УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНА
APPARATUS FOR DIFFUSION WELDING OF PARTS MADE OF TITANIUM

Изобретение может быть использовано при соединении деталей из титана и его сплавов давлением с подогревом путем диффузионной сварки, в частности, для получения валов и других цилиндрических деталей.
Известны устройства, с помощью которых проводят горячее изостатическое сжатие деталей в вакууме при температуре от 973 до 1273 К и давлении до 5 МПа [Бондарь А.В., Пешков В.В., Киреев Л.С., Шурупов В.В. Диффузионная сварка титана и его сплавов. Воронеж. Изд - во ВГУ. 1998. - 256 с.)]. Для получения надежного соединения необходимо доведение контактных слоев соединяемых деталей до пластического состояния в течение длительного времени (десятки минут). Затем осуществляют контролируемое охлаждение. Длительное сжатие деталей может привести к их повреждению и накоплению нежелательных остаточных деформаций, особенно в случаях пористой структуры материалов деталей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для диффузионной сварки [Пат. №1018829А1 Устройство для диффузионной сварки. Исаев А.И., Ломоносов В.Г., Морозов В.Н., Казаков В.А. 1983-05-23], в котором предусмотрено помещение свариваемых деталей в сварочную камеру с прижимным элементом и рабочим столом, нагрев до сварочной температуры. Рабочие поверхности прижимного элемента и рабочего стола скошены под углом не более 45°, причем расстояние между неподвижными упорами соответствует допустимой деформации свариваемых деталей. В процессе деформирования свариваемые детали под действием упоров смещаются одна относительно другой на величину, соответствующую допустимой их объемной деформации. Сварку заканчивают при совпадении контуров свариваемых деталей. Благодаря скошенным рабочим поверхностям прижимного элемента и упорам в процессе сварки на свариваемые детали действует комбинированная технологическая нагрузка (сжатие со сдвигом) и в свариваемых деталях на контактных поверхностях возникают касательные напряжения, интенсифицируя процесс сварки. Такая схема нагружения позволяет по сравнению с традиционной, когда используются только силы сжатия, реализовать пластическое состояние в зоне сваривания деталей при значительно меньших силах сжатия.
Однако, использование такого устройства при сварке деталей цилиндрической формы с вытянутой осью (например, валов) невозможно, т.к. их объемная деформация недопустима. Кроме того, наличие поперечных сил, действующих на свариваемые детали во взаимно противоположных направлениях, может привести к смещению контактных поверхностей сваривания, их осей и даже появлению остаточных деформаций деталей, что недопустимо при изготовлении качественных изделий.
Технический результат данного изобретения направлен на расширение технологических возможностей устройства и повышение качества, получаемых изделий путем разработки устройства для диффузионной сварки цилиндрических деталей с вытянутой осью из титана и его сплавов при их комбинированном нагружении (сжатие со сдвигом), в наиболее экономичном режиме.
Это достигается тем, что в устройстве для диффузионной сварки преимущественно цилиндрических деталей с плоскими соединяемыми поверхностями, включающем сварочную камеру, рабочий стол, прижимной элемент для передачи сварочного давления перпендикулярно соединяемым поверхностям, выполненный в виде штока, отличающемся тем, что на штоке выполнена несамотормозящаяся резьба, через которую он взаимодействует с гайкой, воспринимающей технологическую силу и имеющей направляющую втулку, обеспечивающую ее осевое перемещение без вращения.
Выполнение устройства силового воздействия на свариваемые детали в виде винтового механизма с несамотормозящейся резьбой позволяет передавать на детали одновременно с технологическим давлением и крутящий момент и, таким образом, обеспечивать в плоскости соединения деталей касательные напряжения. Наличие окружных касательных сил, не смещающих контактные плоскости сваривания и их оси, позволяет достигать пластических деформаций при значительно меньших значениях сил сжатия и получить сварочное изделие при отсутствии нежелательных остаточных деформаций.
На фиг. 1 показано устройство, общий вид.
Устройство содержит герметичную сварочную камеру 1, нагреватель 2, рабочий стол 3 прижимной элемент (шток) 4, с выполненной на нем несамотормозящейся резьбой, гайку 5, направляющую 6.
Устройство работает следующим образом. Свариваемые детали 7, 8 устанавливают в сварочную камеру 1 внутри нагревателя 2 между прижимным штоком 4 и рабочим столом 3. Свариваемые детали нагреваются до температуры сварки и сжимают. Технологическую силу сжатия детали воспринимают со стороны штока 4, взаимодействующего с поступательно перемещающейся в направляющей 6 гайкой 5, через несамотормозящуюся резьбу, что обеспечивает действие в плоскости контакта свариваемых деталей помимо силы сжатия, также действие крутящего момента. Поэтому в плоскости контакта свариваемых деталей 7, 8 действуют нормальные и касательные напряжения. Совместное действие нормальных и касательных напряжений способствует переходу металла в зоне контакта свариваемых деталей в пластическое состояние при напряжениях сжатия свариваемых деталей значительно меньше значения их предела текучести.
Таким образом, комбинированное силовое воздействие при сварке валов и других цилиндрических деталей из титана и его сплавов позволяет получить высококачественное их неразъемное соединение без остаточных деформаций в наиболее экономичном режиме.