RU34425U1

RU34425U1 - Diffusion welding device

Info

Publication number: RU34425U1
Application number: RU2003124833/20U
Authority: RU
Inventors: А.Н. Семёнов; В.Н. Тюрин; В.П. Гордо; Г.Н. Шевелёв
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2003-12-10

Description

I Illll II fIlii III.I i,.,r vJI Illll II fIlii III.I i,., R vJ

B23K 20/00,101/04B23K 20 / 00,101 / 04

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИDIFFUSION WELDING DEVICE

Полезная модель относится к области диффузионной сварки в вакууме заготовок из разнородных материалов, а более конкретно к оборудованию для диффузионной сварки корпусов шаговых двигателей, у которых корпус выполнен в виде набора чередующихся между собой колеп из немагнитной я магнитной сталей.The utility model relates to the field of diffusion welding in vacuum of workpieces made of dissimilar materials, and more particularly to equipment for diffusion welding of stepper motor bodies, in which the body is made in the form of a set of alternating rings of non-magnetic and magnetic steel.

Полезная модель направлена на упрощение и удещевление процесса диффузионной в вакууме преимущественно корпусов щаговых двигателей.The utility model is aimed at simplifying and reducing the cost of the diffusion process in vacuum, mainly of the bodies of step motors.

Упрощение и удещевление устройства достигается за счет отказа от традиционного и дорогостоящего оборудования для диффузионной сварки, включающего гидравлический пресс, вакуумную камеру с системой обеспечения рабочего вакуума (5 10 мм рт.столба), запорную арматуру для вакуума и водоохлаждения, высокочастотный генератор для нагрева свариваемых заготовок и т.д. (см. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов, М., «Машиностроение, 1976 г., стр. 78 - 102).The simplification and cheapening of the device is achieved due to the rejection of traditional and expensive equipment for diffusion welding, including a hydraulic press, a vacuum chamber with a working vacuum system (5 10 mm Hg), stop valves for vacuum and water cooling, a high-frequency generator for heating the welded workpieces etc. (see Kazakov NF. Diffusion welding of materials, M., "Mechanical Engineering, 1976, pp. 78 - 102).

Обычно стоимость полностью укомплектованной установки для диффузионной сварки составляет более 1 млн. рублей, при этом на стоимость гидравлического пресса приходится значительная часть этой суммы.Typically, the cost of a fully equipped diffusion welding plant is more than 1 million rubles, while the cost of a hydraulic press accounts for a significant part of this amount.

Одним из путей снижения стоимости процесса диффузионной сварки может стать отказ от вакуумной камеры с ее вакуумным обеспечением, отказ от высокочастотного нагрева и отказ от гидравлического пресса.One of the ways to reduce the cost of the diffusion welding process can be the rejection of the vacuum chamber with its vacuum support, the rejection of high-frequency heating and the rejection of the hydraulic press.

Вакуумную камеру может заменить вакуумный контейнер многоразового использования, изготавливаемый под конкретные габариты свариваемых заготовок.The vacuum chamber can be replaced by a reusable vacuum container manufactured for the specific dimensions of the welded workpieces.

Высокочастотный нагрев можно заменять печным нагревом, если нагревать отвакуумированный контейнер со свариваемыми заготовками в обычной промышленной печи.High-frequency heating can be replaced by furnace heating, if you heat the evacuated container with welded workpieces in a conventional industrial furnace.

Гидравлический пресс можно заменить компактной герметичной камерой сильфонного типа, заполненной веществом, увеличивающим свой объем при повышений температуры, а если герметичной камере не позволить увеличивать свой объем, например, за счет жесткого соединения ее со свариваемыми заготовками, то в камере будет подниматься давление, которое, в свою очередь, будет обеспечивать сварочное сдавливание свариваемых поверхностей заготовок. Регулирование усилия сдавливания при температуре диффузионной сварки может обеспечиваться за счет оставления в камере воздуха или воздуха и расчетного количества воды, или воздуха а какого-то твердого вещества, легко переходящего при нагреве в газ или пар а т.д.The hydraulic press can be replaced by a compact sealed bellows-type chamber filled with a substance that increases its volume with increasing temperature, and if the sealed chamber is not allowed to increase its volume, for example, due to its rigid connection with the welded workpieces, then the pressure will rise in the chamber, which in turn, it will provide welding compression of the welded surfaces of the workpieces. The control of the compressive force at the temperature of diffusion welding can be achieved by leaving in the chamber air or air and the estimated amount of water or air and some solid substance that easily passes when heated to gas or steam, etc.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы разработать новое оборудование для диффузионной сварки в вакууме, которое бы позволяло отказаться от использования сложного и дорогостоящего оборудования, входящего в комплект классической диффузионной установки, за счет чего можно было бы упростить и удешевить осуществление процесса диффузионной сварки применительно к конкретному массовому изделию.The problem to which the claimed utility model is directed is to develop new equipment for diffusion welding in a vacuum, which would make it possible to abandon the use of complex and expensive equipment included in the kit of a classical diffusion installation, due to which it could be simplified and reduce the cost of the diffusion welding process in relation to a specific mass product.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, состоит в том, что вместо универсальной рабочей вакуумной камеры, приспособленной для сварки больших и малых заготовок, используют цилипдрический вакуумный контейнер.The technical result obtained by the implementation of the claimed utility model is that instead of a universal working vacuum chamber adapted for welding large and small workpieces, a cylindrical vacuum container is used.

сопоставимый по габаритам со свариваемыми заготовками, а вместо дорогостоящего гидравлического пресса используют простое устройство в виде герметичной емкости сильфонного типа, заполненной рабочим телом увеличивающим свой объем при нагреве, а в случае сохранения заданного объема увеличивает давление в емкости и тем самым создает рабочее сдавливание свариваемых поверхностей заготовок, а вместо высокочастотного нагрева свариваемых заготовок используют их нагрев в составе контейнера за счет нагрева контейнера в промыщ ленной печи.comparable in size to the welded workpieces, and instead of an expensive hydraulic press, a simple device is used in the form of a sealed bellows-type container filled with a working fluid that increases its volume when heated, and in the case of preserving the specified volume, increases the pressure in the container and thereby creates a working compression of the surfaces of the workpieces to be welded and instead of high-frequency heating of the workpieces being welded, they are used to heat them in the container by heating the container in a commercial furnace.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для диффузионной сварки, содержащем вакуумную камеру для сварки в ней заготовок, источник нагрева заготовок и пресс для сдавливания свариваемых поверхностей заготовок при температуре диффузионной сварки,The specified technical result is achieved by the fact that in the device for diffusion welding, containing a vacuum chamber for welding the workpieces in it, a heating source of the workpieces and a press for squeezing the welded surfaces of the workpieces at a temperature of diffusion welding,

-вакуумная камера выполнена в виде переносного контейнера, приспособленного для нагрева в промышленной печи, а пресс выполнен малогабаритным и помещен в контейнер, где сжат совместно с заготовками, при этом пресс выполнен в виде устройства, увеличивающего своё усилие сдавливания в зависимости от температуры нагрева;- the vacuum chamber is made in the form of a portable container adapted for heating in an industrial furnace, and the press is made small and placed in a container where it is compressed together with the workpieces, while the press is made in the form of a device that increases its compressive force depending on the heating temperature;

-кроме того, малогабаритный пресс выполнен в виде герметичной камеры сильфонного типа, заполненной веществом, расщиряющемся при нагреве;- In addition, the small-sized press is made in the form of a sealed bellows-type chamber filled with a substance that expands when heated;

-кроме того, в качестве вещества, расширяющегося при нагреве, использован воздух;- In addition, air is used as a substance expanding upon heating;

-кроме того, малогабаритный пресс сжат с заготовками за счет их установки с помощью прокладок в распор между стенками контейнера.- In addition, the small-sized press is compressed with the workpieces due to their installation with the help of gaskets in the spacer between the walls of the container.

предприятиях., где нет классических установок для диффузионной сварки в вакууме, но есть обычные промышленные печи и сварочные электронно-лучевые установки. С их помощью по заявляемому способу можно осуществлять практически все виды диффузионной сварки в широком диапазоне размеров заготовок.enterprises. where there are no classical installations for diffusion welding in vacuum, but there are conventional industrial furnaces and electron-beam welding installations. With their help, according to the claimed method, practically all types of diffusion welding can be carried out in a wide range of workpiece sizes.

Новизна заявляемого устройства для диффузионной сварки состоит в применении принципиально нового оборудования, когда пресс, предназначенный для сдавливания свариваемых поверхностей, выполнен в виде мини-пресса, соизмеримого по габаритам со свариваемыми заготовками, который помещают во внутрь вакуумной камеры, выполненной в виде переносного вакуумного контейнера, а нагрев заготовок до температуры диффузионной сварки осуществляют за счет нагревав печи самой вакуумной камеры.The novelty of the claimed device for diffusion welding consists in the use of fundamentally new equipment, when the press, designed to squeeze the surfaces to be welded, is made in the form of a mini-press, comparable in size with the welded blanks, which is placed inside the vacuum chamber, made in the form of a portable vacuum container, and heating the workpieces to the temperature of diffusion welding is carried out by heating the furnace of the vacuum chamber itself.

В качестве мини-пресса, показанного на фиг. 2 и фиг. 3, испо.шьзуется устройство в виде одногофрового сильфона, заглущенного по торцам толстостенными дисками, и заполненного рабочим телом в виде какого-либо вещества, расширяющегося при нагреве, например, воздухом или воздухом с небольшим количеством воды. Прн нагреве до температуры диффузионной сварки () воздух и тем более вода в виде пара расширяются, а если заготовки совместно с мини-прессом сжаты и установлены в таком положении в распор между неподвижными стенками, то по закону Ж.Шарля в полости одногофрового сильфона будет возрастать давление по мере нагрева, пропорционально росту абсолютной температуры.As the mini-press shown in FIG. 2 and FIG. 3, a device is used in the form of a single-sided bellows, sealed at the ends with thick-walled disks, and filled with a working fluid in the form of any substance that expands when heated, for example, by air or air with a small amount of water. When heated to a temperature of diffusion welding (), the air and even more water in the form of steam expands, and if the workpieces together with the mini-press are compressed and installed in such a position between the fixed walls, then according to the law of Charles Charles, the cavity of a single-wave bellows will increase pressure as it is heated, in proportion to the increase in absolute temperature.

Такое устройство в зависимости от первоначального объема рабочего тела может обеспечить необходимое для осуществления процесса диффузионной сварки усилие сдавливания.Such a device, depending on the initial volume of the working fluid, can provide the pressure necessary for the diffusion welding process.

Заявляемое устройство для диффузионной сварки изготавливают следующим образом. На прилагаемой фигуре 1 показана принципиальная конструктивная схема, на основе которой создается рабочая конструкция заявляемого устройства для диффузионной сварки. В соответствии с габаритами свариваемых заготовок изготавливается контейнер 1 цилиндрической формы с донышками 2, преимущественно из нержавеющей стали марки Х18Н10Т с толщиной стенки 4-8 мм в зависимости от диаметра контейнера, изготавливаемого, как правило, из трубы. Одно донышко 2 приварено к трубе заранее, а другое приваривается после загрузки в контейнер свариваемых заготовок совместно с мини-прессом 3, при этом длина контейнера выполнена на несколько Миллиметров больше, чем суммарная высота заготовок, собранных совместно с мини-прессом. Перед загрузкой в контейнер мини-пресс обязательно сжимают, как показано на фиг. 3, до упора, при этом свариваемые заготовки и сжатый мини-пресс устанавливают в контейнер в распор, между донышками 1, что достигается за счет набора прокладок 4, 5. В прокладке 5 выполнены радиальные отверстия для ускорения вакуумирования околостенного пространства.The inventive device for diffusion welding is made as follows. The attached figure 1 shows a schematic structural diagram, on the basis of which a working structure of the inventive device for diffusion welding is created. In accordance with the dimensions of the workpieces to be welded, a container 1 of a cylindrical shape with bottoms 2 is manufactured, mainly from stainless steel of the grade X18H10T with a wall thickness of 4-8 mm, depending on the diameter of the container, which is usually made of pipe. One bottom 2 is welded to the pipe in advance, and the other is welded after loading the welded blanks into the container together with the mini-press 3, while the length of the container is several millimeters longer than the total height of the blanks assembled together with the mini-press. Before loading into the container, the mini-press is necessarily compressed, as shown in FIG. 3, until it stops, while the welded workpieces and a compressed mini-press are installed in a container in a spacer, between the bottoms 1, which is achieved by a set of gaskets 4, 5. Radial holes are made in the gasket 5 to accelerate the evacuation of the surrounding space.

После установки в контейнер заготовок и мини-пресса крышку 2 и корпус контейнера 1 стягивают между собой и сваривают, после чего производят вакуумирование контейнера через откачное отверстие 6.After installing blanks and a mini-press into the container, the lid 2 and the container body 1 are pulled together and welded, after which the container is evacuated through the pumping hole 6.

И.звестно несколько способов вакуумирования сосудов и их герметизации с обеспечением в сосуде заданного разрежения. Наиболее широкое распространение получил способ вакуумирования путем помещения подлежащего вакуумированию сосуда в вакуумную камеру электронно-лучевой установки (ЭЛУ). В этом случае вакуумирование осуществляется за счет работы вакуумной системы ЭЛУ. После достижения в вакуумной камере ЭЛУ разрежения 5- рт.ст.I. There are several known ways of evacuating vessels and sealing them with providing a predetermined vacuum in the vessel. The most widely used method of evacuation by placing the vessel to be evacuated in a vacuum chamber of an electron-beam installation (ELU). In this case, evacuation is carried out due to the operation of the vacuum ELU system. After reaching the vacuum of the ELU vacuum of 5-Hg

MiiMii

электронным лучом установки производят заварку откачеого отверстия б по известной технологии. В результате в контейнере надежно фиксируется необходимое для осуществления диффузионной сварки рабочее разрежение.the electron beam of the installation produces welding of the exhaust hole b using a known technology. As a result, the working vacuum necessary for diffusion welding is reliably fixed in the container.

В таком виде контейнер готов для установки в промышленную печь, разогретую до температуры диффузионной сварки.In this form, the container is ready for installation in an industrial furnace, heated to diffusion welding temperature.

Пример осуществленияImplementation example

По заявляемому устройству для диффузионной сварки изготовили переносной контейнер из стали 1Х18Н10Т применительно к диффузионной сварке корпуса шагового двигателя, представляющегося собой набор кольцевых заготовок из магнитной и немагнитной сталей с наружным диаметром 112 мм и общей высотой 150 мм.According to the inventive device for diffusion welding, a portable container was made from 1X18H10T steel as applied to diffusion welding of a stepper motor case, which is a set of ring blanks from magnetic and non-magnetic steels with an outer diameter of 112 mm and a total height of 150 mm.

Контейнер выполнили из трубы с внутренним диаметром 115 мм и толщиной стенки 8 мм. Крышки контейнера выполнили с толщиной стенки 10 мм. Мини-пресс 3 был изготовлен в виде одногофрового сильфона, как показано на фиг. 2 и фиг, 3, герметичную камеру которого заполнили обычным воздухом.The container was made of a pipe with an inner diameter of 115 mm and a wall thickness of 8 mm. The lids of the container were made with a wall thickness of 10 mm. The mini-press 3 was made in the form of a single-sided bellows, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the sealed chamber of which was filled with ordinary air.

На фиг. 2 показан мини-пресс после изготовления и герметизации в нем воздуха с помощью ар го но-дуговой сварки. Одногофровый пресс имеет по торцам толстостенные (8 мм) диски 7, к которым приварены по наружному контуру тонкостенные мембраны (0,5 мм) 8, а внутренние отверстия мембран сварены между собой с помощью накладных колец 9.In FIG. Figure 2 shows a mini-press after manufacturing and sealing air in it using argon-arc welding. A single-beam press has thick-walled (8 mm) disks 7 at the ends, to which thin-walled membranes (0.5 mm) 8 are welded along the outer contour, and the inner holes of the membranes are welded together using patch rings 9.

На фиг. 3 показан мини-пресс в полностью сжатом рабочем состоянии., что создает в полости мини-пресса исходные давления воздуха в 2-3 атмосферы, которые при нагреве будут увеличиваться пропорционально росту абсолютной температуры.In FIG. Figure 3 shows the mini-press in a fully compressed working state., Which creates the initial air pressure in the atmosphere of the mini-press in 2-3 atmospheres, which when heated will increase in proportion to the increase in absolute temperature.

в качестве конструкции мини-пресса была принята конструктивная схема в виде одногофрового сильфона, как показано на фнг. 1 и фиг. 2. Герметичная камера минй-пресса 3 была заполнена обычным воздухом в том объеме, который при нагреве до 1000°С обеспечивал суммарное усилие сдавливания колец около 850 кг. Такое усилие было выбрано для того, чтобы ползучесть колец из магнитной стали была минимальной. Кольца и мини-пресс 3 установили в распор между торцевыми стенками цилиндрического контейнера с помощью прокладок 4, 5, при этом в прокладке 5 были выполнены радиальные отверстия для более быстрого вакуумированяя полости контейнера через откачное отверстие 6.as the design of the mini-press, the design scheme was adopted in the form of a single-sided bellows, as shown in the fng. 1 and FIG. 2. The pressurized chamber of the mini-press 3 was filled with ordinary air in the volume that, when heated to 1000 ° C, provided a total ring compression force of about 850 kg. Such an effort was chosen so that the creep of the rings made of magnetic steel was minimal. The rings and the mini-press 3 were installed in the spacer between the end walls of the cylindrical container using gaskets 4, 5, while radial holes were made in the gasket 5 for faster evacuation of the container cavity through the pumping hole 6.

После сборки заготовок, пресса 3 н прокладок 4, 5 крышку 2 с помощью струпцины состыковали с контейнером и сжали, а потом прихватили свариваемые кромки в 4-х местах аргоно-дуговой сваркой, после чего струпцину убрали, а крышку 2 приварили к корпусу 1 аргонодуговой сваркой с присадкой.After assembling the blanks, press 3 n gaskets 4, 5, cover 2 with a clamp, docked with the container and squeezed, and then grasped the welded edges in 4 places by argon-arc welding, after which the clamp was removed, and cover 2 was welded to the argon-arc body 1 welding with an additive.

Затем контейнер с заготовками и мини-прессом поместили в вакуумную камеру ЭЛУ, в котором через откачное отверстие 6 создали рабочее разрежение, после чего с помощью .электронного луча установки ЭЛУ заварили откачное отверстие по специальной технологии, позволяющей заваривать откачные отверстия диаметром до 6 мм.Then the container with the workpieces and a mini-press was placed in the ELU vacuum chamber, in which a working vacuum was created through the pumping hole 6, after which the pumping hole was brewed using the electron beam of the ELU installation using a special technology that allows to weld the pumping holes with a diameter of up to 6 mm.

После герметизации контейнер готов для установки в промышленную печь сопротивления, где контейнер будет нагрет до 980С и выдержан при этой температуре 20 минут, что обеспечит диффузионную сварку кольцевых заготовок.After sealing, the container is ready for installation in an industrial resistance furnace, where the container will be heated to 980 ° C and maintained at this temperature for 20 minutes, which will ensure diffusion welding of the ring blanks.

Мр (Mr (

Claims

1. A device for diffusion welding, containing a vacuum chamber for welding the workpieces in it, a source of heating the workpieces and a press for squeezing the surfaces of the workpieces to be welded at the diffusion welding temperature, characterized in that the vacuum chamber is made in the form of a portable container adapted for heating in an industrial furnace, and the press is made small-sized and placed in a container, where it is compressed together with the workpieces, while the press is made in the form of a device that increases its compression force depending on the pace perature heating.

2. The device according to claim 1, characterized in that the small-sized press is made in the form of a sealed bellows-type chamber filled with a substance that expands when heated.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that air is used as a substance expanding upon heating.

4. The device according to claims 1 to 4, characterized in that the small-sized press is compressed with the workpieces due to their installation using gaskets in the spacer between the walls of the container.