Изготовление векторных преобразователей диффузионной сваркой

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

риалов, соединение которых другими способами затруднено или невозможно; получение принципиально новых конструкций сварных узлов; диффузионные соединения по прочности, пластичности, вакуумной плотности, термической и коррозийной стойкости полностью отвечают требованиям, предъявляемым к любым ответственным конструкциям [1].

В настоящее время тракты высокочастотных вол-новодных элементов нашли широкое применение в узлах ракетной и космической техники (спутники связи и т. п.). Поэтому условия эксплуатации высокочастотных волноводных элементов очень жесткие: они должны быть стойкими к циклическому изменению температур, способны работать при гидравлических, знакопеременных нагрузках, должны быть кор-розионностойкими, отличаться высокой прочностью соединения и иметь минимальный вес.

Основные эксплуатационные требования:

- циклическое изменение температуры 153-393 К;

- атмосферное давление от 1 • 10-13 до 1520 мм рт. ст.;

- влажность до 98 % при температуре 308 К;

- обеспечивать механическую прочность при: вибрации в диапазоне частот от 1,5 до 2500 Гц с ускорением 12g;

ударных перегрузках - 3 удара с ускорением 40g и длительностью импульса от 3 до 6 мс.; линейных нагрузках до 12g.

Для получения высокочастотных элементов волноводов применяют сплав АМг6.

Сплав легко обрабатывается давлением, хорошо сваривается и обладает высокой коррозионной стойкостью, применяется для сварных и клёпаных элементов конструкций.

Основными технологическими параметрами процесса диффузионной сварки являются: температура сварки, время изотермической выдержки, давление, скорость охлаждения.

На основании ранее приведенных исследований были выбраны следующие основные режимы сварки (см. таблицу).

Критериями оценки качества сварных соединений были выбраны прочность соединения на разрыв и относительная деформация сварных образцов.

Исследования проводили на образцах имитаторах, которые удобны для проведения испытаний и измерений, и которые легко изготавливать. При

обеспечении одинаковых условий сварки образцов имитаторов и изделий (однородность материала, подготовка свариваемых поверхностей, режимы сварки и др.), можно по измеренным характеристикам сварного соединения образцов судить о качестве сварного соединения готовых изделий.

Т, К Р, МПа т, с V 4 натр.? град/мин V 4 охл.? град/мин

753-803 6-10 1 200-1 800 10-14 3-9

Как показали проведенные исследования получить необходимую прочность соединения при допустимых линейных деформациях на образцах невозможно.

Результаты испытаний соединений АМг6 + АМг6, показали, что при достижении требуемой прочности соединения (св > 160 МПа) относительная деформация значительно превышала допустимое значение более 1 %, поэтому с целью снижения температуры и давления сварки, которые в значительной мере влияют на прочность соединения и деформацию изделия, использовали прокладку из алюминия марки А5 толщиной 0,15 мм [2].

В результате проведенных исследований были определены оптимальные режимы сварки, при которых обеспечивалась необходимая прочность соединения и относительная деформация:

Т = 773 К ± 20К,

Р = 8,5 МПа ± 0,5 МПа,

т = 1 500 с ± 60 с.

Высокочастотные элементы волноводов, сваренные на данных режимах, показали, что они сохраняют работоспособность в необходимых интервалах температуры, и обеспечивают механическую прочность вибрации, ударных и линейных нагрузках.

Библиографические ссылки

1. Мусин Р. А., Конюшков Г. В. Специальные методы сварки давлением : учебник. Саратов : Ай Пи Эр Медиа, 2009.

2. Люшинский А. В. Диффузионная сварка разнородных материалов. М. : Академия, 2006.

© Морозов Д. С., Прокопьев С. В., 2011

УДК 669.713.7

А. А. Нестеренко Научный руководитель - С. В. Прокопьев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВЕКТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ

Рассмотрена проблема изготовления векторных преобразователей. Предложен способ их изготовления. Проведены исследования и определены оптимальные режимы диффузионной сварки векторных преобразователей.

При изготовлении векторных преобразователей проблемным вопросом в приборостроении является получение качественного и надежного соединения, разнородных материалов таких, например, как титан

ВТ1-0 с пьезокерамикой ЦТС-19.

Неразъемные соединения, применяемые в ответственных узлах, должны обладать высокой прочностью и надежностью. Кроме того, сварные соединения век-

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

торных преобразователей из титана и пьезокерамики, должны иметь необходимые пьезоэлектрические и электрофизические свойства, противостоять внешним воздействиям (термоциклированние, ударные и вибрационные нагрузки).

Изготовление аналогичных изделий пайкой, склеиванием не обеспечивает достаточной прочности соединений.

В последнее время в промышленности находит применение способ диффузионной сварки, который позволяет получать качественные соединения, как однородных, так и разнородных материалов применительно к малогабаритным высокоточным и сложным конструкциям.

В качестве материалов для векторных преобразователей использовали титан ВТ1-0; металлизированную пьезокерамику ЦТС-19.

Основными технологическими параметрами процесса диффузионной сварки титана с пьезокерамикой являются:

- температура сварки, Т;

- время изотермической выдержки, т;

- давление сварки, Р;

- степень разрежения в вакуумной камере, Ш;

- скорости нагрева и охлаждения, Унагр, Уохл.

Интервалы варьирования технологических параметров выбираются на основании теоретических положений и предварительных экспериментов.

При диффузионной сварке важно выполнить следующие требования: поверхности соединяемых деталей должны быть очищены и обеспечен непосредственный их контакт; материалы следует нагревать до температуры, способствующей диффузии материалов через соединяемые поверхности.

Температура сварки является определяющим фактором в образовании сварного соединения пьезо-керамики с титаном. Температура сварки должна обеспечить максимальную величину пластического деформирования и развитие диффузионных процессов.

Сварочное давление должно быть достаточным, чтобы осуществить деформацию микронеровностей и шероховатостей на свариваемых поверхностях, и обеспечить максимальную фактическую площадь их контакта.

Оптимальное значение давления, обеспечивающее качественное соединения, не приводящее к пластической деформации детали, примерно равно пределу текучести свариваемых материалов при температуре сварки.

При сварке однородных или разнородных материалов через менее прочную промежуточную прокладку, давление устанавливают по промежуточной прокладке.

При диффузионной сварке время изотермической выдержки должно быть достаточным для протекания диффузионных процессов и формирования сварного соединения. Его выбирают опытным путем или расчетом по существующим методикам. Оно ограничивается возможным изменением физико-механических свойств материалов и электрофизических характеристик узлов.

Скорость охлаждения деталей зависит от их размеров, выбирается с учетом разницы ТКЛР свариваемых материалов, зависит от применяемого приспособления. Чем больше различие ТКЛР и больше диаметральные размеры деталей, тем меньше должна быть скорость охлаждения.

Исходя из выше изложенного, и из ранее проведенных экспериментов, выбираем интервалы режимов для свариваемых материалов ВТ1-0+ЦТС-19. Диапазоны режимов приведены в таблице.

Твп, К Рвп, МПа т, с Унагр, К/с Уохл, К/С

778-898 4,5-8,5 600-1200 0,2-0,3 0,05-0,07

Как показали проведенные эксперименты получить прочные соединения между титаном и пьезокерамикой возможно. Однако из-за химических свойств свариваемых материалов не обеспечились необходимые пьезоэлектрические свойства. Чтобы обеспечить заданные эксплуатационные свойства была выбрана металлизированная пьезокерамика. Металлизация пьезокерамики серебром проводилась в заводских условиях.

Применение промежуточной прокладки позволило снизить температуру и давление (Т = 868 ± 10 К; Р = 6,5 ± 0,5 МПа) сварки титана с пьезокерамикой и обеспечить необходимые механические и пьезоэлектрические свойства:

- прочность соединения сраз = 9,5 ± 0,5 МПа;

- напряжение резонанса ир = 130 мВ;

- напряжение антирезонанса иа = 2 мВ.

В результате проведенных экспериментов разработан технологический процесс диффузионной сварки пьезокерамики с титаном применительно к векторным преобразователям.

© Нестеренко А. А., Прокопьев С. В., 2011