СТАЛЬНАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ СЖИМАЮЩЕГО ДАВЛЕНИЯ В КОНТЕЙНЕРЕ ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

Полезная модель относится к оборудованию для диффузионной сварки, а именно, стальной оснастке для передачи сжимающего давления в герметичном контейнере установки для диффузионной сварки и может быть использована при изготовлении титановых тонкостенных слоистых конструкций с поверхностью контактирования, представляющей собой сочетание соединений простейшей формы с малым сечением, например, воздухозаборников.
Известна стальная оснастка в виде технологических стальных листов для передачи сжимающего давления пакету свариваемых титановых заготовок в герметичном контейнере установки для диффузионной сварки (Сварка. Введение в специальность: Учебное пособие / В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков; Под ред. В.А. Фролова. - 4-е изд.; перераб. - М.: Альфа - М: Инфра - М, 2013. 215 с, рис.5.45).
Одной из проблем известной оснастки является процесс «схватывания» титановых обшивок со стальными технологическими листами, который периодически происходит при многократных применениях оснастки. В этом случае готовые сотопакеты, как правило, отбраковываются, что ведет к серьезным экономическим издержкам, учитывая высокую стоимость готовой продукции.
Другая проблема связана с газонасыщением поверхностных слоев титана при контакте со стальными листами в условиях диффузионной сварки, что снижает ресурс сварных конструкций.
И кроме того, в условиях диффузионной сварки при контакте титана со стальной оснасткой из-за наличия трения имеет место сдерживание сталью деформации титана, т.е. происходит так называемое «контактное упрочнение» титана. Поскольку в основе образования диффузионного соединения лежит высокотемпературная деформация свариваемых заготовок под действием сжимающего давления, то развитие «контактного упрочнения» приводит к снижению скорости ползучести титана и ухудшению качества диффузионного соединения.
Задача полезной модели - повышение качества сварного соединения титановых тонкостенных слоистых конструкций с сочетанием соединений малых сечений, полученных диффузионной сваркой.
Технический результат - снижение контактного трения между стальной оснасткой и титановыми деталями свариваемой конструкции.
Технический результат достигается тем, что стальная оснастка для передачи сжимающего давления в контейнере для диффузионной сварки титановых тонкостенных слоистых конструкций с сочетанием соединений малых сечений снабжена титановыми прокладками со стоп-покрытием препятствующим схватыванию, размещаемыми в зонах контакта оснастки со свариваемыми деталями, и толщина которых выбирается из условия:
, где
h - толщина одной из двух титановых прокладок;
d - ширина сечения и зоны контакта оснастки в местах соединения свариваемых деталей слоистой конструкции;
δ - суммарная толщина свариваемых деталей в местах соединения.
При этом стоп-покрытие может быть выполнено из порошка карбида или нитрида бора. Оснастка может быть выполнена в виде листов и/или штампа и/или полос.
Размещение в зонах контакта оснастки со свариваемыми деталями титановых прокладок толщиной, выбранной из условия (1) препятствует развитию эффекта «контактного упрочнения» в зонах соединения и приложения сжимающего давления. Условие (1) установлено экспериментально и позволяет при высокотемпературной деформации в процессе диффузионной сварки титановых тонкостенных конструкций с относительной высотой λ (λ=δ/d) свариваемых слоев менее 0,5 обеспечить их ползучесть со скоростью έγ, равной скорости έ ползучести свариваемых заготовок, находящихся в свободном состоянии λ>2,0 при заданном сжимающем давлении.
Стоп-покрытие на титановых прокладках предотвращает налипание титана прокладок на стальную оснастку и соединение титановых прокладок с титановыми элементами в процессе диффузионной сварки последних. Выполнение оснастки в виде листов и/или штампа и/или полос расширяет номенклатуру изготавливаемых конструкций.
На рисунке изображено размещение оснастки в виде штампа и листа при изготовлении элемента воздухозаборника.
1
2
Оснастка для диффузионной сварки элемента воздухосборника состоит из стального штампа 1 с прямыми выступами 2 и стального листа 3. На горизонтальной поверхности выступов 2 размещены титановые прокладки 4 с двухсторонним стоп-покрытием (не показано) в зонах контакта со стальными выступами 2 и гофрами (ширина 6 мм) титановой заготовки 5 (толщина стенки δ=0,3 мм) свариваемой конструкции соответственно. Между стальным листом 3 и листовой титановой заготовкой 6 (толщиной стенки δ=0,3 мм) в местах соединения с заготовкой 6 размещены титановые прокладки 7 с двухсторонним стоп-покрытием в зонах контакта с листом 3 и заготовкой 6 соответственно.
Титановые прокладки 4,7 выполнены в виде полос шириной, равной ширине выступов 2 и гофров титановой заготовки 6 (d=6 мм) и одинаковой толщины h, удовлетворяющей условию (1). Т.е. 2h≥0,5·6-0,3·2=2,4 мм, таким образом титановые прокладки для стальной оснастки должны быть выполнены из титанового материала толщиной не менее 1,2 мм. В этом случае при высокотемпературной деформации в процессе диффузионной сварки заготовок 5,6 с относительной высотой в местах соединения λ=0,05 можно обеспечить их ползучесть со скоростью έγ, равной скорости έ ползучести свариваемых заготовок, находящихся в свободном состоянии при заданном сжимающем давлении, т.е. заготовок толщиной 6 мм и более каждая.