устройство для диффузионной сварки

Формула изобретения

1. Устройство для диффузионной сварки, содержащее вакуумную камеру для сварки в ней заготовок, выполненную в виде переносного контейнера, приспособленного для нагрева в промышленной печи, источник нагрева заготовок и малогабаритный пресс, заполненный веществом, расширяющимся при нагреве, помещенный в контейнер для совместного сжатия вместе с заготовками при температуре диффузионной сварки, отличающееся тем, что пресс выполнен в виде одногофрового сильфона, заглушенного по торцам толстостенными дисками, к которым приварены по наружному контуру тонкостенные мембраны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве вещества, расширяющегося при нагреве, использован воздух.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области диффузионной сварки в вакууме заготовок из разнородных материалов, а более конкретно к оборудованию для диффузионной сварки корпусов шаговых двигателей, у которых корпус выполнен в виде набора чередующихся между собой колец из немагнитной и магнитной сталей.

Изобретение направлено на упрощение и удешевление процесса диффузионной сварки в вакууме преимущественно корпусов шаговых двигателей.

Упрощение и удешевление устройства достигается за счет отказа от традиционного и дорогостоящего оборудования для диффузионной сварки, включающего гидравлический пресс, вакуумную камеру с системой обеспечения рабочего вакуума (510^-5 мм рт. ст.), запорную арматуру для вакуума и водоохлаждення, высокочастотный генератор для нагрева свариваемых заготовок и т.д. (см. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976 г., стр.78-102).

Обычно стоимость полностью укомплектованной установка для диффузионной сварки составляет более 1 млн рублей, при этом на стоимость гидравлического пресса приходится значительная часть этой суммы.

Одним из путей снижения стоимости процесса диффузионной сварки может стать отказ от вакуумной камеры с ее вакуумным обеспечением, отказ от высокочастотного нагрева и отказ от гидравлического пресса.

Вакуумную камеру может заменить вакуумный контейнер многоразового использования, изготавливаемый под конкретные габариты свариваемых заготовок.

Высокочастотный нагрев можно заменить печным нагревом, если нагревать отвакуумированный контейнер со свариваемыми заготовками в обычной промышленной печи.

Гидравлический пресс можно заменить компактной герметичной камерой сильфонного типа, заполненной веществом, увеличивающим свой объем при повышении температуры, а если герметичной камере не позволить увеличивать свой объем, например, за счет жесткого соединения ее со свариваемыми заготовками, то в камере будет подниматься давление, которое, в свою очередь, будет обеспечивать сварочное сдавливание свариваемых поверхностей заготовок. Регулирование усилия сдавливания при температуре диффузионной сварки может обеспечиваться за счет оставления в камере воздуха, или воздуха и расчетного количества воды, или воздуха и какого-то твердого вещества, легко переходящего при нагреве в газ или пар и т.д.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы разработать новое оборудование для диффузионной сварки в вакууме, которое бы позволило отказаться от использования сложного и дорогостоящего оборудования, входящего в комплект классической диффузионной установки, за счет чего можно было бы упростить и удешевить осуществление процесса диффузионной сварки применительно к конкретному массовому изделию.

Технический результат, получаемый при реализации заявляемого изобретения, состоит в том, что вместо универсальной рабочей вакуумной камеры, приспособленной для сварки больших и малых заготовок, используют цилиндрический вакуумный контейнер, сопоставимый по габаритам со свариваемыми заготовками, а вместо дорогостоящего гидравлического пресса используют простое устройство в виде герметичной емкости сильфонного типа, заполненной рабочим телом, увеличивающим свой объем при нагреве, а в случае сохранения заданного объема увеличивается давление в емкости и тем самым создается рабочее сдавливание свариваемых поверхностей заготовок, а вместо высокочастотного нагрева свариваемых заготовок используют их нагрев в составе контейнера за счет нагрева контейнера в промышленной печи.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для диффузионной сварки, содержащем вакуумную камеру для сварки в ней заготовок, выполненную в виде переносного контейнера, приспособленного для нагрева в промышленной печи, источник нагрева заготовок и малогабаритный пресс, заполненный веществом, расширяющимся при нагреве, помещенный в контейнер для совместного сжатия вместе с заготовками при температуре диффузионной сварки,

- пресс выполнен в виде одногофрового сильфона, заглушенного по торцам толстостенными дисками, к которым приварены по наружному контуру тонкостенные мембраны;

- кроме того, в качестве вещества, расширяющегося при нагреве, использован воздух.

Заявленное устройство для диффузионной сварки обеспечивает возможность применять диффузионную сварку на заводах и предприятиях, где нет классических установок для диффузионной сварки в вакууме, но есть обычные промышленные печи и сварочные электронно-лучевые установки. С их помощью по заявляемому способу можно осуществлять практически все виды диффузионной сварки в широком диапазоне размеров заготовок.

Новизна заявляемого устройства для диффузионной сварки состоит в применении принципиально нового оборудования, когда пресс, предназначенный для сдавливания свариваемых поверхностей, выполнен в виде мини-пресса, соизмеримого по габаритам со свариваемыми заготовками, который помещают вовнутрь вакуумной камеры, выполненной в виде переносного вакуумного контейнера, а нагрев заготовок до температуры диффузионной сварки осуществляют за счет нагрева в печи самой вакуумной камеры.

В качестве мини-пресса, показанного на фиг.2 и 3, используется устройство в виде одногофрового сильфона, заглушенного по торцам толстостенными дисками и заполненного рабочим телом в виде какого-либо вещества, расширяющегося при нагреве, например воздухом или воздухом с небольшим количеством воды. При нагреве до температуры диффузионной сварки (~1000°С) воздух и тем более вода в виде пара расширяются, а если заготовки совместно с мини-прессом сжаты и установлены в таком положении враспор между неподвижными стенками, то по закону Ж. Шарля в полости одногофрового сильфона будет возрастать давление по мере нагрева пропорционально росту абсолютной температуры.

Такое устройство в зависимости от первоначального объема рабочего тела может обеспечить необходимое для осуществления процесса диффузионной сварки усилие сдавливания.

Заявляемое устройство для диффузионной сварки изготавливают следующим образом. На прилагаемой фигуре 1 показана принципиальная конструктивная схема, на основе которой создается рабочая конструкция заявляемого устройства для диффузионной сварки. В соответствии с габаритами свариваемых заготовок изготавливается контейнер 1 цилиндрической формы с донышками 2 преимущественно из нержавеющей стали марки Х18Н10Т, с толщиной стенки 4-8 мм в зависимости от диаметра контейнера, изготавливаемого, как правило, из трубы. Одно донышко 2 приварено к трубе заранее, а другое приваривается после загрузки в контейнер свариваемых заготовок совместно с мини-прессом 3, при этом длина контейнера выполнена на несколько миллиметров больше, чем суммарная высота заготовок, собранных совместно с мини-прессом. Перед загрузкой в контейнер мини-пресс обязательно сжимают, как показано на фиг.3, до упора, при этом свариваемые заготовки и сжатый мини-пресс устанавливают в контейнер враспор между донышками 1, что достигается за счет набора прокладок 4, 5. В прокладке 5 выполнены радиальные отверстия для ускорения вакуумирования околостенного пространства.

После установки в контейнер заготовок и мини-пресса крышку 2 и корпус контейнера 1 стягивают между собой и сваривают, после чего производят вакуумирование контейнера через откачное отверстие 6.

Известно несколько способов вакуумирования сосудов и их герметизации с обеспечением в сосуде заданного разрежения. Наиболее широкое распространение получил способ вакуумирования путем помещения подлежащего вакуумированию сосуда в вакуумную камеру электронно-лучевой установки (ЭЛУ). В этом случае вакуумирование осуществляется за счет работы вакуумной системы ЭЛУ. После достижения в вакуумной камере ЭЛУ разрежения 510^-5 мм рт. ст. электронным лучом установки производят заварку откачного отверстия 6 по известной технологии. В результате в контейнере надежно фиксируется необходимое для осуществления диффузионной сварки рабочее разрежение.

В таком виде контейнер готов для установки в промышленную печь, разогретую до температуры диффузионной сварки.

Пример осуществления

По заявляемому устройству для диффузионной сварки изготовили переносной контейнер из стали 1Х18Н10Т применительно к диффузионной сварке корпуса шагового двигателя, представляющегося собой набор кольцевых заготовок из магнитной и немагнитной сталей с наружным диаметром 112 мм и общей высотой 150 мм.

Контейнер выполнили из трубы с внутренним диаметром 115 мм и толщиной стенки 8 мм. Крышки контейнера выполнили с толщиной стенки 10 мм. Мини-пресс 3 был изготовлен в виде одногофрового сильфона, как показано на фиг.2 и 3, герметичную камеру которого заполнили обычным воздухом.

На фиг.2 показан мини-пресс после изготовления и герметизации в нем воздуха с помощью аргонодуговой сварки. Одногофровый пресс имеет по торцам толстостенные (8 мм) диски 7, к которым приварены по наружному контуру тонкостенные мембраны (0,5 мм) 8, а внутренние отверстия мембран сварены между собой с помощью накладных колец 9.

На фиг.3 показан мини-пресс в полностью сжатом рабочем состоянии, что создает в полости мини-пресса исходные давления воздуха в 2-3 атмосферы, которые при нагреве будут увеличиваться пропорционально росту абсолютной температуры.

В качестве конструкции мини-пресса была принята конструктивная схема в виде одногофрового сильфона, как показано на фиг.1 и 2. Герметичная камера мини-пресса 3 была заполнена обычным воздухом в том объеме, который при нагреве до 1000°С обеспечивал суммарное усилие сдавливания колец около 850 кг. Такое усилие было выбрано для того, чтобы ползучесть колец из магнитной стали была минимальной. Кольца и мини-пресс 3 установили враспор между торцевыми стенками цилиндрического контейнера с помощью прокладок 4, 5, при этом в прокладке 5 были выполнены радиальные отверстия для более быстрого вакуумирования полости контейнера через откачное отверстие 6.

После сборки заготовок, пресса 3 и прокладок 4, 5 крышку 2 с помощью струпцины состыковали с контейнером и сжали, а потом прихватили свариваемые кромки в 4-х местах аргонодуговой сваркой, после чего струбцину убрали, а крышку 2 приварили к корпусу 1 аргонодуговой сваркой с присадкой.

Затем контейнер с заготовками и мини-прессом поместили в вакуумную камеру ЭЛУ, в которой через откачное отверстие 6 создали рабочее разрежение, после чего с помощью электронного луча установки ЭЛУ заварили откачное отверстие по специальной технологии, позволяющей заваривать откачные отверстия диаметром до 6 мм.

После герметизации контейнер готов для установки в промышленную печь сопротивления, где контейнер будет нагрет до 980С и выдержан при этой температуре 20 минут, что обеспечит диффузионную сварку кольцевых заготовок.