластину марки СО115 с размерами 50×50×2 мм. Деталь из нержавеющей стали марки 12X18H10T, с диаметром 20 мм, высотой 7 мм. На металлический элемент наносят гальваническое покрытие из никеля толщиной 6 мкм. Между элементом из металла с гальваническим покрытием и элементом из ситалла помещается промежуточная прокладка диаметром 20 мм и толщиной 0,1 мм из меди марки M1. Далее деталь из нержавеющей стали присоединяется своей торцовой поверхностью по центру детали из ситалла.
Соединяемые элементы помещались в диффузионную установку с приложением удельного давлении сжатия 2 кг/мм2. Время выдержки на каждом этапе 60 мин и скорость нагрева не превышает 50°С/мин. На первом этапе сварку проводят при температуре T=487°C, на втором этапе при температуре T=703°C, на третьем при температуре T=758°C, а на четвертом при температуре T=1020°C, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Пример 2. Сваривалась деталь из ситалла с деталью из нержавеющей стали. Ситалл представляет собой пластину марки СО115 с размерами 50×50×2 мм. Деталь из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, с диаметром 20 мм, высотой 7 мм. На металлический элемент наносят гальваническое покрытие из серебра толщиной 9 мкм. Между элементом из металла с гальваническим покрытием и элементом из ситалла помещается промежуточная прокладка диаметром 20 мм и толщиной 1,5 мм из меди марки M1. Далее деталь из нержавеющей стали присоединяется своей торцовой поверхностью по центру детали из ситалла.
Соединяемые элементы помещаются в диффузионную установку с приложением удельного давлении сжатия 2,5 кг/мм2. Время выдержки на каждом этапе 120 мин, и скорость нагрева не превышает 50°C/мин. На первом этапе сварку проводят при температуре T=433°C, на втором этапе при температуре T=736°C, на третьем при температуре T=650°C, на четвертом при температуре T=845°C, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Пример 3. Сваривалась деталь из ситалла с деталью из меди. Ситалл представляет собой пластину марки CO115 с размерами 50×50×2 мм. Деталь из меди марки M1, с диаметром 20 мм, высотой 7 мм. На металлический элемент наносят гальваническое покрытие из никеля толщиной 6 мкм. Между элементом из металла с гальваническим покрытием и элементом из ситалла помещается промежуточная прокладка диаметром 20 мм и толщиной 0,1 мм из алюминия марки АЛ00. Далее деталь из меди присоединяется своей торцовой поверхностью по центру детали из ситалла.
Соединяемые элементы помещались в диффузионную установку с приложением удельного давлении сжатия 1 кг/мм2. Время выдержки на каждом этапе 30 мин, и скорость нагрева не превышает 50°C/мин. На первом этапе сварку проводят при температуре T=270°C, на втором этапе при температуре T=400°C, на третьем при температуре T=450°C, на четвертом при температуре T=520°C, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Пример 4. Сваривалась деталь из ситалла с деталью из меди. Ситалл представляет собой пластину марки СО115 с размерами 50×50×2 мм. Деталь из меди марки M1, с диаметром 20 мм, высотой 7 мм. На металлический элемент наносят гальваническое покрытие из серебра толщиной 9 мкм. Между элементом из металла с гальваническим покрытием и элементом из ситалла помещается промежуточная прокладка диаметром 20 мм и толщиной 2 мм из алюминия марки АЛ00. Далее деталь из меди присоединяется своей торцовой поверхностью по центру детали из ситалла.
Соединяемые элементы помещались в диффузионную установку с приложением удельного давлении сжатия 2 кг/мм2. Время выдержки на каждом этапе 60 мин, и скорость нагрева не превышает 50°C/мин. На первом этапе сварку проводят при температуре T=330°C, на втором этапе при температуре T=448°C, на третьем при температуре T=500°C, на четвертом при температуре T=548°C, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Пример 5. Сваривалась деталь из ситалла с деталью из меди. Ситалл представляет собой пластину марки CO115 с размерами 50×50×2 мм. Деталь из меди марки M1, с диаметром 20 мм, высотой 7 мм. На металлический элемент наносят гальваническое покрытие из золота толщиной 3 мкм. Между элементом из металла с гальваническим покрытием и элементом из ситалла помещается промежуточная прокладка диаметром 20 мм и толщиной 1,5 мм из алюминия марки АЛ00. Далее деталь из меди присоединяется своей торцовой поверхностью по центру детали из ситалла.
Соединяемые элементы помещались в диффузионную установку с приложением удельного давлении сжатия 1,5 кг/мм2. Время выдержки на каждом этапе 100 мин, и скорость нагрева не превышает 50°C/мин, на первом этапе сварку проводят при температуре T=290°C, на втором этапе при температуре T=430°C, на третьем при температуре T=470°C, а на четвертом при температуре T=530°C, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Результаты испытаний механических свойств деталей, при температуре 20°C, по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.
Таким образом, предлагаемый способ диффузионной сварки ситалла с металлами обеспечивает прочное соединение, не менее 90% от предела прочности при изгибе основного материала (предел прочности ситалла 7-350 МПа).
В результате использования предлагаемого способа расширяется диапазон применения сварных соединений из ситалла и повышается их ресурс.
Claims (1)
- Способ диффузионной сварки ситалла с металлами, включающий сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия, отличающийся тем, что перед сборкой на металлический элемент наносят гальваническое покрытие из никеля, меди, серебра, золота или сплавов на их основе толщиной 3-9 мкм, сборку элементов осуществляют при размещении между гальваническим покрытием и элементом из ситалла промежуточной прокладки толщиной 0,1-2 мм из алюминия или меди, а сварку полученной сборки осуществляют в четыре этапа при удельном давлении сжатия 1-2,5 кг/мм2, времени выдержки на каждом этапе 30-120 мин и скоростью нагрева, не превышающей 50°C/мин, при этом на первом этапе сварку проводят при температуре 0,4-0,5Тпл, где Тпл - температура плавления металла, на втором этапе - при температуре 0,6-0,68Тпл, на третьем этапе - при температуре 0,68-0,76 Тпл, и на четвертом этапе - при температуре 0,78-0,83Тпл, после чего снимают давление сжатия и проводят охлаждение до комнатной температуры со скоростью, не превышающей 50°C/мин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113597/02A RU2555735C1 (ru) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014113597/02A RU2555735C1 (ru) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2555735C1 true RU2555735C1 (ru) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014113597/02A RU2555735C1 (ru) | 2014-04-08 | 2014-04-08 | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2555735C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112620913A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种表面活化铝合金电流辅助非真空扩散焊接方法 |
| RU2754134C1 (ru) * | 2020-11-10 | 2021-08-27 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" | Способ диффузионной сварки изделий из стали и алюминия |
| RU2795078C1 (ru) * | 2022-08-04 | 2023-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Авиационно-космические технологии" | Способ соединения стекла с молибденовым сплавом |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1449289A1 (ru) * | 1987-06-08 | 1989-01-07 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ диффузионной сварки |
| SU1524978A1 (ru) * | 1988-01-04 | 1989-11-30 | Черниговский филиал Киевского политехнического института им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Средство сварки диэлектриков с алюминием |
| US7732033B2 (en) * | 2005-08-26 | 2010-06-08 | The Curators Of The University Of Missouri | Sealants for structural member joints and methods of using same |
| WO2011101616A1 (en) * | 2010-02-16 | 2011-08-25 | Ball Burnishing Machine Tools Ltd | Method of forming a coupling |
-
2014
- 2014-04-08 RU RU2014113597/02A patent/RU2555735C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1449289A1 (ru) * | 1987-06-08 | 1989-01-07 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Способ диффузионной сварки |
| SU1524978A1 (ru) * | 1988-01-04 | 1989-11-30 | Черниговский филиал Киевского политехнического института им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции | Средство сварки диэлектриков с алюминием |
| US7732033B2 (en) * | 2005-08-26 | 2010-06-08 | The Curators Of The University Of Missouri | Sealants for structural member joints and methods of using same |
| WO2011101616A1 (en) * | 2010-02-16 | 2011-08-25 | Ball Burnishing Machine Tools Ltd | Method of forming a coupling |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754134C1 (ru) * | 2020-11-10 | 2021-08-27 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" | Способ диффузионной сварки изделий из стали и алюминия |
| CN112620913A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种表面活化铝合金电流辅助非真空扩散焊接方法 |
| CN112620913B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-08-30 | 哈尔滨工业大学 | 一种表面活化铝合金电流辅助非真空扩散焊接方法 |
| RU2795078C1 (ru) * | 2022-08-04 | 2023-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Авиационно-космические технологии" | Способ соединения стекла с молибденовым сплавом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106041284B (zh) | 电阻焊接电极和利用其点焊钢和铝合金工件的方法 | |
| KR101979558B1 (ko) | 저항 스폿 용접 방법 | |
| US20170314109A1 (en) | Additively manufactured high-strength aluminum via powder bed laser processes | |
| JP2009061500A (ja) | 異種金属接合部材及び異種金属接合方法 | |
| CN103894719A (zh) | 一种连接高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料与钛合金的方法 | |
| RU2555735C1 (ru) | Способ диффузионной сварки ситалла с металлами | |
| Zoeram et al. | Microstructure and properties analysis of laser-welded Ni–Ti and 316l sheets using copper interlayer | |
| CN112296616B (zh) | 用于制造板式热交换器的方法以及板式热交换器 | |
| Samavatian et al. | Effect of bonding pressure on microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V diffusion-bonded joint | |
| JP2015101756A (ja) | アルミニウム合金材の製造方法 | |
| CN114054775A (zh) | 时效强化型镍基高温合金3d打印工艺及制得的3d打印件 | |
| Sevvel et al. | Improving the mechanical properties of friction stir welded AZ31B magnesium alloy flat plates through axial force investigation | |
| RU2593066C1 (ru) | Способ диффузионной сварки керамоматричного композита с металлами | |
| JP2007002281A (ja) | セルフピアスリベット接合用アルミニウム合金鋳物及びその製造方法 | |
| JP5553250B2 (ja) | 異種金属接合方法 | |
| KR101039361B1 (ko) | 저온 조건하에서 모재의 강도를 초과하는 티타늄 또는 티타늄계 합금 간 접합부의 제조방법 | |
| RU2617807C1 (ru) | Способ диффузионной сварки трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь | |
| RU2666818C1 (ru) | Способ изготовления диффузионной сваркой трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь | |
| JPWO2020138468A1 (ja) | 鋼部材の製造方法 | |
| RU2628232C2 (ru) | Способ изготовления биметаллической проволоки из разнородных металлов холодным волочением | |
| RU2511722C1 (ru) | Способ пайки изделий из стали, меди и медных сплавов серебросодержащими припоями | |
| RU2795078C1 (ru) | Способ соединения стекла с молибденовым сплавом | |
| CN110883502A (zh) | 钛合金管材及其制备方法 | |
| LIU et al. | Effect of post-weld heat treatment on microstructure and mechanical properties of welded joint of 7075 aluminum alloy by double-pulsed metal inert-gas welding process | |
| Wang et al. | Fatigue behavior of friction spot stir welding with no-keyhole of aluminum alloy |