Способ стыковой электронно-лучевой сварки монокристаллов тугоплавких металлов

 

Использование: при изготовлении различных конструкций и элементов в приборостроении, машиностроении, электротехнике. Сущность изобретения: предварительно определяют наиболее плотноупакованную кристаллографическую плотность, затем ее смещают с плоскостью стыка и наводят луч на стык. Сварку осуществляют с формированием шва равной ширины с лицевой и корневой стороны соединения с предварительным подогревом до температуры от 0,6 до 0,8 температуры рекристаллизации свариваемого металла. 5 ил.

Изобретение относится к ЭЛС в вакууме монокристаллов тугоплавких металлов и может быть использовано для изготовления различных конструкций и элементов новой техники в приборостроении, электронике, атомной промышленности. Цель изобретения получение монокристаллических сварных соединений с моногранной поверхностью, определенной кристаллографической ориентации и минимально возможными искажениями исходной кристаллографической структуры свариваемого материала путем создания оптимальных условий кристаллизации сварного шва. Поставленная цель достигается тем, что предварительно определяют поверхность, на которую выводят наиболее плотноупакованную кристаллографическую плотность с последующей ориентировкой этой поверхности в (свариваемый) стык, наводят луч на стык, после чего осуществляют сварку и формируют шов равной ширины с лицевой и корневой стороны соединения, выбирая соответствующую фокусировку электронного пучка, а температуру подогрева выбирают от 0,6 до 0,8 температуры начала рекристаллизации (Т_рекр) свариваемого металла. Оптимальные условия кристаллизации при сварке, как правило прецизионной, обеспечивают: 1. Инструментально. Тела (детали, образцы), подлежащие сварке ориентируют и фиксируют определенным образом относительно оси электронного сварочного пучка, предварительно определив и замаркировав поверхности (кристаллографические ориентации плоскостей, например, см. фиг. 2, 1, где пластины показаны условно в разведенном и не закрепленном состоянии). 2. Техникой и режимами сварки. Получение швов с параллельными поверхностями сплавления обеспечивали за счет выбора режимов сварки, в частности фокусировки пучка, которая в основном и определяет геометрию сварного шва (см. фиг. 2). Подготовленные поверхности стыкуют (см. фиг. 2-4) и ведут сварку, предварительно определив фокусировку пучка, обеспечивающую шов равной ширины с лицевой и корневой стороны свариваемого изделия. Кроме того, для обеспечения монокристалличности сварного соединения и совершенства наследуемой им структуры необходим предварительный подогрев до температуры равных (0,6-0,8)Т_рекр. свариваемого материала. Для оценки качества структуры (ее совершенства) используют величину кристаллографической разориентировки субзерен. Например, сварные соединения монокристаллов вольфрама толщиной один миллиметр, полученные по предлагаемому способу, с предварительным подогревом места сварки до температур (0,6-0,8)Т_рекр., т.е. 1100-1600^оС, имели монокристаллическую структуру с минимальной разориентировкой субзерен (10-30 мрад. см. фиг. 5-3 по зонам сварного соединения I, II, III), без нарушения структуры исходного металла: где -1, -2, -3 порядковые номера приводимых примеров: и соответственно: I основной металл; II околошовная зона; III шов. Сварные соединения из этого металла, полученные при температурах подогрева ниже 0,6 Т_рекр, т. е. ниже 1100^оС, имеют дефекты структуры (высокоугловые границы зерен), нарушающие монокристалличность шва; совершенство структуры падает, увеличиваются углы разориентировки (больше 90 мрад). Структура швов, полученных при температурах предварительного подогрева выше 0,9 Т_рекр (для рассматриваемого металла выше 1600^оС), характеризуется потерей монокристалличности по оси шва (образованием высокоугловых границ зерен), росту углов разориентировки выше 90 мрад. перегрев может вызвать рекристаллизацию всего свариваемого монокристалла. Сварка образцов, заготовок и изделий осуществлялась на серийном оборудовании для электронно-лучевой сварки: установка У212М, укомплектованная высоковольтным источником питания (14 кВт) и сварочной пушкой типа УЛ119М. При сварке разрежение в камере составляло 6,7 мПа. Произведена сварка плоских образцов, заготовок и изделий цилиндрической формы из монокристаллов вольфрама. Пример параметров типового режима сварки, выбранных из условий обеспечения сквозного проплавления за один проход: оптимальный случай температура предварительного подогрева Т_п=1400^оС: ускоряющее напряжение U_уск=25 кВ; ток пучка.l_п=75 мА; скорость сварки V_cв=5 мм/с. Основным критерием качества сварных соединений являлась степень совершенства структуры, которая определялась рентгенографическим методом. Исследования проводились методом обратной съемки по Лауэ при последовательном смещении области облучения за 2 мм вдоль и перпендикулярно оси шва. Сами эпиграммы и расчет не приведены. Например, если оплавляют в стыке поверхности, на которые выводят кристаллографические плоскости (121), наблюдается, по мере приближения к оси шва, постепенное изменение кристаллографической ориентировки металла шва относительно основного металла, размытие ЛАУЗ-пятен. Плотность дислокации существенно возрастает, как и возрастают углы разориентировки (см. фиг. 5-1). Если оплавляют поверхности, на которые выходят кристаллографические плоскости (даже плотноупакованные) одной ориентации, но имеющие зеркальную ориентировку и не соблюдается одно из условий, например, температура подогрева, то структурные искажения могут быть настолько велики, что металл по оси шва может содержать поликристаллическую прослойку (см. рис. 5-2). В случае когда сварку ведут по предлагаемому способу, оплавляют поверхности, на которые выводят кристаллографические плоскости типа110} искажения структуры минимальны: минимальна разориентировка субзерен, металл шва имеет структуру, практически не отличающуюся от структуры исходного металла (см. рис. 5-3). Для других материалов с иным типом кристаллографической решетки наиболее плотноупакованными будут кристаллографические плоскости с другими индексами. Поэтому в формуле указана не конкретная ориентация стыкуемых поверхностей, а дано более широкое определение.

Формула изобретения

СПОСОБ СТЫКОВОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ в вакууме с предварительным подогревом, при котором свариваемые монокристаллы состыковывают по идентичным кристаллографическим плоскостям, отличающийся тем, что, с целью создания монокристаллических объектов с моногранной поверхностью путем оптимизации условий кристаллизации и повышения степени совершенства тонкой структуры сварного шва, предварительно определяют наиболее плотноупакованную кристаллографическую плоскость, совмещают указанную плоскость с плоскостью стыка, луч наводят на стык, после чего осуществляют сварку и формируют шов равной ширины с лицевой и корневой стороны соединения, а температуру подогрева выбирают от 0,6 до 0,8 температуры начала рекристаллизации свариваемого металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---