RU2754134C1 - Method for diffusion welding of steel and aluminum products - Google Patents

Method for diffusion welding of steel and aluminum products Download PDF

Info

Publication number
RU2754134C1
RU2754134C1 RU2020136787A RU2020136787A RU2754134C1 RU 2754134 C1 RU2754134 C1 RU 2754134C1 RU 2020136787 A RU2020136787 A RU 2020136787A RU 2020136787 A RU2020136787 A RU 2020136787A RU 2754134 C1 RU2754134 C1 RU 2754134C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
aluminum
nickel
welded
temperature
Prior art date
Application number
RU2020136787A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Кошлаков
Ражудин Насрединович Ризаханов
Виктор Никонорович Семенов
Владимир Николаевич Гореликов
Сергей Константинович Сигалаев
Николай Николаевич Ситников
Игорь Борисович Капралов
Андрей Владимирович Иванов
Жанна Александровна Карпова
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша"
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 Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша" filed Critical Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации "Исследовательский центр имени М.В. Келдыша"
Priority to RU2020136787A priority Critical patent/RU2754134C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2754134C1 publication Critical patent/RU2754134C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/16Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: metal materials production.
SUBSTANCE: invention relates to methods for producing permanent welded joints of products from dissimilar metal materials, in particular to a method of diffusion welding of products from steel and aluminum. A galvanic nickel coating is applied to the surface of the steel part cleaned from oxides, after which the steel part is heat treated at a temperature of 700-710°C and the subsequent polishing of the nickel surface. The time to reach the specified temperature of heat treatment is 25-30 minutes, further exposure of the part is carried out for 40-45 minutes. Surface preparation of the aluminum part is carried out. The surfaces to be welded are heated, squeezed with a given force and held in this state until mutual diffusion between the metals to be welded is formed.
EFFECT: high strength of welded joints production.
4 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к способам получения неразъемных сварных соединений изделий из разнородных металлических материалов, в частности, к способу диффузионной сварки изделий из стали и алюминия.The invention relates to methods for producing permanent welded joints of products from dissimilar metal materials, in particular, to a method of diffusion welding of products from steel and aluminum.

Диффузионная сварка материалов в твердом состоянии - это способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомарном уровне, появившихся в результате сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов. Обычно данный вид сварки проводят в вакууме или бескислородной среде, в результате которого образуется монолитное соединение.Diffusion welding of materials in the solid state is a method of obtaining a monolithic joint formed as a result of the appearance of bonds at the atomic level, which appeared as a result of the convergence of contact surfaces due to local plastic deformation at an elevated temperature, which ensures mutual diffusion in the surface layers of the materials to be joined. Usually, this type of welding is carried out in a vacuum or an oxygen-free environment, as a result of which a monolithic joint is formed.

При диффузионной сварке сварное соединение образуется в результате совместного воздействия давления и нагрева. Отличительной особенностью диффузионной сварки является применение относительно низких температур нагрева и низких удельных давлений, обычно не превышающих предела текучести свариваемых материалов при температуре сварки. При диффузионной сварке выделяют две основные стадии образования качественного сварного соединения: создание физического контакта, при котором все точки соединяемых материалов находятся друг от друга на расстоянии межатомного взаимодействия, и формирование структуры сварного соединения под влиянием процессов релаксации.In diffusion welding, a welded joint is formed as a result of the combined effect of pressure and heat. A distinctive feature of diffusion welding is the use of relatively low heating temperatures and low specific pressures, usually not exceeding the yield strength of the materials being welded at the welding temperature. In diffusion welding, there are two main stages in the formation of a high-quality welded joint: the creation of physical contact, in which all points of the materials to be joined are at a distance of interatomic interaction from each other, and the formation of the structure of the welded joint under the influence of relaxation processes.

Известен способ диффузионной сварки изделий из разнородных металлов, включающий подготовку поверхности стальной детали, нанесение на очищенную поверхность стальной детали гальванического никелевого покрытия, подготовку поверхности алюминиевой детали, нагрев свариваемых поверхностей, их сдавливание с заданным усилием при температуре 0,5÷0,7 от температуры плавления алюминия и выдержку в этом состоянии до образования взаимной диффузии между свариваемыми металлами. (Диффузионная сварка материалов: Справочник / Под ред. Н.Ф. Казакова. - М.: Машиностроение, 1981. - 271 с.) Известно, что при взаимодействии алюминия с железом образуется ряд интерметаллидов: FeAl3, Fe2Al2, Fe2Al5, FeAl2 и др., которые обуславливают хрупкость соединения. Поэтому диффузионной сваркой нельзя получить достаточно прочное соединение алюминия и его сплавов непосредственно со сталью. Прочное соединение алюминия и его сплавов со сталями достигается применением промежуточных прослоек, которые можно наносить на стальные детали гальваническим или химическим способом, напылением в вакууме и др. Минимальную ширину слоя интерметаллидов получают в случае применения прослоек из никеля, меди, серебра, цинка, предотвращающих или замедляющих образование хрупких интреметаллидов. Перед диффузионной сваркой всегда осуществляют подготовку поверхностей деталей из стали и алюминия.There is a method of diffusion welding of products made of dissimilar metals, including preparation of the surface of a steel part, applying a galvanic nickel coating to the cleaned surface of a steel part, preparing the surface of an aluminum part, heating the surfaces to be welded, pressing them with a given force at a temperature of 0.5 ÷ 0.7 of temperature melting aluminum and holding in this state until the formation of mutual diffusion between the metals being welded. (Diffusion welding of materials: Handbook / Edited by N.F. Kazakov. - M .: Mashinostroenie, 1981. - 271 p.) It is known that the interaction of aluminum with iron forms a number of intermetallic compounds: FeAl 3 , Fe 2 Al 2 , Fe 2 Al 5 , FeAl 2 , etc., which cause the fragility of the joint. Therefore, it is impossible to obtain a sufficiently strong connection of aluminum and its alloys directly with steel by diffusion welding. A strong connection of aluminum and its alloys with steels is achieved by using intermediate layers that can be applied to steel parts by electroplating or chemical methods, vacuum spraying, etc. slowing down the formation of brittle intermetallic compounds. Before diffusion welding, always prepare the surfaces of steel and aluminum parts.

Задачей предлагаемого технического решения является создание усовершенствованного способа диффузионной сварки, а также расширение арсенала способов диффузионной сварки.The task of the proposed technical solution is to create an improved method of diffusion welding, as well as to expand the arsenal of methods for diffusion welding.

Технический результат заключается в обеспечении прочности сварных соединений, полученных предлагаемым способом.The technical result consists in ensuring the strength of the welded joints obtained by the proposed method.

Для решения задачи и обеспечения технического результата предложен способ диффузионной сварки изделий из стали и алюминия, включающий подготовку поверхности стальной детали, нанесение на очищенную поверхность стальной детали гальванического никелевого покрытия, подготовку поверхности алюминиевой детали, нагрев свариваемых поверхностей, их сдавливание с заданным усилием и выдержку в этом состоянии до образования взаимной диффузии между свариваемыми металлами. Причем после нанесения на очищенную поверхность стальной детали гальванического никелевого покрытия осуществляют ее термообработку при температуре 700-710°С с последующей полировкой никелевой поверхности. Время достижения заданной температуры составляет 25-30 минут, дальнейшая выдержка ее осуществляется в течение 40-45 минут.To solve the problem and ensure the technical result, a method is proposed for diffusion welding of steel and aluminum products, including preparation of the surface of a steel part, applying a galvanic nickel coating to the cleaned surface of a steel part, preparing the surface of an aluminum part, heating the surfaces to be welded, squeezing them with a given force and holding for this state until the formation of mutual diffusion between the metals being welded. Moreover, after applying a galvanic nickel coating to the cleaned surface of the steel part, it is heat treated at a temperature of 700-710 ° C, followed by polishing the nickel surface. The time to reach the set temperature is 25-30 minutes, its further exposure is carried out for 40-45 minutes.

Подготовка поверхности стальной детали может включать травление в кислотах.Surface preparation of the steel part may include acid pickling.

После термообработки и полировки никелевая поверхность может быть обезжирена.After heat treatment and polishing, the nickel surface can be degreased.

Подготовка поверхности алюминиевой детали может включать обезжиривание, травление в растворе щелочи, промывку горячей и холодной водой, продувку воздухом.Surface preparation of an aluminum part can include degreasing, etching in alkali solution, rinsing with hot and cold water, and blowing with air.

Сдавливание с заданным усилием при осуществлении сварки осуществляют при температуре 0,5 0,7 от температуры плавления алюминия.Compression with a given force during welding is carried out at a temperature of 0.5 to 0.7 of the melting point of aluminum.

На фиг. 1 приведена схема соединения разнородных металлов на первоначальном этапе (слева алюминиевая деталь, справа - стальная).FIG. 1 shows a diagram of the connection of dissimilar metals at the initial stage (on the left is an aluminum part, on the right is a steel part).

На фиг. 2 показана схема соединения металлов на конечном этапе.FIG. 2 shows a diagram of the connection of metals at the final stage.

Подготовка поверхности стальной детали включает травление в кислотах для снятия окисной пленки. Затем на очищенную поверхность гальванически наносят никелевое покрытие 2 толщиной 3-5 мкм (фиг. 1). Осуществляемая затем термообработка в вакууме при температуре 700-710°С позволяет достичь диффузионного сращивания никеля со стальной подложкой и уплотнить никель благодаря процессу самодиффузии.Surface preparation of the steel part includes acid etching to remove the oxide film. Then a nickel coating 2 with a thickness of 3-5 microns is galvanically applied to the cleaned surface (Fig. 1). The heat treatment carried out then in vacuum at a temperature of 700-710 ° C makes it possible to achieve diffusion bonding of nickel with a steel substrate and to compact the nickel due to the self-diffusion process.

После термооработки проводят полирование по поверхности никеля, с помощью паст, например «ГОИ», обезжиривают и помещают деталь в закрытое помещение. Тщательная очистка и полировка поверхности перед сваркой способствует плотному контакту поверхностей сталь - алюминий при их сварке.After heat treatment, polishing is carried out on the nickel surface, using pastes, for example, "GOI", degreased and the part is placed in a closed room. Thorough cleaning and polishing of the surface before welding promotes intimate contact between the steel-aluminum surfaces during welding.

Алюминиевую деталь обезжиривают и травят в растворе щелочи, затем промывают водой горячей и холодной и проводят продувку воздухом высокого давления. Не более, чем через три часа, детали собирают и отправляют на сварку.The aluminum part is degreased and etched in an alkali solution, then washed with hot and cold water and blown with high pressure air. In no more than three hours, the parts are assembled and sent for welding.

Процесс сварки включает:The welding process includes:

- сближение деталей (среда вакуум);- convergence of parts (vacuum environment);

- нагрев деталей и выдержка;- parts heating and holding;

- создание плотного контакта и давления между контактируемыми деталями, температура 0,5-0,7 от температуры плавления алюминия, выдержка;- creation of tight contact and pressure between the parts to be contacted, temperature 0.5-0.7 from the melting point of aluminum, holding;

- охлаждение под давлением.- cooling under pressure.

Известно, что свободные электроны 1 легко перемещаются внутри металла и не могут покинуть его поверхность в связи с существующим барьером. Таким барьером, удерживающим электроны вблизи поверхности металла, является электрическое поле. Считается, что в поверхностном слое металла электроны находятся в потенциальной яме и ее преодоление возможно только при достаточной энергии, воздействующей на них, или при сближении контактируемых поверхностей на расстояние не менее 4-х атомных. Из-за невозможности выхода наружу с поверхности металла, они образуют у нее электронное облако, которое с одной стороны оттесняет электроны вглубь металла, а с другой стороны создает условия для образования приповерхностного ионного слоя с избыточным положительным зарядом. Поэтому вблизи поверхности металла образуется двойной электрический слой из ионов и электронного облака.It is known that free electrons 1 easily move inside the metal and cannot leave its surface due to the existing barrier. An electric field is such a barrier that keeps electrons near the metal surface. It is believed that in the surface layer of the metal, electrons are in a potential well and its overcoming is possible only with sufficient energy acting on them, or when the contacting surfaces come closer to a distance of at least 4 atomic ones. Due to the impossibility of going out from the metal surface, they form an electron cloud in it, which, on the one hand, pushes the electrons deep into the metal, and on the other hand, creates conditions for the formation of a near-surface ionic layer with an excess positive charge. Therefore, a double electric layer of ions and an electron cloud is formed near the metal surface.

Обеспечивают сближение соединяемых металлов при сварке до их контакта (на уровень менее 4-х атомных расстояний, фиг. 1), а затем осуществляют нагрев их, обеспечив взаимное перемещение электронов между металлами и приповерхностных ионов никеля с алюминием. Соединение поверхностей приводит к образованию общей структуры между металлами (фиг. 2).Ensure the convergence of the metals to be joined during welding until their contact (to a level of less than 4 atomic distances, Fig. 1), and then they are heated, ensuring the mutual movement of electrons between the metals and near-surface ions of nickel with aluminum. The joining of the surfaces leads to the formation of a common structure between the metals (Fig. 2).

Сращивание никеля со сталью, помимо молекулярного при нанесении никелевого покрытия, осуществляется благодаря объемной диффузии химических элементов стали в покрытие. Такими элементами являются хром и железо. Наряду с ними, в никелевом покрытии отмечаются следы марганца и кремния. Проникновение указанных элементов в покрытие вызвано, как известно, небольшим их сродством с никелем, Кроме того, их диффузии в никель способствуют:The splicing of nickel with steel, in addition to the molecular splicing during the deposition of a nickel coating, is carried out due to the volumetric diffusion of chemical elements of steel into the coating. Chromium and iron are such elements. Along with them, traces of manganese and silicon are noted in the nickel coating. The penetration of these elements into the coating is caused, as is known, by their low affinity for nickel.In addition, their diffusion into nickel is facilitated by:

- температура термообработки (700-710°С) и длительная выдержка при ней 40- 45 минут;- temperature of heat treatment (700-710 ° С) and long exposure at it for 40-45 minutes;

-молекулярная связь никеля со сталью, достигнутая при нанесении покрытия; -molecular bond of nickel with steel, achieved during coating;

- определенная пористость покрытия;- a certain porosity of the coating;

Известно, что в структуре металлов всегда есть пустоты. Их объем в структуре объемно-гранецентрированный (ОЦК) и гранецентрированный (ГЦК) стали составляет 32 и 26% соответственно. В нержавеющей стали, как известно, структура ее в основном ГЦК вперемежку с ОЦК - остаточной, составляющей после закалки стали, не более 5-7%. В основе образования пустот являются преимущественно октаэдрические и тетраэдрические поры в структуре. А поры, как известно, вследствие поверхностного натяжения втягивают отмеченные выше элементы, способствуя совместно с их диффузией образованию сложного химического состава в покрытии.It is known that there are always voids in the structure of metals. Their volume in the structure of body-face-centered (BCC) and face-centered (FCC) steel is 32 and 26%, respectively. In stainless steel, as you know, its structure is mainly fcc interspersed with bcc - residual, which after hardening of steel, no more than 5-7%. The formation of voids is mainly based on octahedral and tetrahedral pores in the structure. And the pores, as you know, due to surface tension draw in the above-mentioned elements, contributing, together with their diffusion, to the formation of a complex chemical composition in the coating.

Примеры осуществления способа.Examples of implementation of the method.

Пример 1.Example 1.

Прутки диаметром 20 мм из стали 12Х18Н10Т после токарного точения покрывали никелем гальваническим путем без снятия окисной пленки с поверхности стали. Затем покрывали никелем гальваническим путем. Толщина никеля составляла 4 мкм. Затем осуществляли термообработку прутка с никелем при температуре 700°С. Время нагрева составляло 30 минут. Время выдержки прутка при этой температуре 45 минут. Нагрев и охлаждение прутка осуществляли в вакууме 5,0×10-4 мм. рт.ст. Осветление никеля осуществляли зачисткой мягким кругом ХБ с использованием абразивной пасты. После этого протирали поверхность никелевого покрытия растворителем - спрей 3М. Дальнейшая обдувка прутка сжатым воздухом обеспечивала требуемую чистоту никелевого покрытия.After turning, rods with a diameter of 20 mm made of 12Kh18N10T steel were electroplated with nickel without removing the oxide film from the steel surface. Then they were electroplated with nickel. The nickel thickness was 4 µm. Then, the bar with nickel was heat treated at a temperature of 700 ° C. The heating time was 30 minutes. The holding time of the bar at this temperature is 45 minutes. Heating and cooling of the rod was carried out in a vacuum of 5.0 × 10 -4 mm. Hg Nickel was clarified by cleaning with a soft CB wheel using an abrasive paste. After that, the surface of the nickel coating was wiped with a solvent - spray 3M. Further blowing of the bar with compressed air provided the required purity of the nickel coating.

Подготовку алюминиевого прутка АД1 диметром 20 мм осуществляли следующим образом. На первом этапе снимали с образца окисную пленку, используя флюс АФ-4А, содержащий 28% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. Затем осуществляли сборку прутков сталь + АД1 и размещали их в установке для диффузионной сварки. Нагрев свариваемых образцов осуществляли с помощью установки ТВЧ TESLINE 40Т-9Е2 в вакууме. Температура сварки составляла 490°С. Замер температуры проводили потенциометром, используя хромель- алюмелевую термопару, поставленную вблизи места сварки. Осевое давление на образцы составляло 0,9 от предела текучести сплава АД1. Время нагрева образцов до температуры сварки составляло 20 минут, а при достижении температуры 490°С осуществляли выдержку 2 минуты при осевом давлении 0,9 от предела текучести сплава АД1. Охлаждали сваренный образец в объеме установки.Preparation of an aluminum rod AD1 with a diameter of 20 mm was carried out as follows. At the first stage, the oxide film was removed from the sample using AF-4A flux containing 28% sodium chloride, 50% potassium chloride, 14% lithium chloride and 8% sodium fluoride. Then, the steel + AD1 rods were assembled and placed in a diffusion welding installation. The samples to be welded were heated using a TESLINE 40T-9E2 high-frequency frequency converter in a vacuum. The welding temperature was 490 ° C. The temperature was measured with a potentiometer using a chromel-alumel thermocouple placed near the welding site. The axial pressure on the samples was 0.9 of the yield point of the AD1 alloy. The heating time of the samples to the welding temperature was 20 minutes, and when the temperature reached 490 ° C, holding was carried out for 2 minutes at an axial pressure of 0.9 from the yield point of the AD1 alloy. The welded sample was cooled in the volume of the installation.

Пример 2Example 2

Прутки диаметром 20 мм из стали 12Х18Н10Т после токарного точения подвергались удалению окисной пленки химическим травлением в водном растворе 4%-ной азотной кислоты (плотность 1,35), 36%-ной соляной кислоты (плотность 1,19). Температура раствора 40°С, продолжительность травления 4 мин. Затем покрывали никелем гальваническим путем. Толщина никеля составляла 4 мкм. Затем осуществляли термообработку прутка с никелем при температуре 700°С. Время нагрева составило 30 минут. Время выдержки прутка при Т=700°С составило 45 минут. Нагрев и охлаждение прутка осуществляли в вакууме 5,0×10-4 мм. рт.ст. Осветление никеля осуществляли зачисткой мягким кругом ХБ с использованием абразивной пасты. После этого протирали поверхность никелевого покрытия растворителем - спрей 3М. Дальнейшая обдувка прутка сжатым воздухом обеспечивала требуемую чистоту никелевого покрытия.Bars with a diameter of 20 mm made of steel 12X18H10T after turning were subjected to removal of the oxide film by chemical etching in an aqueous solution of 4% nitric acid (density 1.35), 36% hydrochloric acid (density 1.19). The temperature of the solution was 40 ° C, the duration of the etching was 4 min. Then they were electroplated with nickel. The nickel thickness was 4 µm. Then, the bar with nickel was heat treated at a temperature of 700 ° C. The heating time was 30 minutes. The holding time of the bar at T = 700 ° C was 45 minutes. Heating and cooling of the rod was carried out in a vacuum of 5.0 × 10 -4 mm. Hg Nickel was clarified by cleaning with a soft CB wheel using an abrasive paste. After that, the surface of the nickel coating was wiped with a solvent - spray 3M. Further blowing of the bar with compressed air provided the required purity of the nickel coating.

Подготовку алюминиевого прутка АД1 диметром 20 мм осуществляли следующим образом. На первом этапе снимали с образца окисную пленку, используя флюс АФ-4А, содержащий 28% хлористого натрия, 50% хлористого калия, 14% хлористого лития и 8% фтористого натрия. Затем осуществляли сборку прутков сталь + АД1 и размещали их в установке для диффузионной сварки. Нагрев свариваемых образцов осуществляли с помощью установки ТВЧ TESLINE 40Т-9Е2 в вакууме. Температура сварки составляла 490°С. Замер температуры проводили потенциомером, используя хромель- алюмелевую термопару, поставленную вблизи места сварки. Осевое давление на образцы составляло 0,9 от предела текучести сплава АД1. Время нагрева образцов до температуры сварки составляло 20 минут, а при достижении температуры 490°С осуществляли выдержку 2 минуты при осевом давлении0,9 от предела текучести сплава АД1. Охлаждали сваренный образец в объеме установки.Preparation of an aluminum rod AD1 with a diameter of 20 mm was carried out as follows. At the first stage, the oxide film was removed from the sample using AF-4A flux containing 28% sodium chloride, 50% potassium chloride, 14% lithium chloride and 8% sodium fluoride. Then, the steel + AD1 rods were assembled and placed in a diffusion welding installation. The samples to be welded were heated using a TESLINE 40T-9E2 high-frequency frequency converter in a vacuum. The welding temperature was 490 ° C. The temperature was measured with a potentiometer using a chromel-alumel thermocouple placed near the welding site. The axial pressure on the samples was 0.9 of the yield point of the AD1 alloy. The heating time of the samples to the welding temperature was 20 minutes, and when the temperature reached 490 ° C, holding was carried out for 2 minutes at an axial pressure of 0.9 from the yield point of the AD1 alloy. The welded sample was cooled in the volume of the installation.

В процессе нагружения сваренного образца, пример 1, при механических испытаниях разрушение его произошло при нагрузке, составляющей не более 10% от прочности сплава АД1. Результаты металлографического анализа показали, что разрыв образцов произошел на границе сталь - никелевое покрытие. Под покрытием было обнаружено наличие окисла железа FeO. Тогда как при испытании образца, пример 2, с удаленной окисной пленкой со стали перед нанесением на ее поверхность никелевого покрытия, прочность до разрушения составила 0,95 от прочности сплава АД1. Сварной шов плотный и отмечаются следы диффузии никеля в сталь и одновременно в сплав АД1.In the process of loading the welded specimen, example 1, during mechanical tests, its destruction occurred at a load of no more than 10% of the strength of the AD1 alloy. The results of metallographic analysis showed that the rupture of the samples occurred at the steel - nickel coating interface. The presence of iron oxide FeO was found under the coating. Whereas in the test of the sample, example 2, with the oxide film removed from the steel before applying a nickel coating to its surface, the strength before fracture was 0.95 of the strength of the AD1 alloy. The weld is tight and there are traces of nickel diffusion into the steel and simultaneously into the AD1 alloy.

Предлагаемый способ осуществляют в установке для термодиффузионной сварки, содержащей вакуумную камеру, в которой размещают свариваемые детали, систему нагрева энергией высокочастотного поля или тлеющим разрядом или другим способом. В камере создается разряжение с помощью вакуумной системы. Необходимое давление в зоне контакта деталей создается системой сжатия, например гидравлической.The proposed method is carried out in an installation for thermal diffusion welding, containing a vacuum chamber in which the parts to be welded are placed, a heating system with the energy of a high-frequency field or a glow discharge or in another way. A vacuum is created in the chamber using a vacuum system. The necessary pressure in the contact area of the parts is created by a compression system, for example, a hydraulic one.

Достоинства предложенного способа сварки.Advantages of the proposed welding method.

• прецизионная точность обработки;• precision processing precision;

• монолитность соединения;• solidity of the connection;

• возможность соединять материалы, не соединяемые никаким другим способом (получение сложных композитов);• the ability to connect materials that are not connected in any other way (obtaining complex composites);

• возможность создавать изделия сложной конструкции и конфигурации;• the ability to create products of complex design and configuration;

• малый расход энергии;• low energy consumption;

• отсутствие необходимости в применении дополнительных элементов, таких как присадки, электроды, припои и флюсы.• no need to use additional elements, such as additives, electrodes, solders and fluxes.

• экологичность сварочного процесса - нет брызг расплава, вредных излучений и газовых выделений, отсутствует выброс ультрафиолета;• environmental friendliness of the welding process - no splashes of melt, harmful radiation and gas emissions, no emission of ultraviolet radiation;

• очень высокая прочность соединения;• very high bond strength;

• удобство создания пустотелых конструкций, в том числе композитных;• convenience of creating hollow structures, including composite ones;

• экономичность - в одной операции можно соединить несколько разнородных металлов• cost-effective - several dissimilar metals can be joined in one operation

Claims (5)

1. Способ диффузионной сварки изделий из стали и алюминия, включающий подготовку поверхности стальной детали, нанесение на очищенную поверхность стальной детали гальванического никелевого покрытия, подготовку поверхности алюминиевой детали, нагрев свариваемых поверхностей, их сдавливание с заданным усилием и выдержку в этом состоянии до образования взаимной диффузии между свариваемыми металлами, отличающийся тем, что после нанесения на очищенную поверхность стальной детали гальванического никелевого покрытия осуществляют ее термообработку при температуре 700-710°С с последующей полировкой никелевой поверхности, причем время достижения заданной температуры составляет 25-30 минут с дальнейшей выдержкой ее в течение 40-45 минут.1. A method of diffusion welding of steel and aluminum products, including preparation of the surface of a steel part, applying a galvanic nickel coating to the cleaned surface of a steel part, preparing the surface of an aluminum part, heating the surfaces to be welded, pressing them with a given force and holding in this state until mutual diffusion is formed between the metals being welded, characterized in that after applying a galvanic nickel coating to the cleaned surface of the steel part, it is heat treated at a temperature of 700-710 ° C, followed by polishing the nickel surface, and the time to reach the specified temperature is 25-30 minutes with further holding it for 40-45 minutes. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подготовка поверхности стальной детали включает травление в кислотах.2. The method according to claim 1, characterized in that the surface preparation of the steel part includes acid etching. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после термообработки стальной детали с никелевым покрытием и полировки проводят обезжиривание ее поверхности.3. The method according to claim 1, characterized in that after heat treatment of the nickel-plated steel part and polishing, its surface is degreased. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подготовка поверхности алюминиевой детали включает обезжиривание, травление в растворе щелочи, промывку горячей и холодной водой, продувку воздухом.4. The method according to claim 1, characterized in that the preparation of the surface of the aluminum part includes degreasing, etching in an alkali solution, rinsing with hot and cold water, and blowing with air. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сдавливание с заданным усилием осуществляют при температуре 0,5÷0,7 от температуры плавления алюминия.5. The method according to claim 1, characterized in that the squeezing with a given force is carried out at a temperature of 0.5 ÷ 0.7 of the melting point of aluminum.
RU2020136787A 2020-11-10 2020-11-10 Method for diffusion welding of steel and aluminum products RU2754134C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136787A RU2754134C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Method for diffusion welding of steel and aluminum products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136787A RU2754134C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Method for diffusion welding of steel and aluminum products

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754134C1 true RU2754134C1 (en) 2021-08-27

Family

ID=77460521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136787A RU2754134C1 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Method for diffusion welding of steel and aluminum products

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754134C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114850709A (en) * 2022-03-31 2022-08-05 航天材料及工艺研究所 Welding method for stainless steel/aluminum alloy dissimilar metal pipeline

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564585A (en) * 1968-08-19 1971-02-16 Composite Metal Products Inc Method for making stainless steel clad aluminum
SU884912A1 (en) * 1980-04-07 1981-11-30 Московский технологический институт мясной и молочной промышленности Method of diffusion welding of aluminium alloys with steel
RU2200651C1 (en) * 2002-02-28 2003-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" Method for welding tubes of aluminium alloy with tubes of stainless steel
RU2219027C2 (en) * 2002-01-15 2003-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Амалгамэйтед Технологическая группа" Method for non-detachable joining of two bodies of different type metals and non-detachable joint made by such method
RU2555735C1 (en) * 2014-04-08 2015-07-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of diffusion welding of glass ceramic with metals

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564585A (en) * 1968-08-19 1971-02-16 Composite Metal Products Inc Method for making stainless steel clad aluminum
SU884912A1 (en) * 1980-04-07 1981-11-30 Московский технологический институт мясной и молочной промышленности Method of diffusion welding of aluminium alloys with steel
RU2219027C2 (en) * 2002-01-15 2003-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Амалгамэйтед Технологическая группа" Method for non-detachable joining of two bodies of different type metals and non-detachable joint made by such method
RU2200651C1 (en) * 2002-02-28 2003-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля" Method for welding tubes of aluminium alloy with tubes of stainless steel
RU2555735C1 (en) * 2014-04-08 2015-07-10 Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" Method of diffusion welding of glass ceramic with metals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114850709A (en) * 2022-03-31 2022-08-05 航天材料及工艺研究所 Welding method for stainless steel/aluminum alloy dissimilar metal pipeline

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100434224C (en) Diffusion and connection method for ceramic and steel by adding active intermediate alloy
CN106475679B (en) A kind of discontinuous pressure process diffusion connecting process of unrepeatered transmission of copper and aluminium alloy
RU2754134C1 (en) Method for diffusion welding of steel and aluminum products
EA004122B1 (en) Method for making a joint between copper and stainless steel
CN108637447A (en) A kind of dissimilar metal electron beam soldering method of titanium alloy and kovar alloy
CN110788465B (en) Electron beam welding method for TA15 and TC31 dissimilar titanium alloy materials
JP2999760B2 (en) Method for producing beryllium-copper alloy HIP joint and HIP joint
CN113020735A (en) Preparation method of silicon nitride ceramic/stainless steel braze welding joint with corrosion resistance and stress relief
JP6561481B2 (en) Method of joining steel materials
EP3238869B1 (en) Method for joining metal members
JPH11254127A (en) Method for brazing copper and aluminum
JP4331370B2 (en) Method for manufacturing HIP joined body of beryllium and copper alloy and HIP joined body
JPS62199276A (en) Joining method for inorganic fiber reinforced composite aluminum material
SU1296343A1 (en) Method of heated pressure welding of different materials
US6779713B1 (en) Joining of composite beryllium-aluminum parts
JP2511614B2 (en) Method for joining metal member and ceramic member
KR100758013B1 (en) Electric contact and processing method of the same
RU2221679C2 (en) Method for soldering telescopic constructions
KR100513303B1 (en) METHOD FOR VACUUM BRAZING Al6061 ALUMINUM ALLOY WITH HIGH STRENGTH BY SILVER-COPPER AS FILLER
JP6677942B2 (en) Titanium joining method
SU1489946A1 (en) Method of resistance welding of articles of unsimilar materials
JPS61283488A (en) Joining method for al and al alloy
Slattery et al. Development of tungsten brush structures for PFC armor applications
SU691270A1 (en) Method for the manufacture of plated metals
RU2270081C1 (en) Resistance spot welding method