Устройство для сдавливания деталей при диффузионной сварке

Полезная модель относится к оборудованию для сварки давлением и может быть использована, например, в электронной и авиационной промышленности.
Известно устройство для сдавливания деталей при диффузионной сварке за счет разности коэффициентов термического расширения (КТР) материалов, содержащее стяжные элементы с резьбовым соединением из материала с низким КТР и толкатель из материала с высоким КТР (а.с. СССР №814622, опубл. 23.01.81, БИ №11).
Недостатком известного устройства является схватывание стяжного элемента в месте резьбового соединения и невозможность разборки устройства после сварки, растрескивания керамических элементов вследствие приложения давления при низких температурах, а также невозможность вакуумирования полых элементов сварных изделий.
Известно также устройство для сдавливания деталей при диффузионной сварке за счет разности коэффициентов термического расширения (КТР) материалов, содержащее стяжные элементы из материала с низким КТР и распорные втулки из материала с высоким КТР (а.с. СССР №640827, опубл. 08.01.79, БИ№1).
Недостатком устройства является низкая долговечность из-за деформации стяжного элемента, растрескивания керамических элементов вследствие приложения давления при низких температурах, а также невозможность вакуумирования полых элементов сварных изделий.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для сдавливания деталей при диффузионной сварке за счет разности коэффициентов термического расширения (КТР) материалов, содержащее стяжные элементы из материала с низким КТР и распорные элементы из материала с высоким КТР, стяжные элементы выполнены в виде монолитной стойки со сквозным пазом, а распорные элементы расположены в пазу и выполнены в виде двух полуклиньев с углом наклона меньшим угла трения и площадью контакта между полуклиньями, предотвращающей их схватывание (патент на полезную модель РФ №191446 получен 22.08.2019)
Техническая проблема заключается в растрескивании керамических элементов вследствие приложения давления при низких температурах, а также невозможность вакуумирования полых элементов сварных изделий.
Технический результат заключается в исключении растрескивания керамических элементов вследствие приложения давления при низких температурах, а также обеспечения возможности вакуумирования полых элементов сварных изделий.
Техническая проблема решается тем, что в устройстве для сдавливания деталей при диффузионной сварке за счет разности КТР материалов, содержащий стяжной элемент в виде монолитной стойки со сквозным пазом, распорные элементы в виде полуклиньев с углом наклона меньше угла трения, стяжной элемент выполнен из материала с высоким КТР, распорный элемент из материала с низким КРТ, причем один из клиньев имеет возможность перемещения перпендикулярно оси стойки.
Подвижный полуклин имеет возможность перемещения под действием собственной силы тяжести.
На фиг. 1 изображено предложенное устройство (продольный разрез). На фиг. 2 - устройство, вид сверху.
Устройство содержит стяжной элемент, выполненный в виде монолитной стойки 1 из материала с высоким КТР, в которой выполнен симметричный сквозной паз 2 прямоугольной формы. В пазу расположены распорные элементы, выполненные в виде двух полуклиньев 3 и 4 с углом наклона α меньше угла трения и площадью контакта, предотвращающей схватывание и низким КТР. Между стойкой 1 и полуклиньями 3, 4 расположены свариваемые детали 5, 6, 7, имеющие замкнутую полость 8. Стойка 1 установлена на подставке 9, причем перемещение клина 4 ограничено подставкой 9, а клин 3 имеет возможность вертикального перемещения под действием собственной силы тяжести, устройство расположено в вакуумной камере (на фиг. 1, 2 не показано).
Устройство работает следующим образом.
н
с
с
н
с
н
с
н
н
с
В паз 2 стойки 1, установленной на подставке 9, устанавливают полуклинья 3 и 4, между которыми расположены свариваемые изделия 5, 6, 7. Затем устройство помещают в вакуумную камеру и нагревают в печи до температуры Т, составляющую 1,1-1,2 от температуры сварки Т, охлаждают до Т и выдерживают в течение времени сварки. При Т меньше 1,1 Т не обеспечивается достаточное усилие сварки, а при Т больше 1,2 Т не обеспечивается достаточная температура сварки. Температура сварки и время сварки задается в зависимости от материала свариваемых деталей. Затем устройство охлаждают до комнатной температуры. Усилие сварки при охлаждении создается за счет разности КТР стойки 1 и клиньев 3 и 4. В процессе нагрева до Т между свариваемыми деталями 5, 6, 7 и полуклином 3 образуется зазор вследствие того, что стойка 1 имеет расширение больше чем полуклинья 3, 4. Этот зазор компенсируется вертикальным перемещением клина 3 под собственной силой тяжести. При охлаждении от Т до Т создается усилие сварки из-за того, что стойка 1 сжимается больше чем полуклинья 3, 4. Отсутствие усилия сварки в процессе нагрева и приложение давления при высокой температуре исключает растрескивание керамических деталей вследствие повышения пластичности керамики при высоких температурах. Наличие зазора между свариваемыми деталями в процессе нагрева обеспечивает вакуумирование и обезгаживание полости 8.
Пример выполнения устройства.
-6
-1
-6
-1
н
с
с
с
В паз 2 стойки 1, изготовленной из нержавеющей стали 12Х18Н9Т с КТР, равным 18⋅10 К, устанавливали полуклинья 3 и 4, выполненные из молибдена или ковара 29НК с КТР равным 6⋅10 К с углом наклона α=12°. Между полуклином 3 и стойкой 1 располагались свариваемые изделия 7 из керамики 22ХС и 5,6 из ковара. Стойка 1 имеет диаметр 60 мм, а ширина паза равна 40 мм. Затем устройство нагревали в вакуумной печи до температуры Т=1100°С, охлаждали до Т=1000°С и выдерживали в течение 15 минут. Усилие сварки при охлаждении до Т создавалось за счет разности КТР стойки 1 и клиньев 3 и 4. Сдвиг клиньев при охлаждении и создания усилия сварки предотвращался углом наклона α=12°, меньшим угла трения, равного в данном случае 14°, а схватывание исключается большей площадью контакта полуклиньев, в 3 раза большей площади контакта свариваемых деталей 6 и 7. После выдержки при Т устройство охлаждали до комнатной температуры. Разборка устройства осуществляется путем выпрессовки клина 3.
Технический результат, заключающийся в исключении растрескивания керамических элементов, а также обеспечение возможности вакуумирования полых элементов сварных изделий, достигается вследствие приложения давления при высоких температурах при охлаждении устройства, т.к. КТР стойки больше чем КТР клиньев.