Способ контактной сварки деталей из разнородных металлов

 

Изобретение относится к сварке, в частности к контактной сварке, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий взаимодействия металлов. Продолжительность импульса сварочного тока выбирают в интервале 0,6 - 1,5 с до образования литого ядра внутри детали из более тугоплавкого металла и литого ядра на поверхности детали из менее тугоплавкого металла. Литое ядро в детали из более тугоплавкого металла образуют на расстоянии 0,2 - 0,5 его высоты от поверхности соединения. Способ позволяет повысить качество сварного соединения за счет предупреждения образования хрупких интерметаллидных зон в сварном соединении. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II) А1 (5f) 4 В 23 K 11/20

g.;)",,Я5@8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4327520/31-27 (22) 11.11.87 (46) 30.06.89. Бюл. h 24 ,(71) Московский авиационный технологический институт им. К.З.Циолковского (72) А.П.Трубицын, А.Ф.Нестеров, В.П,Гордо, Ю.С.Долгов, И.В.Вишняков, Ю.Н.Калинин и В.В.Редчиц (53) 621 791.763,1 (088.8) (56) Сварка в машиностроении. Справочник, Машиностроение, 1978, т. 1, 304. (54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ

ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к контактной сварке, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения — повьппение качества сварных

Изобретение относится к сварке. металлов, в частности к контактной сварке, и может найти применение в различных отраслях машиностроений, Цель изобретения — повьппение качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий взаимодействия металлов.

Для получения качественного свар-. ного соединения контактной точечной или шовной сваркой металлов, обладаю2 соединений металлов, обладающих низкой мет аллур гичес кой совместимо с т ью, . преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий вз аимодействия металлов . Продолжи> тельнасть импульса сварочного тока выбирают в интервале 0,6-1,5 с до образования литого ядра внутри детали из более тугоплавкого металла и литого ядра на поверхности детали из менее тугоплавкого металла. Литое ядро в детали из.более тугоплавкого металла образуют на расстоянии 0,2-0,5 его высоты от поверхности соединения.

Способ позволяет повысить качество а

Я сварного соединения.за счет предуп- реждения образования хрупких интерметаплидных зон в сварном соединении.

1 з.п. ф-лы. щих низкой металлургической совмести-. г мостью, необходимо обеспечить оптимальный температурно-временной режим взаимодействия. Нижний предел температур ограничивается температурой, обеспечивающей активацию соединяемых поверхностей. Эта температура должна быть вьппе температуры плавления менее тугоплавкой детали. Верхний предел, температур применительно к предлагаемому способу ограничивают температурой, при которой не происходит интенсивное взаимодействие соединяемых металлов с образованием значительного количества интерметаллидов. Как правило, эта температура составляет 0,61489946

0,8 от температуры плавления более тугоплавкого металла.

Временный фактор воздействиА тем" ператур при взаимодействии разнород5 ных металлов играет важную роль. Тепловое воздействие в течение определенного отрезка времени должно быть достаточным для активации сопрягаемых поверхностей при сварке. Теоретически 0 при контакте ювенильных поверхностей время контакта при повышенных температурах должно быть минимально возможным. На практике это время теплового воздействия увеличивается, так. !5 как необходимо нейтрализовать барьер- ное действие оксидных, нитридных и др. пленок, находящихся на реальных поверхностях. Временные условия теплового воздействия с применением дав- И ления сжимающего усилия при контактной сварке ограничиваются необходи" мостью препятствовать мощному взаимодействию металлов с образованием хрупких фаз, а также достаточностью 25 степени активации поверхностей для образования прочных металлических связей между соединяемыми металлами.

Для соблюдения вышеперечисленных критериев предлагаемом способе соеди- 30

| нение металлов осуществляют как-бы по режиму сварко"пайка, когда более тугоплавкий металл находится в месте контакта соединяемых деталей в твер, дой фазе, а менее тугоплавких - в ,жидкой фазе и смачивает поверхность более тугоплавкой детали.

Такой оптимальный температурный интервал взаимодействия можно соблюс- 40 ти в случае, если ядро в бочее тугоплавкой детали образовать внутри ее, а ядро менее тугоплавкой детали - на ее поверхности в месте сварки. В этом случае обеспечивается условие, когда 45 более тугоплавкий металл в месте кон- такта со свариваемой деталью находит" ся в твердой фазе и происходит смачивание более тугоплавкого металла жидкйм металлом ядра менее тугоплавкой детали, находящимся на ее:.поверхности. При этом оксидная пленка жидкого металла разрушается при увеличении

его объема за счет разностей коэффициентов объемного расширения металла и пленки„ а после. приложения сжимаю" щего усилия в месте сварки она вытесняется на периферию ядра, создавая благоприятные условия для вэаимодействия металлов с образованием прочных металлических связей.

Если по предлагаемому способу

r сварку ведут на режимах, когда образуются интерметаллиды, то при приложении сжимающего усилия часть их также вытесняется на периферию, а дпя тех пар металлов, для которых характерно образование сплошных прослоек, являющихся нежелательными, происходит также и дробление прослойки с распределением ее частиц в матрице менее тугоплавкого металла, что способствует увеличению пластичности сварного соединения.

1 установлено, что оптимальные условия взаимодействия при контактной сварке по режиму сварко-пайка реализуются, когда сварочный ток воздействует в интервале времени О,б-1,5 с °

При этом необходимо существование двух ядер, одно из которых в детали из более тугоплавкого металла образуют внутри ее, а другое — на поверхности менее тугоплавкой детали. Более жесткие режимы сварки при времени прохождения тока до 0,5 с не обеспечивают вьппеизложенного эффекта и сварного соединения, как такового не образуется.

Применение режимов с временем прохождения тока более 1,5 с также не обеспечивает, как показали исследования, качественного сварного соединения, так как происходит перегрев металлов в месте контакта с образованием большого количества интерметаллидов, что резко снижает пластичность со един ения .

Было выявлено, что для создания оптимальных температурных условий взаимодействия необходимо ядро в более тугоплавком металле образовывать от поверхности соединения на расстоя" нии 0,2-0,5 его высоты. В данном случае образование ядра в менее тугоплавком металле осуществляется за счет энергии проходящего тока и за счет тепла„ передаваемого от ядра более тугоплавкого металла. Количество аккумулированного тепла в ядре более тугоплавкого металла зависит от массь1 жидкого металла, которая определяется, прежде всего, высотой ядра. Твер" дая прослойка более тугоплавкого металла между ядром в более тугоплавком металле и ядром менее тугоплавкого металла является тепловым сопро1489946

7 ът мт «Рт k ог — К

1 л где П и0„

К зэмти + мв

Рти 1и

0 тивлением и ее толщина должна быть вполне определенной величиной, так как она в зависимости от аккумулированного тепла в более тугоплавком металле определяет поступление тепла для образования ядра менее тугоплавкого металла.

Величина ядра в более тугоплавкой ,,детали при сварке на оптимальных режимах зависит от физических свойств и от геометрических размеров. соединяемых металлов. Следовательно, и величина твердой прослойки также зависит от физических свойств и геометрических размеров соединяемых металлов.

Если твердая прослойка будет толщиной менее 0,2 высоты ядра, в этом случае происходит перегрев металлов, находящихся в контакте, что влечет эа собой интенсивное растворение более туго;плавкого металла в менее тугоплавком с выпадением большого количества ин1 ,терметаллидов, снижающих механические .свойства соединения. Если прослойка 2r будет более 0,5 высоты ядра, получается недогрев места взаимодействия, ( результатом чего является низкая ак1тивация поверхностей сопряжения и низкие свойства сварного соединения.

Образование соединения осуществляют на контактных машинах с электродами, соотношение диаметров которых зависит от физических свойств самих электродов и соединяемых металлов, а

35 также толщин соединяемых металлов

40 диаметры электродов соответственно со стороны более тугоплавкого и менее тугоплавкоro металлов; 4й

1 коэффициент пропорциональности; коэффициенты теплопроводности электродов соответственно со стороны В0 более тугоплавкого и менее тугеплавкого металлов; коэффициенты теплопроводности более тугоплавкого и менее тугоплавкого металлов; удельное электросопротивление металлов;

Т и Т вЂ” температуры плавления т л соединяемых металлов;

3 и 3 - толщины соединяемых мет таллов .

Сварку осуществляют следующим образом.

Детали предварительно очищают от оксидов химическим травлением или механическим путем и обезжиривают растворителем. Затем прикладывают к, деталям усилие сжатия и пропускают электрический ток. Время пропускания тока берут, как было установлено, в интервале 0,6-1,5 с. Для этого интервала времени подбирают сварочный ток по уравнению теплового баланса. Режим подбирают на образцах свидетелях. При наличии двух ядер, расположенных согласно изобретению, сварное соединение получается качественным.

Пример. Сваривали на точечных машинах типа МТПУ-300 алюминий

АД1 с нержавеющей сталью !2X18HlOT и с титановым сплавом ВТ20 по предлагаемому способу.

Непосредственно перед сваркой поверхности деталей зачищали металлической щеткой и обезжиривали органическим растворителем. Сварочный ток и время его пропускания по предлагаемому способу были подобраны таким образом, чтобы образовалось два ядра и чтобы твердая прослойка титана или стали имела толщину, равную 0,2-0,5 высоты ядра в более тугоплавком металле. Наличие ядер и их расположение и размеры контролировали по металлографическим шлифам на образцах.

Режимы сварки по предлагаемому способу.

Сталь 12Х18Н10Т толщиной 1,0 мм и алюминий АД1 толщиной 0,2 мм .

Сварочный ток 8 кА, время пропус-;— кания сварочноro тока 0,6 с, усилие сжатия электродов 770 кгс, уровень напряжений при испытаниях на срез.

45 МПа;

Сварочный ток 8 кА, время пропускания сварочного тока 1,5 с, усилие сжатия электродов 770 кгс, уровень напряжений при испытании на срез

58 MIIa.

Титановый сплав ВТ20 толщиной

1, 0 мм и алюминий АД1 толщиной 0,2 мм:

Сварочный .ток 5 кА, время пропусканйя сварочного тока 0,6 с, усилие сжатия электродов 440 кгс, уровень

1489946!

2. Способ по и.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что литое ядро в детали из более туголлавкого металла образуют на расстоянии О, 2-0,5 его высотй от поверхности соединения.

Составитель Э.Ветрова

Редактор Н.Киштулинец Техред Л.Сердюкова,: Корректор С.Черни

Заказ 3621/18 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 напряженйй при испытании на срез

48 МПа;

Сварочный ток 5 кА, время пропускания сварочного тока 1 с, усилие сжатия электродов 400 кгс, уровень напряжений при испытании на срез

57 МПа;

Сварочный ток 5 кА, время пропускания сварочного тока 1,5 с, усилие 10 сжатия электродов 400 кгс, уровень напряжений при испытании на срез

47 МПа.

" Использование изобретения позволяет повысить качество .сварного соеди-. 15 нения, выполненного из металлов с низкой металлургической совместимостью, за счет предупреждения образова ния хрупких интерметаллидных зон в сварном соединении. 20 формула и з обретения

1, Способ контактной. сварки деталей из разнородных металлов, заключаю

25 щийся в приложении усилия сжатия в месте сварки и пропускании электрического тока, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения качества сварных соединений металлов, обладающих низкой металлургической совместимостью, преимущественно алюминия с более тугоплавкими металлами, за счет создания оптимальных температурных условий взаимодействия металлов, продолжительность,: протекания сварочного тока устанавливают в интервале 0,6-1,5 с до образования литого ядра внутри детали из более туголлавкого.металла и литого ядра на поверхности детали иэ менее тугоплавкого металла.