SE434474B - Forfarande for metallurgisk forbindning av olika metaller - Google Patents

Description

SÛÜIQDZE-'l 2 För att förbinda aluminium eller en aluminiumlegering med en järnlegering åstadkommes enligt uppfinningen först pålägg- ning av ett tunt skikt av silver på järnlegeringens yta. Silv- ret kan påläggas genom jonförstoftning, ångutfällning eller lik- nande. Vid t ex en kälsvets placeras den av alumíniumlegering bestående delen i direkt kontakt med den silverbelagda ytan på den av järnlegering bestående delen. I vakuum eller i en inert atmosfär riktas en stråle av högenergipartiklar ( t ek en elekt- ronstråle) mot kanten på den av aluminiumlegering bestående de- len. Partikelstrålen defokuseras, så att approximativt en tredje- del av strålens intensitet faller direkt på den av järnlegering bestående delen, under det att approximativt två tredjedelar av strålens intensitet faller på den av aluminiumlegering bestående delens kantdel.

Högenergistrålen åstadkommer smältning av den av aluminium- legering bestående kontaktkanten, under det att strålens inten- sitet endast är tillräcklig för att upphetta järnlegeringen till en temperatur, som tillåter en del av det direkt intilliggande silversubstratet att smälta, varvid silvret ger en vätningsverkan på järnlegeringens yta för att tillåta det smälta aluminiumet att väta ferrolegeringens yta.

Högenergistrålen bringas att svepa längs kanten på den av aluminiumlegering bestående delen och lämnar därvid bakom sig smält aluminium med en gränsyta med diffunderat silver, när strålen rör sig framåt längs kanten på den av aluminiumlegering bestående delen. När det smälta aluminiumet stelnar, fälls en del av det lösta silvret ut från lösningen på järnlegeringens yta; Det utfällda silvret bildar ett diffunderat gränsskikt, vilket fast fäster vid både järnlegeringen och den âterstelna- de aluminiumlegeringen. De två metalldelarna förbindes sålunda medelst en svetsfog, vilken är lika stark som eller starkare än aluminiumlegeringen med avseende på draghållfastheten.

För förbindning av svårsmälta metaller och järnlegeringar innefattar förfarandet sammansättning av den av svårsmält metall bestående delen med den av järnlegering bestående delen i det önskade svetsläget, t ex för en kälsvets eller en överlappnings- svets. En ren metall, t ex guld, eller legering, som har en viss ömsesidig löslighet ( bestämd av normala binärfasdiagram ), pla- ceras i området för kälsvetsen, och en stråle av partiklar med 3 80014023-1 hög energi riktas mot svetsområdet. Liksom tidigare defokuseras partikelstrålen, så att approximativt en tredjedel av strålens energi faller på det svårsmälta materialet, som har den högre smältpunkten, för åstadkommande av upphettning till en tempera- tur, som tillåter vätning. Resten av strålen faller pà den rena metallen eller legeringen och på järnlegeringsmaterialet intill svetslinjen.

Högenergistrålen bringar den rena metallen eller legeringen liksom även järnlegeringen att smälta omedelbart intill svets- linjen. Den smälta legeringen bildar sedan en lösning vid svets- linjen.

Högenergistrålen bringas att röra sig utmed svetslinjen och lämnar bakom sig den smälta lösningen. När den smälta lösningen stelnar, faller den rena metallen ut från lösningen och diffun- derar till den svârsmälta metallens gränsyta. Det diffunderade skiktet av ren metall eller legering fäster fast vid den svår- smälta metallen och även vid den återstelnade järnlegeringen.

Den sålunda bildade svetsen är lika stark som materialet med den lägre draghâllfastheten utan att vara spröd.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas nedan med hänvis- ning till de bifogade ritningsfigurerna.

Pig. 1 visar schematiskt det första steget i förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 2 visar schematiskt resultatet av det första steget i förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 3 visar schematiskt det andra steget i förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 4 visar schematiskt det tredje steget i förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 5 visar sohematiskt resultatet av det i fig. H vi- sade steget.

Pig. 6 visar en förstorad tvärsektion av en svets, som bil- dats genom förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 7 visar schematiskt det första steget i förfarandet en- ligt uppfinningen, när detta användes för att förbinda en svår- smält metall med en järnlegering.

Pig. 8 visar schematiskt de successiva stegen i det i fig. 7 visade förfarandet. ÉÜÛI-aüßfl-'l u Pig. 9 visar en förstorad tvärsektion av en svets, som bil- dats genom det förfarande, som visats i fig. 7 och 8.

Uppfinningen avser generellt ett förfarande för metallurgísk förbindning av olika metaller, vilka är svåra eller omöjliga att förbinda med konventionella svetsnings- eller lödningsförfaran- den. Även om beskrivningen endast avser två alternativa utför- ingsexempel på förfarandet enligt uppfinningen är det uppenbart för fackmän på området, att uppfinningen icke är begränsad till de nämnda typerna av material och icke heller till de beskrivna typerna av svetsar.

Förfarandet enligt uppfinningen kan användas för att förbin- da en av aluminiumlegering bestående del med en av järnlegering bestående del, såsom visas i fig. 1-5. Såsom visas i fig. 1 över- drages den av järnlegering bestående delen 11, vilken är till- verkad av rostfritt stål eller liknande, med ett tunt skikt av silver, såsom antydes av pilarna i fig. 1. Silveröverdraget 12, vilket visas i fig, 2, behöver endast anbringas i det direkta svetsningsområdet. Silverskiktet 12 kan påföras genom jonför- stoftning, ångutfällning eller liknande.

En av aluminiumlegering bestående del 13 placeras sedan så, att ensyta på denna anligger mot och är i plan med överdraget 12.

För denna beskrivning antages, att den av aluminiumlegering be- stående delen 13 är en plåt eller stång med en kant 1%, vilken sträcker sig vinkelrätt mot ritningens plan. Den svets, som skall bildas, är en kälsvets, vilken sträcker sig i längdriktningen i den vinkelspets, som bildas av silveröverdraget 12 och kanten ln på delen 13.

Den i fig. 3 visade sammanställningen placeras i en tillslu- ten kammare med ett vakuum eller en inert atmosfär av lågt tryck.

En stråle 16 av partiklar med hög energi, t ex en elektronstråle av den typ som vanligen användesvïd svetsning, riktas sedan mot ' kantdelen pâ den av aluminiumlegering bestående delen 13. Strå- len 16 är något defokuserad, så att strålens fokalpunkt ligger under delens 11 yta. Approximativt två tredjedelar av strålens energi riktas mot kantdelen på delen 13 omedelbart intill kanten 1H. Den återstående energin i strålen faller på silveröverdra- get 12 omedelbart intill kanten 14, såsom visas i fig. 4. Strå- len 16 bringas att röra sig eller svepa längs den svetslinje, som skall bildas, dvs strâlen rör sig längs en linje, vilken 8004023-1 sträcker sig vinkelrätt mot den visade ritningens plan.

Strålens 16 intensitet och energi är otillräcklig för att åstadkomma smältning av järnlegeringen i delen 11, även om strålen upphettar det lokala området på delen 11 intill kanten ln. Strålens intensitet och energi är tillräcklig för att smäl- ta aluminiumlegeringen i delen 13, eftersom aluminiumlegeringen har en smältpunkt, som ligger avsevärt lägre än smältpunkten för delen 11. I fig. 5 visas, att den av strâlen upphettade alumini- umlegeringen smältes och av tyngdkraften flyter ut i sidled från sitt ursprungliga läge vid kanten 1H. Silveröverdraget 12 åstad- kommer en vätningsverkan, vilken tillåter utflytning av smält aluminium längs ytan på järnlegeringen. Samtidigt upplöser det smälta aluminiumet en del av det silveröverdrag 12, som det kom- mer i kontakt med, och åstadkommer sålunda en lösning av silver i smält aluminiumlegering.

När partikelstrålen 16 rör sig längs svetslinjen, lämnar den lösningen av aluminiumlegering och silver bakom sig för kallnande. När lösningen börjar kallna, fälls silver ut från lösningen och diffunderar till den av järnlegering bestående delens 11 yta. Det diffunderade silvret bildar ett tunt skikt direkt på delens 11 yta, och detta silverskikt fäster vid järn- legeringen. Resultatet av den ovan beskrivna processen är, så- som visas i fig. 6, en metallurgisk förbindning av den av järn- legering bestående delen 11, det utfällda silverskiktet 17 och den smälta och återstelnade aluminiumlegeringen 18. Det inses att den återstelnade aluminiumlegeringen 18 fäster vid den äter- stående osmälta aluminiumlegeringen 13, så att delen 13 förbin- des med delen 11 genom delarna 18 och 17. Prov har-visat, att en svets, som bildats på det ovan beskrivna sättet, uppvisar en draghållfasthet, vilken är lika stor som eller överstiger drag- hållfastheten hos aluminiumdelen 13. Även om det i fig. 1-5 illustrerade förfarandet har beskri- vits med avseende på en enkel kälsvets, torde det vara uppenbart för fackmän på omrâdet, att den beskrivna tekniken kan tilläm- pas vid många andra former av svetsning.

En annan användning av förfarandet enligt uppfinningen vi- sas i fig. 7-9, som illustrerar hur en av järnlegering bestå- ende del 22 förbindes med en tantaldel 21 medelst en kälsvets. äÜÜäÛ23~1 6 Det första steget i detta alternativa utföringsexempel är pla- cerandet av en övergångsmetallegering i vinkeln mellan de två delar, som skall hopsvetsas medelst en kälsvets. I detta ut- föringsexempel är övergångslegeringen 23 en guldlegering, som består av approximativt 82% guld och 18% nickel.Liksom i det föregående exemplet är svetsen placerad i den vinkel, som bil- das av delarna 21 och 22, varvid svetslinjen sträcker sig vin- kelrätt mot ritningens plan. Étrâlen 16 av partiklar med hög energi bringas sedan att röra sig utmed svetslinjen.Liksom tidigare faller approximativt en tredjedel av strâlens energi på tantaldelen 21 för att åstad- komma uppvärmning av denna, under det att resten av strâlens ener- gi faller på guldlegeringen 23 och en liten del av den intill- liggande ytan på delen 22. Strålenergin är så vald, att delen 21 upphettas men icke smältes, under det att guldlegeringen 23 och den intilliggande delen av delen 22 smältes av strålen 16.

När den smälta delen 26 kallnar, börjar en del av guldet i legeringen 23 att utfällas från den smälta lösningen och att dif- fundera till ytan på delen 21. Det diffunderade guldskiktet 27, vilket sålunda påförts ytan på delen 21, häftar vid tantalmetal- len. Den smälta metallen 25 kallnar ytterligare och stelnar åter och bildar en förbindning både med guldskiktet 27 och järnle- geringen i delen 22. Resultatet är en kontinuerlig kälsvets, som förbinder den av tantallegering bestående delen med den av järn- legering bestående delen.

Det förfarande, som har beskrivits med hänvisning till fig. 7-9, kan även användas för att förbinda metaller såsom niob, molybden och andra svårsmälta metaller med ett stort antal järn- legeringar. Förfarandet kan även användas för åstadkommande av andra typer av svetsar.

Claims (11)

8004023-1 Patentkrav.

1. Förfarande för metallurgisk förbindning av en första del (11;21), som består av en första metall med en relativt hög smältpunkt, och en andra del (13;22), som består av en andra metall med en relativt låg smältpunkt, varvid de två metaller- na är väsentligen olösliga i varandra, k ä n n e t e c k n a t av att en tredje metallsubstans (12;23) placeras på en ytdel pâ en av delarna (11,13;21,22); att den andra av delarna pla- ceras direkt intill denna ytdel; att området för denna ytdel upphettas lokalt för att åstadkomma upphettníng av den första metallen och smältning av den andra metallen och den tredje metallsubstansen i detta omrâde; att den tredje metallsubstan- sen upplöses i den andra metallen; att den smälta lösningen avkyles för att åstadkomma utfällning av den tredje metall- substansen såsom ett skikt (17;27), vilket häftar vid den in- tilliggande ytan på den första delen (11;21); och att den åter- stående delen av den smälta lösningen avkyles och bringas att âterstelna för att häfta vid det tunna skiktet (17;27).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den första metallen innefattar enjärn- eller ståïlegering.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att den andra metallen innefattar en aluminiumlegering.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att den tredje metallsubstansen innefattar silver eller en sil- \ verlegering.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den lokala upphettningen av området för ytdelen innefattar in- riktning av en stråle (16) av accelererade partiklar mot det- ta område.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att approximativt en tredjedel av energin i strålen riktas mot den del på den första delen (11;21), som ligger direkt intill nämnda område.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att resten av strålen riktas mot den tredje metallsubstansen (12;23) och mot den del av den andra delen (13;22), som ligger direkt intill nämnda område. SÛÛÄÜÉB-'l

8. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den första metallen innefattar en av de svårsmälta metallerna.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att den andra nua-Lallen innefattar en järn- eller stålleger-ing.

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att den tredje metallsubstansen innefattar guld eller en guldlege- ring.

11. Förfarande enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att guldlegeringen består av approximativt 82% guld och 18% nickel.