Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов

Подождите немного. Документ загружается.

на

установках'

спроектированнь1х

и и3готовле11нь1х

на

москов-

ском

комбинате

твердь1х

сплавов

им с. п'

€оловьева.

|!еред сваркой

торць1 изделий тшлифовали

на

торце1плифоваль-

ном

станке и обезх<иривали спиртом

или ацетоном. ||ри

диффу-

зионной

сварке в вакууме

оптимальном

ре)киме

:1400_

1500'

(;

4 кгс/мм2, !

5_7 мин

физинеская

граница

ме)кду

свариваемь1ми

материалами

полностью

отсутствовала.

€труктура зоньт

сварки

и ее прочность

не

отличались

от

струк-

турь| и прочности исходного материала. !!4зменений

физико-меха-

нических

свойств

соединяемь1х материалов в

3оне сварки

по сравне-

нию с исходнь1ми

не

обнарух<ено.

€варка

пористь|х

металлов

€варка

волокнисть|х и поро|||ковь|х

металлов.

3озмо>к-

ности сварки плавлением

и пайки при соединении пористь1х

ме-

таллов весьма

ограничень|'

так как при

наличии

х<идкой

фазьт

по-

следняя 3атекает

порь1

и под

действием

капиллярнь1х

сил

мо}кет

проникать

на 3начительную

глубину, нару1пая

исходную прони-

цаемость

пористого металла.

(роме

того' при

сварке

плавлением

в процессе

кристалли3ации

11]ва происходит

3начитель!{ая

усадка

литого

металла'

приводящая

образованию

трещин.

Аля

соединения пористь|х

металлов весьма перспективна

диф-

фузионная

сварка' при

которой путем варьирования

технологи-

ческими

параметрами процесса мох(но получить

качественное

соеди-

нение.

[1роведение

сварочного

цикла

без

увета

специфики

пори-

сть[х металлов мо}кет

привести к изменению

ра3меров

и пористости.

|{ри

изунении механизма

и кинетики

процессов' происходящих

при

диффузионной

сварке

пористь1х металлов'

необходимо

иметь

в виду

особенности

фазового равновесия,

обусловленнь|е

дисперс-

ностью

фаз.

области вь1соких температур' когда

диффузионная

подвих{-

ность

атомов и

упругость

паров

достаточно

велики' в пористь1х

телах

самопроизвольно

протекают

процессьт' обусловленнь:е

стремлением

системь1

умень1пению

свободной

энергии и' в част_

ности'

того

слагаемого' которое свя3ано с наличием

развитой

по-

верхности.

Ёсли в

процессе спекания

под

действием

сил

поверх-

ностного

натя}кения не происходит 3начительной

пластической

деформации'

то

при прило)кении с)кимающего

давления'

как это

имеет

место

при

дифузионной

сварке'

дол'{ен

наступить

момент'

когда

напрях{ения превь|сят предел текучести

начнется

пласти-

ческое

течение

материала' сопрово)кдающееся

изменением

формьт

конструкции

со

значительной

усадкой'пор.

!,иффузионную

сварку

пористь|х

металлов следует проводить

при

тщательном

контроле

основнь1х

технологических параметров

процесса.

}величение

с}кимающего

давления

вь|1пе

допустимого

мо}кет

привести

умень11]ению

пористости

зоне контакта и

да>1<е

полному

ее

исчезновению. 1емпература

сварочного

цикладолх(на

221

{

бьтть

строго

лимитирована

да}ке

при

весьма

ни3ких

давлениях'

так

как в области

вь1соких температур'

когда

диффузионная

подви)к_

ность

атомов

упругость

паров металла

достаточно

велики' мо_

>т{ет

прои3ойти самопроизвольньтй

процесс коагуляции

пор.

|!оверхности

свариваемь1х

пористь1х металлов необходимо

подготовлять

соответствии

особьтш:и требованиями:

а)

для

во_

локнисть1х

металлов

х{елательно

исключить процесс

механической

о6ра6от-ки,

которьтй

приводит

к отслаиванию

волокон

ухуд1пает

качество соединения;

б)

детали

из поро1пковь]х

металлов перед

механической обработкой

следует

пропить]вать

специальнь1м

напол_

нителем'

которьтй

перед сваркой

удаляется

испарением

в вакууме.

}казанньте обстоятельства

необход'1мо

учить1вать

при

разработке

технологии

диффузионной

сварки

металлических

материалов.

|[ористое )келезо с

пористь1м

)келезом

(однородньте металльт)

и пористое )келезо с

пористь]м

>келезографитом

(разнороднь1е ме-

таллй)

сваривают

при 7:800'€;

р:10

кгс/мм2; Ё:10-:-

-:-15

мин и

10-3-:-

10_6 мм

рт.

ст.

||оскольку образцьт

из

пористь1х

металлов'

отличие

от ком-

пактнь1х'

вследствие

пористости

имеют

развитую

поверхность'

покрь1тую

окислами

и адсорбированнь]ми

газами'

они

в больтпей

степени

(нем

компактньте) ну)кдаются

удалении

поверхностнь|х

пленок' препятствующих

образованию

металлических

связей

и про-

теканию

во время

сварки

дифузионньтх

процессов.

|!оэтому

после со3дания необходимого

ра3ре}кения

(без

давления)

необхо_

дим

нагрев

образцов.

Аля

равномерного

прогрева

ток

подают

импульсами по следующему

ре>киму:

11осле

десятисекундного

на-

грева

обра3ца

ток вь1ключают на

для

вь1равниван|1я

темпера'

турь1 по объему

материала. ]акой

ре)ким

поддер}кивают

тече_

ние

мин'

при

этом

происходит

диссоциация

газов.

|1осле оконча!тия

подготовительного

периода на

контактируе-

мьте образць1

подают

необходимое

давление

до

кгс/см2.

|!ро-

цесс''сварки дл\4тся

10_15 мин. €вареннь:е образць1

охла)кдают

до

комнатной

температурь1 и вьтнимают

и3 вакуумной

камерьт.

Аля

исследования

влияния

вь1сокочастотного

нагрева

усло-

виях

ра3ре)кения

на

механические

свойства

материала

испь|тань1

две

партии контрольнь1х

плоских

образцов.

Фбразць: первой

пар-

т|1и подвергали

предварительному спеканию

при

температуре

1200" с в

атмосфере водорода.

Бторая партия образцов

оставалась

неспеченной.

Фбе партии

образцов

нагревали

до

температурь|

800"

с и вь1дерх{ивалй

в течение 5 мин йри

давлении

кгс/см2.

Аанньте,

полученнь1е

при

исследовании'

показали'

что

при

на_

греве образцов в вакууме

ра3мерьт

пористого материала несколько

уменьтшйлись.

||рон::ость

предвар1{тельно спеченнь]х

образцов

после кратковременного нагрева

в вакууме

осталась

практически

неизменной. ||ронностньте свойства

неспеченного

материала

повь1-

сились. Фднако они 3начительно

ни>ке свойств

предварительно

спеченного материала.

1аким образом,

при

даннь|х

ре}кимах

совме-

щение

операций спекания

и припекания

исключается.

222

||ронность

сварного соединения пористь1х

однородньтх

метал-

лов

практически не

и3меняется. |1ронность сварнь1х соединений

из

ра31{ороднь|х

материалов возрастает. Ёаблюдается не3начитель-

ное

умень1шение

пористости исходнь|х

материалов

деталях

после

сварки.

}меньтление

пористости

мо)кно

объяснить

увеличением

длительности

пребьтвания пористь]х

материалов

при вь|соких

температурах

процессе

сварки по

сравнению

процессом

спека-

ния.

|1ри испь1тании сварнь]х

соединений

на

изгиб отслаивания не

наблюдалось.

}1еталлографинеские исследования показали'

что при оптималь-

нь1х

условиях

происходит прочное

соединение

пористьтх металлов

ме)кду

собой.

[раница

ра3дела

не

просматривается.

Ёеобходимость

сварки

пористь]х аустенитнь1х сталей связана

созданием на нефтеперерабать]вающих

химических заводах

очистнь|х соорух(ений.

|1ористьте трубьт из етал14

12[18Ё9, при-

меняемь1е

для

этих

целей;

характери3уются отно1шением

длинь1

диаметру'

значительно превь11пающим

десятикратное.

||олу-

нать

трубьт

такой

длинь1

равномерно

распределенной

по всей

длине

пористостью

(порядка

30-40о/о)

весьма

трудно.

,[|ля

этого

требуется слох(ное

дорогостоящее

оборудование.

3адана облег-

чается

при получении таких.труб путем соединения

отдельнь|х

элементов. €варка

плавлением' и пайка не всегда

обеспечивают

качественное соединение. |{рименение

дифузионной

сварки

по-

зволяет

получить качественное сварное соединение.

€оединение

требуемого качества получено сваркой на

опти-

мальнь1х

ре)кимах

7:1200'€;

р:0,3

кгс/мм2;

[:|

мин

10_3

мм

рт.

ст. }казанньтй

ре)ким

по3воляет сваривать

трубьт любой

длинь|

на специальной

установке.

}величение температурь1'

давления

и времени сварки

вь|1пе

оптимальньтх значений шриводит к

деформации

металла

3оне

соединения' нару1пению геометрической

формь:

изделий

и измене-

нию

фильтрующих

свойств

пористой

стали.

||ри испьттании

сварнь1х соединений на

изгиб

до

ра3ру1пения

они

вь|дер}кивают

нагру3ку 300-400

кгс. Разру:шение происходит

по

основному металлу.

|1рименение

диффузионной

сварк::1

для

соединения

деталей

из

пористого

титана позволяет

3начительно

повь]сить

коэфи{иент

исполь3ования

металла при и3готовлении

деталей

сократить

трудоемкость

и3готовления пресс-форм

для

получения

деталей

}{з

пористого

титана

слох<ной

формьт.

|1ри изготовлении

деталей

сло>кной

конфигурацу\и

из компактного

титана коэффициент

ис-

пользования

металла

обьтчно не

превь|1пает

0,3_0,5,

а отходьт

необратимьт.

|1рименение технологии

порошковой

металлургии

позволяет

повь|сить

коэффициент исполь3ования

металла

до

0,в_0'9.

€ократить

трудоемкость

изготовления пресс_форм

для

получения

деталей

сло>кной

конфигурации

мо)кно путем

сварки

таких

конструкций

из

отдельнь|х

прессованнь1х

элемен-

тов.

оо2

66;642,кас|нн2

0 5 70 ?0

[,нцн

р=0,35

кес/нп2

|о

60,,

ф;4%

':,1

ф;4%

!:1

т,'с

000

т=1000

ос

60,,

[г

10 20!,нцн

Р цс,

1 20.

3авцсцмосгпь

механц-

цескцх

свойстпв сварньсх

сое0ш-

неншй

поршстпоео п!ц1т|ана о!п

/пемпера1п!ры процесса

мнн) ц

временц

сваркц

(р

0'2

кес|мм2)

€вариваемость

пори-

стого

титана

и3учали

на

образцах

размером

12х

40мм, и3готовлен_

нь|х

и3 титанового по-

ро1лка

марки

[|13

путем

холодного

прессования

в стальной

форме

(давле_

нием

7 тс/см2)

последу_

ющим

вакуумнь1м

спека-

ниемвтечение

4нпри

температуре

1500'€.

}(онтактньте

поверхнос-

ти образцов

под сварку

тплифовали''

непосред-

ственно

перед загрузкой

в сварочную

камеру

обез>киривали

четь1рех-

хлористь1м

углеродом.

7',(

0,1

кгс/мм2. €варка при температурах

них<е

800' €

требует

более

вьтсокой

обработки поверхностей,

что

для

пористого

нихрома

практически

не осуществимо.

||ри температурах

вь11пе

1050'с

дах<е

при

незначительнь1х

удельнь1х

нагрузках

(до-

0'2 кгс/мм2)

наблюдается

силь|1ая

дефор_

мация. |{ри

1000"

€;

0,3 кгс/мм2

и !

:20;-40

ййн

деформация

не превь]тпала

0,5-0,8 мм;

это при

соответствующих

технологических

припусках

допустимо

для

сварнь]х конструкций.

|[ри

всех

ре>кимах

сварки'

3а исключением

800

и 850"

€;

Р:0,5

кгс/мм2;

мин'

свар|{,ь|е соединения

отвечают

тре_

бованиям по герметичности.

,[1ля

пористь|х металлов

под понятием

герметичности подра3умевают

отсутствие

дефектов

3оне

контакта'

количество и

размер

которь1х

больтпе

пористости

исходного

ма_

териала.

€варньте конструкции

из пористого

металла

подвергали испь1-

танию на термостойкость

по

следующему

ре)киму:

нагрев

до;тем-

пературь1 900'с в электрической

печи;

охлах{дение

в}1ачале

сх{а-

ть1м во3духом'затем

в воде;

число

теплосмен

-\0в

минуту. |{спь1та_

ния

вь|дерх{али

соединения' вь]полненнь|е

лри 7:

980:1050' €;

0,3+0,2 кгс|мм2;

:25

мин.

|{ри металлографинеском

исследовании

обг:ару>килось

неко_

торое

умень1пение

пористости

3оне

контакта'

величина которой

0,5-1

мм. [раница

соединения

с нихромом не обнару>кена.

Фптимальньтми

ре)кимами

сварки

для

получения герметич_

нь1х' прочнь]х и термостойких

соединений мо}кно

считать: 7

980"

(;

:0,2:-0,3

кгс/мм2; |

:25_40

мин и в

:5.10_6

-4.|0-ц

мм

рт.

ст.

процессе

сварки и

испь1таний

установлено

некоторое

умень1пение

пористости

свариваемь|х материалов

ре-

3ультате заращивания

пор

при температуре

сварки.

6варка

пористь|х металлов

с компактнь:ми. |1олучение

сварнь1х

соединений пористь!х

металлов

компактнь1ми

свя3а1{о

с трудно-

стями' присущими

сварке

цористьтх

металлов.

Б изделиях, пР0А-

назначеннь]х

для

очйстки и

до3ирования

}кидких и газовь|х

сред,

основньтми

элементами

которь1х

слу>кат

детали,

изготовленнь|е

из

г{ористь]х

поро1шковь1х

материалов,

необходимо применять не_

разъемнь1е'

относительно

герметичнь|е

соединения. Ёеразъемное

соединение

пористого

нике.пя

(с

пористостью 20;

38 и 48%)

и ком-

пактной

стали 12х18н101

полунали'

соединяя прутки

диаметром

мм

длиной

5; 10 и 20 мм.

14сследование",

влияния

температурь|

на

прочность сварного

соединения

проводили

лри7

700, 800 и 900' €;

:0,25

кгс/мм2

_мин.

Блияние

давления

исследовали

при

0,25

0,5

кгс/мм2

постоянньтх 7

800'

€,

20 мин. Фпределение

оптимальной

длительности

вьтдерх{ки проводили

при

10,

20и

мин;

7:800"€ и

р:0,25

кгс/мм2. Разре>кение

!абоней

камере

составляло

во всех случаях 2.10_6

мм

рт.

ст.

(-варенньте

детали

охла)кдались в

сваронной

камере

до

темпера_

турьт

100'€.

Ё.

Ф.

|(азаков 226

Азунали

влияние параметров

рех(има

сварки_н_а

кач^ество соеди-

нения

диапазоне

:800-:-!0о0"

€;

:0,2;

0,35

кгс/мм2;

1:5-:-30

мин и 6:

10_д

мм

рт.

ст.

Анализ

представленнь{х

(рис. 120)

3ависимостей

показал'

что оптимальнь^тй

ре)кцц

сварки

йористого

титана ?

1000'

(;

:0,2

кгс/мм";

20 мин

\0-ц мм

рт.

ст.

€варку

пористого

!{икеля

вьтполняли

на

образшах

и3

поро1пко_

вого металла.

|1ронное

соединение

пористого

никеля

пористьтм

никелем

(о,

кгс/мм2)

получено

при сварке_на

оптимальнь1х

рех(имах'т:

эоо*950"

(;

0,3-:-0'5

кгс/мм2;

[:25

мин и

10_{

мм

рт.

ст.

||ри

качественной

сварке

на

оптимальнь|х

ре-

х{имах

л11ъ1|1я

стьтка

отсутствует

и 3начительной

усадки

пор

не

наблюдается.

Блияние

рех{имов

сварки

на

качество

сварнот-о_с_о-единения

не'

которьтх

конструкций

из

пористого

нихрома

\х|5}зт!)

изунали

при 1

800; 900;

950; 9в0

1о50'

р'

0,2; 0,3

и 0,5

кгс/мм2;

1':

10; 15;

20; 30 и

40 мин;

Ё:3'10_6.'5'10-6

мм

рт.

ст.

(см.

рис.

|1-33).

||редейьная

температура

сварки

ограничивалась

температурой

1050'с, вь|1пе

которой

пористь:й

нихром

теряет прочность

и на_

блюдается значительная

деформашия

при

давлениях

менее

224

,:|

Анализ

получен!{ь1х

ре3ультатов

испь|таний сварньтх

соедине-

ний

показал'

что оптимальнь1м

ре>кимом

сварки

пористого

никеля

компактной

сталью

12х18н10т

мо}кно считать

300" €;

Р:0,25

кгс/мм2;

:20

мин и

:2'10_5

мм

рт.

ст.

}1аксималь-

ная

прочность

сварного

соединения'

вь!полненного

на

этом

ре_

)киме,

о,

20 кгс/мм2.

(варньте

соединения

испь|ть1вали

внутренним

гидродавлением

до

раз!:ушения.

(оединение

никеля

со сталь}о

наблюдалось

по

всей

поверхности

контакта.

Бозникновение

участков

непровара

на

поверхности

контакта

объясняется

умень1пением

объема

пори-

стого

металла.

Беличина

усадки

при сварке

никеля

пористостью

3$ уц

420/о

составляла

0,1-0,4

мм

на

диаметр

20 мм.

Беличина

усадки

3ависит

от

температурь1

сварки

длу|тельности

вь]дер)кки'

с повь1шением

которь1х

величина

усадки

увеличивается.

€варньте

соединения'

подверх(еннь]е

испь|танию

на

термостойкость

по

ре-

)киму 20_700_20"

(

при

десяти

теплосменах

и охлах{дении

на

во3духе' отвечают

предъявленнь]м

к таким соединениям

требова-

нияй.

|1ронность

соединений

в процессе

испьттаний

на

термостой-

кость

не

нару|пается.

}1еталлографинеские

исследования

показали'

что

3оне

сварки

отсутствуют

дефектьт

в виде пор,

раковин'

непроваро-в]

по

ра3ме-

рам

превьт1пающие

ра3мерь|

пор пористого

металла.

}меньтпение

размера

пор по сравнению

их

размерами

на

исходнь|х

заготов_

ках, наблюдаемое

на

ряде

свареннь1х

деталей,

объясняется

осадкой

пористь|х 3аготовок

вероятнь1м

спеканием

при

повь]1пеннь]х

тем-

пературах за счет

увеличения

диффузионной

подви>к}1ости

атомов

металлов.

Фптимальной

температурой

диффузионной

сварки

компакт-

ного никеля

считается

900_1000"

€.

1акие

температурь1

не

могут

бьтть

приемлемь1

для

соединения

пористого

никеля с

компактнь]м'

так как при вьтсоких

температурах

происходит

необратимое

и3ме-

нение

пористости

в около1повной зоне

и создаются

дфектьт,

ана-

логичнь1е

возникающим

при сварке

плавлением.

1(роме

того'

при изготовлении

некоторь|х

у3лов

на поверхность

пористого никеля

наносят

активное

покрь1тие'

теряю-щее

свои

свойства

разру1шающееся

при

температурах

вьтш;е 600'€.

Бсилу

этого

для

сварки

пористого

никеля не

следует

применять

ре}кимь|'

рекомендованнь|е

для

сварки

компактного.

€варной

узел

представляет собой

две

пластинь1

из пористого

никел[

сплошной

конфигурации'

которь1е

приваривают с обеих

сторон

никелевой

рамке

толщиной

0,3 мм. ||ористую

никеле-

вую

ленту

и3готовляют

прокаткой

порошка из

карбонильного

никеля'

спеченного

при

температуре

1300'с в

атмосфере

водорода

(средний

радиус

при 0,5

мкм'

пористость

30-35%).

Аля

пони>кения

температурьт

сварки в качестве

прослойки

ис'

пользовали

три

вида

порошков:

электролитический

никель'

окса_

латньтй

никель'

полуненньтй

ра3ло}кением

щавелевокислого

никеля в атмосфере

€Ф,

при

температуре 330_350'€,

такх<е

226

смеси

этих поро1пков

поро1|]ком

оксалатного

серебра,

получен_

ного

термическим

ра3ло}кением

щавелевокислого

серебра. |1ри

вьтборе

порошков

руководствовались

известнь1ми

рекомендациями

том'

что с изменением линейнь:х

ра3меров

кристаллической

кру-

пинки и3меняются

некоторь1е ее

физико_механические

характе-

ристики;

частности'

температура

плавления

поро11]инок

меди

и серебра

сних{ается

до

400"

с. |1рименение

смесей

порот]]ков

с включением в их

состав

компонентов

с ни3кими температурами

плавления

такх(е сни}кает температуру

их

спекания.

|1оротпки

отличаются

не

только

ра3мерами

формой,

но и

структурой частиц.

|1оверхность

деталей

|в пористого

никеля

перед

сваркой

обез>киривали

в бензине

и спирте 14ли траьили

в кипящей

щелочи

(ФЁ

с последующей промьтвкой

дистиллированной

воде. |(ом-

пактньлй

никель

так}ке подвергали

травлению в

щелочи'

промь|вке

дистиллированной

воде

с.последующим

отх(игом при темпера_

туре

350'€ в течение

25 мин в вакууме.

|4сследовали

параметрь1

ре}кима

сварки:

350-:-600" €;

0,5-:-5,5 кгс/мм2;

изотермическая вь]дерх{ка

10-25

мин;

водород

точкой

росьт

-40'

€;

камере

со3дали

ра3рех(ение

по-

рядк^

10-2

мм

рт.

ст.' 3атем

подавали

водород

расходом

л/ч

при

нагреве и вь]дерх(ке и 15

л|ч

при охла'(дении.

(ачество

сварного соединения

оценивали гидравлическими

испь1таниями

на

герметичность

наде}кностью

работьт'соединений

в агрессивнь|х

средах; 3ону соединения исследовали

и3учением

микротплифов.

.&1аксимальт',ая

герметичность

около1повцой

зонь:

сварного

шва получена при

600'(;

:3'5

кгс/мм2 и

:20

мин.

}словия

образования

соединен|4я

|1а

границах

пористь:й

ни-

кель-микропоро1пок и микропоро1шок_компактттьтй

никель су-

щественно

отличаются

друг

от

друга.

.&1еталлографинеские

иссле-

дования

показали'

что на

границе

пористьтй

никель-поро1пок от_

сутствуют

дефектьт

в виде

непроваров, пор и

А!.

Фактинески она

сливается

с пористь1м

никелем' ее мо}кно

3аметить только по при-

сутствию частиц

серебра. Ёа границе

никель компактнь1й-по-

ро1пок

отчетливо виднь1 и3менения

структурь1 поверхностного

слоя компактного

никеля

и внедре11ия

отдельнь1х поро1шинок

цель|х

агрегатов в его поверхность.

||ористьлй

нихром соединяли со сталью

08х18н101

на опти-

мальнь1х

ре)кимах

сварки пористого

нихрома

с пористь1м нихро-

мом

980'

(;

:0,2-:-0,3

кгс/мм2; [

25-40 мин и

5.10_6-;-

4.10-4 мм

рт.

ст.). |1ро.лность

сварного соединения при

испь1тании на

растях(ение

ов

35_40 кгс/мм2. }1еталлографи-

ческое

исследование

пока3ало'

что в зоне

контакта

существует

зона

в3аимной

диф}зии,

глубина которой

увеличивается

уве_

личением

времени

выдер}кки

при

сварке

Фсобенности

сварки

волокнисть1х материалов

с компактнь1ми

рассмотрень1

на

примерах

сварки

волокнистой

меди и вольфрама

15*

227

(1,

ксс

нп2

Р=4105хас|пм2

р=0,22$кас|мм2

0 72 16

20 24

28[,нцн

сколько

ускоряет

про1(есс.

Фднако

при

этом

происходит

значи_

тельная

усадка

пор'

что

обнару)кено

при

металлографических

исследованиях.

Б ходе

проведения

опь1тов

по сварке

волокнистой

меди

вь1яви-

лось отрицатель!{ое

влияние

предварительной

механической

об_

работки

свариваемь]х

торцов

волокнистого металла'

которая

при_

водит к

отслаиванию

волокон

ухуд11]ает

качество сварного

соедине!{ия.

|1оэтому

перед сваркой

торць| только обез>киривали

бензином и обезвох{ивали

спиртом'

Аналог|4чная

картина обнару_

х{ена и при

проведении

экспериме1{тов

по сварке

волокнистого

вольфрама

бронзой.

1оршь: трубчатой

вольфрамовой

3аготовки

подвергал|1

алма3'

ному

1плифованию

и приваривалут

ним 3аглу1|]ки

|!3 бронзьт

ме-

тодом

диффузионной

сварки.

|{осле сварки

одной

и3 3аглу1шек

растачивали

отверстие,

чтобь1

испь1тать

прочность

соединения

на

отрьлв.

Фпределенная

таким

образом

прочность

составляла

3,5__

4 йгс/мм2, что несколько

ни}ке

прочности

основного

металла

(прон-

ность

волокнистого вольфрама

\2-\4

кгс/мм2).

Бозмох<но, сни)кение

про-чности

свя3ано с отслаиванием

воло_

кон

при механической

обработке

вольфрама. 1ак при

подготовке

торцов

резанием

количество

отодраннь1х

волокон

увеличивается

по

сравнению

с их

количеством

при алма3ном

тшлифовани|4,

ка-

чество

сварки

ухуд1пается.

||ри

сварке

с меднь1м сплавом

отодран-

нь1е

волокна вновь к

матрице

вольфрама

!{е

привариваются'

так

как температура

сварки

(850-900'€) явно недостаточна

для

тер_

мической

актйвации

атомов

тугоплавкого

вольфрама.

]аким

образом, отодраннь|е

волокна

экрацируют

часть площади

соедине-

ния' сни}кая

его

прочность.

3то

предполох(ение

подтвер)кдается

ре3ультатами

экспериментов

по

сварке

компактнь|х

вольфрама

медтт.

|{ронность

боединеиия

при

этом находится на

уровне

проч'

ности

основного металла'

по

которому

происходит

ра3ру1шение.

228

Рпс.

121, Р!змененце

прочнос!пш

прш

сваРке

волокнцстпой

ме0ц

с бронзой

Бр.8.0'8

компактной

медью

бронзой

Бр.

!,0,8. Фпти-

мальнь1е

рех{имь|

сварки

вьтбирали

методом

пост-

роения

кинетических

кривь|х

роста

прочности.

Ёа

рис.

121, видно'

что

формирование

равнопроч-

ного

соединения

3авер1па-

ется

по истечении

8 мин.

}величение

давления

не-

Рцс' 122.

7рц6ьс

шз €А1а, сое0ос-

неннь|е

ареоно0уаовой

сваркой

!\4икрорентгеновским

3он-

дированием

не обнару>кена

в3аимная

диффузия

свари_

ваемьтх

металлов.

3тим одна-

ко

не подтвер)кдается

чисто

адге3ионнь1й

характер

взаи-

модействия

атомов

поверх-

ностньтх

слоев' в процессе

которого

происходит

обмен

валентнь1ми

электронами

при

воз6ух<дении

атомов в

ре3уль-

тате пластической

Аформации

и термической активизации.

.[!ругим

примером

как бьт

бездиффузионного

процесса

соедине_

|{14я мох(ет

слух(ить

компо3иция

пористьтй молибден-бронза.

|-{ронность

соединения соответствует

прочности пористого молиб-

дена'

по которому и происходит

разруп!ение

при

растя>кении

об-

ра3цов.

(

настоящему

времени

проведена

диффузионная

сварка

ра3личнь|х

пористь1х материалов в

однороднь|х и

разнороднь1х

сочетаниях

их ме}кду собой и

компактнь1ми

конструкционньтми

металлами.

€варка сплава

€А||. .&1атер|1'ал \43

спеченного

алюминиевого

порошка

или пудрьт (сАп)

обладает комплексом

ценнь|х

свойств.

творимостью в

металлической

основе легирующих элементов'

ко-

торая ,умень1пается

пони)кением

температурьт.

!,ля

€А|1а

упроч-

нение со3дается тончайт.шими

окиснь|ми пленками;

чем боль:пе

со-

дер)кание

окиси алюминия в €А|1е,

тем

вь11пе (до

определенного

предела)

его прочн0сть'

но ни)ке

пластичность.

Фдно из вал<ней-

тпих

свойств €А||а

это вь1сокая

)каропрочность в

интервалетем-

ператур

250-500"

€,

сохраняющаяся при

длительнь1х

вь|дерх(ках.

|!ри

нагреве

до

темг1ературь1

600'с в материале

еще

не наблю-

дается

существеннь1х и3менений

структурь1 и

основнь|х свойств'

что

такх(е

очень

вах(но

при эксплуа'[ац|4и.

Ёаличие

химическом

составе €А|!а только

алюминия

и окиси алюминия' имеющей

температуру

плавления 2050'(,

кроме вьтсокой

прочности

>каро-

прочности'

обусловливает так)ке

некоторь1е

другие ценнь:е

свой-

ства' например

вь1сокую

корро3ионную

стойкость.

Фдин из

показателей технологичности

конструкционного

мате_

риала

его свариваемость.

(в4риваемость

€А||а,

например

аргонодуговой

сваркой, зависит от

содер}кания га3ов в материале,

что'

свою очередь'

определяется

полнотой

удаления

ълаги

и3 его

полуфабрикатов.

Фбьтчно

полуфабрикать| из

горячепрессованного

брикета

содер)кат на

100

г металла приблизительйо'8-12

см3

229

Рцс'

123. Ребршспье

порцбы

шз

9Ац-1

3а2лушк1]м1]'

прцварен1!ь|мш

0нффц'

зшонной сваркой

и боль1!]е

га3а,

аи3 холоднопрес-

сованнь]х

брикетов

около

0,8-5 см3.

йзвестно'

что

повьт_

1шенное содер}{{ание

газов

в по-

ро1пковом

материале

€А|!

пре-

пятствует

получению

качествен-

ньтх

сварнь1х

соединений

аргонодуговой'свар

кой : последн

ие

и!!огда

бьтвают негерметичнь1

из-3а

га3овь1х

пор

сварном

1шве.

||олуфабрикатьт

€А|1

и3 холоднопрессованнь1х

брикетов'

про_

шед1пих

вакуумньтй

от)киг'

на'дехшо

свариваются

аргонодуговь1м

способом.

йзйотовленнь1е

3аводских

условиях

трубы'

листь|

другие

полуфабрикатьт,

соединенные

аргонодуговой

сваркой'

в конструкции

г{ромь|1шленного

|1здел|1я

про1пли

госуцарственньте

испыта;,я

(рис.

122). |1ронность

сварнь|х

соединений

составляет

80_85%

прочности

основного

материала.

Фдним

и3

перспективнь|х

способов

сварки,

по3воляющим

получить

качественнь1е

сварнь1е

соединения

конструкций

из

{А||а

без

указанньтх

вьт1пе недостатков'

является

диффузионная

сварка'

||о сравнению

аргонодуговой

диффузионная

сварка

€А||а

обла_

дает

рядом

преимуществ:

мо>кно сваривать

и3делия

сло)кной

формь|'

в той

числе

ребристь1е

винтовь1е

трубьт;

отсутствует

пористость

сварном

соедине!!ии;

3оне

соединения

сохраняются

корро3ион_

ньте

с}ойства

основного

металла;

структура

и прочностньте

свойст_

ва практически

равнь|

таковь1м

для

основното

металла.

Блияние

параметров

ре>кйма

диффу3ионной

-сварки^ла

каче_

ство

соединения

€А||

иёследовали_

й|эи

500-:-600'€;

30-:-60

мин;

2 кгс/мм2.

Фпробованьт

следующие

варианть1

обработки

пове!хности

перед сваркой:

травление

30%_ньтм

рас_

твором

}{аФЁ,

обезх<иривание

ацетон-ом

и механическая

зачистка

тор

цов

непосредственно

пе! ед сэ^а^р

ко_ц.^

фультате

лр оведенной

ра6отьт

устаЁовлено'

что

560_580"

(;

45-:-60

мин;

2 кгс7мм2

обеспечивают

образование

соединений

прочностью'

равной

прочности

основного

материала.--Разруш:ение.образцов

йроисходит

по основному

материалу.

Ёаиболее

эффективна,

т'*к"

зрения

стабильности

результатов'

механическая

о6работка

торцов

перед сваркой.

Ба

микроструктуре

3оньт

сварки

л|||1|1я

ра3дела

.отсутствует'

соединение

монол.итное

без

сушестве]нь1х

изменений

структурьт

основного

металла

в переходной

зоне.

|[осле определения.

оптималь_

нь1х

ре}кимов

сварки

на образцах

диффузионной

сварк9ч

в вакууме

бьтли привареньт

за.лу1пки^

ребрис!йй

трубкам

из

€А|1-1-.

(рис'

123).

Б'результате

испьттаний-на

герметичность

керосиновой

про-

бо!],

гёлиёвь:м

течеискателем

негтлотностей

не

обнарух<ено.

6варка

неметаллических

материалов

металлами

Ёеметаллические'

материальт в композиции

металлами

сплавами находят

самое 1пирокое

применение

различнь1х

обла-

стях

техники,

А4ногие

марки

стекол

используют

в смотровь1х

окнах,

волновод-

нь|х гермовводах'

оболочках

га3оразрядньтх

приборов

и т.

п.

3 отличие

от керамики

стекло сохраняет

вакуумную

плотность

да)|{е

тончай:ших пленках.

[1|ирокое

промь]1пленное

применение находят

боросиликатнь1е

стекла

(с52-|

др.)

-с_

температурой

ра3мягчения

590-620'6

и алюмосиликатнь1е

(с48-3),

характери3ующиеся

вьтсокой

темпе-

ратурой

размягчения

(810'€)

повьттпенной

термостойкостью.

Алюминатнь1е

стекла обладают повь]1пенной

стойкостью

действию

паров

щелочньтх

металлов

при вь1соких температурах.

1(ак пра-

вило'

определеннь1е

марки

стекол

соответствуют

по своему

терми-

ческому

рас1|]ирению

конкретнь1м металлическим

материалам

молибдену,

ковару' вольфраму

и исполь3уются

пре)кде

всего

сочетании

с ними.

Ёаиболее

термостойкое

кварцевое

стекло' состоящее

практи-

чески

из чистой

двуокиси

кремния' по

своим

диэлектрцческим

ха-

рактеристикам

превосходит

промьт1пленнь|е марки стекол

и кера-

мик|!'

обладает

проницаемостью

для

инфракраснь:х

ультрафио-

летовь|х

луней,

не

меняет про3рачности

при электронной

бомбар-

дировке

и вьщер'(ивает

резкие

термические перепадь1.

}рулности

со3дания

вакуумно_плотнь|х'

термостойких

соединений

этого

ди-

электрика

металлами

ограничивают его применение

в приборах.

Аз-за

крайне

ни3кого

коэфициента

температурного

рас1ширения

кварца

получить

плот1_1ьте

спаи его

металлАми

невозмох{но.

|1рименяемьте

методь1

пайки

не

обеспечивают

удовлетворитель-

ного

ре.пения

проблемьт.

(равнительно

новь|е и3оляционньте

материаль|

€}118,т|./]Б|

стеклокристаллические

материаль1 представляют

собой

продуктьт

кристалли3ации

некоторь1х

специальньтх

стекол

и характери3уются

вьтсокой

температурой

размягнения

(1250-1300"

€), стабильно-

стью

диэлектрических

свойств

и ни3кими

диэлектрическими

по-

231

терями.

3то

позволяет

успе11]но

исполь3овать

ситалль1

в вь!соко_

частотнь1х

системах

пр.

электронной

тех}{ике

продол}кает

ра3виваться

тенденция

замень1

металлостекляннь1х

у3лов

металлокерамическими.

Бьт-

3вано

это

тем' что

керамические

материаль1

обеспечивают

более

вь1сокую

механическу1о

прочность

и термостойкость,

устойчивь1

агрессивнь1м

средам

действию

радиации.

|{ри

этом некоторь1е

марйи

керамики

обладают

вь1сокой

теплопроводностью'

полупро-

водниковь1ми

ил|\ оптическими

свойствами.

Ё а

иболее

ир окое

ас п

ос

тр

ан енц9

п_о_л-учил_и

-алюмоокс

идн ь1е

(вьтсокоглинозем;сть|е)-керамики

22хс'

22\ и

д47,':тспользуемь|е

узлах

и приборах'

работают11,их

условиях_

св_е!^хвь]со1(ого

ва-

куума

при

температурах

700"

вь]1пе.

Ёа 93-95%

они состоят

из окиси

алюминия

(ос'а',,ое

5!Ф',

}1пФ, €г'Ф')'

|{о

фазовому

составу

эти

керамики

содер)кат

73-7^9о/о

кристаллофа3ь1;

3акрь1-

тая

пористость

их не

превь{гпает

7-$о/о

1(ерамика,

состоящая

практ11чески

только

из окиси

а.п|оми-

н|1я

(поликор>'

так)ке

керам|1ки

А_995

[А{

характеризуются

еще

мень1пими

диэдектрическими

потерями'

обладают

повь1шенной

термомеханической

пронностью

стойкостью

во3действи1о

паров

щелочнь]х

металлов

[9,

10,

13,

19,

27,32,34,

38,

51'

75].

мощньтх

приборах

1пирокое

применение

находит

керамика

на

основе

0киси

6ериллия,

характерйзующаяся

еще

более

вь|сокой

теплопроводностью'

термостойкостью

мень11]ими

диэлектри_

ческими

потерями.

ряле

случаев

продолжают

успешно

применяться

стеатитовая

фо$стери'о,а"

керамики'

состоящие

и3

окислов

51Ф',

}1пФ,

А1;о;

[р.

несколько

уступающие

по своим

физико_механичес-

ким свойствам

алюмосиликатнь1м

керамикам.

|!ерспективньт

полуг!роводниковь!е

и оптические

керамики.

[1олупроводниковь]е

керамик1.т

чаще

всего

и3готовляют

на

основе

оки"ло}

7п9-||Ф',

такх<е

А1?о3-5!с-5|.

14х

особенность

со-

стоит

в склонности

и3ме1{ению

исходнь1х

электрфизических

свойств

под

воздействием

вь1соких

температур

(особенно

в восста-

|{овительнь!х

средах)'

что

затрудняет

получение

паянь1х соедине-

ний

этих керамик

металлами.

Фптинескуто

керамику,

про3рачную

видимом

и инфракрасном

участках

спектра'

получают

из

фторидов

щелочно-3емельнь|х

ме-

таллов'

халькогенидов

цинка

т\

кадм|1я, некоторь]х

окислов

мето-

дом

горячего

прессования.

|[о своим

ог1тическим

свойствам

она

соответствует

монокристаллам

успе1пно

их

3аменяет.

€реди неметаллических

материалов

особое место

занимают

угле-

графйтовьте

материаль1.

Ах

применяют

в электротехнинеской,

металлургической,

химической

других

отраслях

промь11плен-

ности.

}глеграфитовь1е

детали' узль1'

изделия

входят

состав

ме-

таллических

конструкций,

применя1отся

компози1дии

самь1ми

ра3личнь1ми

металлами.

Б соединениях

металлами

графит находит

применение

в качестве

уплотнительнь1х

элементов

в химическом

232

машиностроении. [рафит как проводниковьтй материал

находи'|'

1широкое применение

при создании

токоподводящих

устройств

ра3личнь|х

ма1пин и

установок.

Аля

соединения стеклообразнь1х

и керамических материалов

с металлами применяют

ра3личнь1е

технологические варианть|

лайки,

из которь1х

наибольтпее

распространение

получили пайка

расплавле|{ного

(размягненного)

стекла с

твердь1м металлом'

пайка вь1сокотемпературнь|ми

припоями с

предварительной

ме-

таллизацией

керамики

(многоступеннатьтй

способ)

и активная

пайка

до6авками

в припой т||тана или

циркония.

[1ри

соединении

расплавленного

стекла

металлом прочнь1е

соединения

удается

получить

только при налич14|4 на

металле

тонкого

слоя

окис'ца,

обладающего

хоро1шим сцеплением с

его по-

верхностью.

[!ри этом в процессе

соединения

образуется

переход-

ньтй

слой атомов металла'

содер)кащий наряду

металлическими

ионно-ковалентнь|е

свя3и и атомь1

кислорода' частично

свя3ан-

нь1е

со структурой

стекла.

.&1еталлизАция

керамики путем вь1сокотемпературного

в)кига-

ния моли6дено-марганцевой

пасть1 приводит

к образованию

слох{-

ной

по

химическому

составу

проме)куточной

окисной

фазьт,

свя-

занной

как

с керамической основой'

так и с

тугоплавким

метал-

лом. Ёа

металли3ирующий

слой

дальнейгпем

гальванически на-

носят

никелевое покрь1тие

и паяют

медно-серебряньтми

другими

припоями.

|1ри

активной

пайке

на

керамику

(стекло)

предварительно

наносят

слой

гидрида титана

(ширкония), которьтй

при

нагрева-

нии восстанавливается

сплавляется

с припое1\,1.

7ногда

и3 т|1'

тана изготовляют

металлический элемент

конструкции;

при

рас-

плавлении

припоя титан

образует с ним

активнь:й

сплав.

|[ред-

полагается,

что общие

свя3и

соединени|1

воз||икают

в процессе

неполного

восстановления

активнь1м

металлом окислов

керамики

(стекла).

Фбщее

свойство

стеклообра3нь1х

керамических

материалов

их

низкая

пластичность

и прочность на

растя)кение,

нто

обус-

ловлено

}кестконаг1равленнь1м

характером

ковалентнь1х

связей

и х

структур

ной

сетке

л\4 кр ист алл ической

ре1петке.

||оэтому

внут-

ренние

напря)кения'

во3никающие в зоне соединения

при

пайке

ди-

электриков

металлами'

особенно

опаснь1

ре3ко

сни}кают

работоспособность

спая.

Ёесмотря.на

всево3мо)кнь1е

технологические

и конструктивнь1е

приемь1'

методь1

пайки

не всегда обеспечивают

получе}1ие

соедине-

ний

керамики

металлами'

отвечающих

вь1соким

эксплуатацион-

ньтм требова\\иям.

Ёеравномерньтй

по

толщине

составу

слой

при-

поя

мох(ет вносить

дополнительнь|е

напря)кения'

что

сущест-

венно

сних(ает термостойкость

соединения

увеличивает

вь1соко_

частотнь|е

потери.

Ёапьтление

припоя

на керамику

приводит к э,цектрическим

пробоям

утечкам.

}1ногоступенчатьтй

процесс

металлизации

233

технологически

сложен

не

поддается

надежному

контролю'

|1аяньте

соединения

очень

чувствительнь1

к отклонениям

парамет-

ров

процесса

от

их оптимальнь1х

3начений.

3авь:шение

температурь1

пайкгт

|1л14

длительности

и3отермической

вь1дер'{ки

приводит

рас-

творениюслояметаллу1зациивприпоеи'вконечномитоге'сни-

>кению

качества

соединения.

|1рактинеский

опь1т

и сравнительнь|е

исследования

[|оказал|1'

что

диффузионная

сварка

в силу

присущих

этому

методу

особен-

ностей

й6зволяет

получить

более

наде'(нь1е

соедине1{ия

диэлек-

триков

металлам

и' 3ти

соединен

ия обладают

вь1сокими

эксплуата_

ционнь]ми

характеристиками

могут

применяться

в самь]х

ответ-

ственнь]х

электроннь!х

приборах.

Аля

соединения

графита

металлами

в основном

применяют

сварку

плавлением

и лайку.1у1етод

Ауговой

сварки

3аключается

в том'

что

соединяемь1едетали

(металл-графит)

помещают

ка_

;"ь';'в

*о''р'}

со3дан

вакуум'

и затем

напускают

аргон.

,[1уга

'о!бу"'да".ся

ме>кду

графитовьтм

изделием

волфрамовь1м

элек-

'рол'*.

Бначале

прогревается

деталь'

затем

дугой

расплавляется

металл

по

мере надобности

подается

присадочная

проволока

соответствующего

состава.

|1ри

электронно-лучевой

сварке

элек_

тронньтй

лун

.а*',е

сначала

направляется

на

графитовую

деталь

для

прогрева

ее

до

необходимой

температурь-т'

Б 6вя6и

во3мо)|{ностью

во3никновения

деформаций

в сварньтх

соеди||ениях

графита

металлом

не

рекомендуется

проектировать

конструкции'

в которь1х

вь]полнялись

бьт

швь| 3амкнутого

контура'

г|!йрола

сварного

соединения

.р:_фу':у:]'т1^':Р'э

сварке

плавлением

паике

такова'

что

металл'

проникающий

порь1

и кат|иллярнь1е

канальт

графита'

создает

металлический

каркас

тпва.

Ёачайо

ветвей

такого

каркаса

ока3ь1вается

надех(но

сварен-

нь1м

металлической

частью

контакта'

концьт

ветвей

(усов),

проникая

в графит

на

3начительную

величину'

кроме

химических

сЁязей

угле}о!ом,

образуют

чис?о

механическую

свя3ь'

грФи-

товая

часть

контакта

ока3ь1вается

армированной

металлом.

||о_

этому

больш-тое

влияние

на

прочность

сварного

соединения

ока3ь1-

вает

величина

характер

распределения

пор

в графите'

|1ри

сварке

плАвленйем

и пайке

необходимо

учить1вать

такие

вопрось1'

как

смачиваемость

графита

металлом'

возмох(ность

его

проник1{овения

порь|

и капиллярнь1е

каналь|

графита,

соотно11]е_

нйе

результатов

термического

рас1пирения'

Бсе

это сильно

3а_

трудняет

или

делает

нево3мо)кнь1м

соединение

плотнь1х

антифрик-

ционньтх

марок

графита

металлами'

которь|е

плохо

смачивают

его

и проникают

поры

на

3начительную

глубину'

€оединения

гра_

фит)

металлом'

Ёолу*енн,те

сваркой

плавления

или

пайкой,

при

работе

электролите

химически

разру111аются

и3_за

присутствия

1пве или месте

соединения

больгшого

количества

карбида

титат1а,

нестойкого

рабоней

среде.

|1ри сваркографита

металлам:,1,

как

и-

при соединении

стекла

или

керамики с

металлом,

весьма

:л,елесообразно

применение диф-

2з4

]

;

{]

фузионной

сварки'

так

как природа соединения

этим

методом

пре-

имущественно отличается

от сварки

плавлением и пайки.

||о-

скольку при

дифу3ионном

соедине}{ии

отсутствует х<идкая

фаза,

отпадают

перечисленнь1е

ограничения.

[ифузионной

сваркой

мо'(но

получить

наде)кное

соединение

графита

разлинной

пори_

стости

с ни3коуглеродисть1ми'

легированнь1ми'

коро3ионно-стой_

кими

сталями'

тугоплавкими

металлами

и их

сплавами.

€варка

стекла и стеклообразнь:х

материалов

Аля

стеклообразньтх

материалов характерно моно-

тонное

и3менение

вя3кости

при повь11пеннь|х

температурах

и на'

личие

специфинеской

вязкоэластичной

области'

1емпература

ра3-

мягчения

стекла

определяется

его

химическим составом

и во3ра_

стает

увеличением

нем содер}кания

двуокиси

кремния. Ёапри-

мер'

размягчение

боросиликатнь1х

стекол начинается

темпера_

турьт

600-700'с,

а наиболее

тугоплавкого

кварцевого

ли1пь

при

темпер:!туре

1100-1300" с.

[|ри сварке

стеклообразньтх]

материалов' имеющих

относи-

тельно

невь|сокую

температуру

ра3мягчения'

фактинеский

контакт соединяемь|х

поверхностей

обра3уется

при

пластической

деформации

стекла.

1емпература

процесса

давление

сх{атия

этом

случае

огр ан ичень1

условием

мин имального

формои3менения

стекла

при сварке

и могут ока3аться

недостаточнь1ми

для

эфективной

активации

поверхности

металла.

слувае

сварки

тугоплавких

стеклообра3нь1х

материалов

пластичность

последних проявляется

лишь при

достаточно

вь|соких

температурах

формирование

фак_

тического

контакта

свариваемь!х

композицйй

мо>кет

происходить

в процессе

пластического

деформирования

металла. Активация

поверхности

стеклообра3нь!х

материалов

мо}кет стать

лимитирую'

щей

стадией

процесса

диффузионной

сварки.

€вариваемость

боросиликатнь1х

стекол

исследовали на

образ'

цах

из стекол

марок с49-2

с49-2

(87'1

с87_1.

[1ронное

вакуумно-плотное

качественное

соединение

боросиликатнь:х

стекол мох(но

получить при

введении

3ону соединения

промех(у_

точнь1х

прослоек

из вьтсокопластичнь1х

и активнь1х металлов

при

условии'

что

температура образования

соединения

не

ограничи-

вается

температурой

ра3мягчения

стекла.

[4зменяя

глубину

вакуума и температуру

сварки'

мо)кно

кон_

тролировать процессьт окисления

металлических

поверхностей,

используемь|х

в качестве проме)куточнь1х

прокладок

и восстанов_

ления

(Аиссошиашии)

окислов на

этих

поверхностях.

.[1ля

полунения

прочнь|х вакуумно-плотнь|х

соединений

6оро-

силикатнь1х стекол

марок

(49-2

и €37-1

использовали

металличес-

кие

прокладки

ковара и

меди в

виде

фольги

толщиной 0,05

мм.

Фбразшь: из стекла'

подлех{ащие

сварке'

тплифова_ли

до

6-го

класса

1шероховатости,

обез>киривал!4

и травили в

30%-ном

рас-

творе

плавиковой

кислоть]. 1равление

нео6ходимо

целью

удале'

235

ния

поверхностного

напря)кенного

слоя

микротрещин' во3никаю-

щих

в процессе

1плифования.

||ри отработке

параметров

ре)кима

сварки

боросиликатных

стекол

чере3 металлические

прокладки

исследования

на

вакуум-

ную

плотность, термоуАар,

вибропрочность

установлено'

что

до_

статочно

прочное соединение

образуется

при окислении

металли_

ческой

прокладки.

€оздание

перед сваркой

на

поверхности

металлической

прокладки

стабильной окисной

пленки способ-

ствует

образованию

прочного

соединения 3а

счет

протекания

дифузионнь1х

процессов

и химического

в3аимодействия

окислов

металлов с окислами

стекла с

образованием

переходного

слоя.

!,ля

полутения качественного

соединения

слой окисла

дол)кен

бьтть

равномернь1м

по всей

поверхности соединения

и одинаковь]м

по толщине. Б связи

с этим

проведение

процесса

окисления

про_

кладок

ответственньтй

этап подготовки

деталей

сварке.

Ёаиболее

прочная окисная

пленка на

коваре образуется

в интервале

температур

750-300" €

(в течение 30 с

для

фольги

толщиной 0,05

мм).

}1едь образует

два

окисла:

3акись

€ш2Ф

окись

€шФ. Фкись

меди

не обеспечивает

сцепления

поверхности

меди' так как она

не обладает

сцепляющим свойством

с находящейся

над

ней

за-

кисью

меди. |1оэтому наиболее

качественнь1е соедине|]ия

полу_

чень1

при

соединении

стекла

через

проме}куточную

прокладку

ни31пего

окисла

металла

(€п

'Ф).

[!ри вьтсокотемпературном

окислении

меди на

воздухе

до

3а-

киси меди

возникают трещинь1

из-за

отслаива|1утя

толстого

слоя

окисла от металла'

Фкисление

медной

фольги

на

воздухе

до

закис}1

меди при

температуре

200" €

в течение 30-60 с

обеспечивает

получение

достаточно

прочнь1х

вакуумно-плотнь|х

соединений

боросиликатнь1х

стекол.

€варку

боросиликатнь1х

стекол

чере3

металлическую

прокл.адку

вьтполняли лри !

530;-600"

(;

р:

0,5

кгс/мм2;

!:20

мин;

в:5,10_д

мм

рт.

ст.

6варньте соединения

вь1дерх(ивали

испь1тания

на

вакуумную плотность,

вибропрочность,

термоудар и

ударо_

прочность.

€вариваемость

боросиликатного

стекла

металлом

исследо-

вали

на образшах

из боросиликатного

стекла

марки €49_2 с

кова-

ром,

которь|е имеют

примерно одинаковь]е

3начения

коэффициен-

тов температурного

рас1пирения.

|1ри

сварке

этих материалов

технология подготовки соединяемь1х

деталей

(образшов)

имеет

определяющее 3начение.

Бакуумньтй

от}киг стекла

(7: 560-

;-600'

(;

60-;- 120

мин),

совмещаемьтй

непосредственно

про-

цессом

сварки,

по3воляет

устранить

остаточнь[е

напрях(ения'

воз_

никающие

встекле при его

и3готовлении

и механинескойобработке.

,[|ля

устранения

дефектного

поверхностного

слоя

стекло

мо}кно

обрабать|вать

в кислотном

растворе

следующего

состава:

100

мг

двухромовокислого

калия'

150 мг серной кислоть!'

1 л

дистил_

лированной

водь!;

время

обработки

30-40

мин.

236

Фбразшьт

сваривали

на

рех<име

|:20

мин;

5.10_д

мм

рт.

ст.

)кдения

15" €/мин.

590'

(;

:0,5

кгс/мм2;

€корость

нагрева

30, охла-

|[осле

сварки

образцьт

испь1ть1вали

на

вакуумную плотность

и сре3

в специальном

приспособлеттии.

11ри

сварке со стеклом

г|о_

лированного

сплава

н29к1в

прочяость соединения

бь:ла

недоста_

тойно

вьтсокой

(о,

1 кгс/мм2),

ра3ру1пение

происходило

плоскости

контактирования

с отдельнь]ми

вь|рь|вами стекла.

Ёа

унастках'

где

оскодки стекла

сохранились'

имелись отслоения.

Бакуумньтй

от)киг

сплава

н29к1в

перед сваркой

9тт\е

более

сни)кает

прочность

сварного

соединения'

что

свя3ано с

удалением

пленки

окислов

поверхности

металла

в процессе от)кига.

1( ана_

логичнь1м

ре3ультатам

приводит

и химическое

травление сплава.

3начительно

возрастает

механическая .прочность

соединения

количество

вакуумно-плотнь1х

образцов

случае

специального

окисления

поверхности

металла

гтеред сваркой.

{,арактер

!аз!}:

1пения

и качество

соединения

3ависят

от толщинь1

окиснои

пленки

прочности'ее

сцепления

металлом.

|1ри

соединении

стекла со

сплавом

н29к18

через напь|ленньлй

слой

металлов

(меди,

никеля)

во всех случаях

разру1шение

проис-

ходило

в контакте

напь1леннь1й

слой_сплав;

напь1ленньтй

металл

оставался

на

стекле'

что мо}кно

объяснить

сла6ой

его

адгезией

с металлом

при температуре

сварки.

Ёаиболее

вь|сокие пока3атели

получень1

при окислении

сплава

на

воздухе сразу

после

его

вакуумного

отх(ига.

Разруп-тение

локализовалось

при

этом

стекле'

сцепление

наблюдалось

по

всей

поверхности

контактирования.

14сследования

механи3ма

окисления

сплава

н29к18 с

приме_

нением

рентгеноструктурного'

электронно_графинеского

методов

анализа

электронной

микроскопии

пока3али'.что

при

вакуум-

ном

отх(иге

(7: 1200'(;

|:15

мин;

в:

\0-4 мм

рт.

ст.)-лля

)келеза

характернь1

повьт1пеннь1е

скорости

сублимации

диффу-

зии

(по

сравнению

с никелем

и кобальтом),

процесс носит

харак-

тер селективного

травления

поверхност1,1

сплава.

Бследствие

этого

приповерхностнь1е

слои

обогащаются

никелем

и кобальтом.

€опутствующие

от)кигу

процессь|

обезга>кива|1|1е

металла

рост

3ерен.

|1оследний

эффект 3амедляет

скорость

окисления

п!,и

^п9-

сйующей

изотермйнеской

вьтдерх<ке йа

во3духе

750'€;

мин). 3

ре3ультате

образуется

тонкий

прочпо

связаннь:й

металлом с'6й

''ш'и"елевиднь1х

окислов

типа

(€о]''11) Ре'Ф*,

способствующий

формирован

ию

пр очнь|х

вакуумно_плотнь1х

соеди-

нений.

|1ри

металлографинеских

исследованиях

поперечнь1х

кось1х

тплифов,

вь1ре3аннь1х

и3 соединений,

не

обнар.ух<ена

переходная

3она'

свидетельствующая

ра3витии

в3аимодействия

контакте.

1акая зона

вь1является

только

при

электронно-микроскопическом

исследовании

косого

п:лифа. |1ереходная

3она соединения

состоит

и3

двух

фаз.

Бероятно'

переходная

3она

формир-уется

процессе

химического

в3аимодействия,

приводящего

обра3ованию

твер_

237

Рцс.

!24. Болново0ньсй

еер-

мовво0:

,/_корпус;

2_переходнь|й

фланец

из сплава

29Ё1(;

стеклянньтй

диск

дого

раствора

ме)кду окислами

на

поверхности

металлов

и стекла

по тому }(е

механизму' что

и при

пайке

расплавленного

(ра3мяг-

ченного)

стекла с

твердь1м металлом. Ёо

при

диффу3ионной

сварке'

осуществляемой

в твердом состоянии, скорость

этих

процессов

существенно

них(е'

и процесс

растворения

металлического

окисла

стекле

полностью

не

завер|'шается.

[1о

разработанной

технологии сваривали

окошечнь!й

волновод_

ньтй

гермоввод

(рис. !24).

\иек

из

стекла

с49'2

толщиной 0,5-

0,25

мй приваривали

к переходному

фланцу

из сплава

н29к1в.

Аля

обеспечения

точной сборки

диск

помещали

специальнь1й

па3

во

фланше.

|[осле соединения

стекла

металлом

фланет1

и3

сплава

н29к1в

приваривали

или припаивали

к корпусу

прибора.

|{олу_

ченньте сварнь|е

соединения

преци3ио[1нь],

о6ладают

вь]сокой

ме-

ханической

проч}1остью и сохра}{яют

вакуумную

плотность

после

вибрационного нагру>кения.

Б волноводах стекло

сохраняет

тре-

буемьте свойства

(радио-про3рачность'

диэлектрическую

постоян_

ну|о

АР.),

так как при

диффузионной

сварке

оно не

доводится

до

размягчения,

и следовательно'

не

меняет своих

характеристик'

€варку силикатно-алюминатнь!х

стекол с

титаном

ниобием

исследовали

на

следующих

компо3ициях сил|\катно-алюминат_

ньтх

цезийстойких

стекол'

марках титана

и нио6ия:

стекло

тсм-901

шь

(марки

нвпд);

стекло

5г-1

\б

(марки

нвпд); 3) стекло

71А1

(марки

Б11)

и 4)

стекло

527г

2,9\

(марки

Б11)'

!,ля

указаннь1х

компо3иций стекол

и металлов

коэффишиентьт

температурного

рас1пирения

бл'лцзки.

.[[ля

сварки

бьули

выбрань; следующие

граничнь]е

условия:

температура

сварки

область

ра3мягчения

стекла:

[

10-:-60

мин;

5+-

-;-

10 кгс/см'; Б

2+.5.10_6

мм

рт.

ст.

[1еред сваркой образцьт

нио6ия

и титана обез>киривали

в аце-

тоне' травили

смеси

кислот

нР

ншо3

и промь1вали

спирте.

€теклянньте

образцьт

после

полирования

промь1вали

в ацетоне

спирте.

3то

условиях

сварки

вакууме по3волило 3начительно

сни3ить

во3мо}кность образования

окисной пленки на

металле

в процессе

сварки.

}(ритерием

оценки

качества

полученных

соеди-

нений

слу}кила

вакуумная

плотность

и механическая

прочность'

которую

оценивали

по

ре3ультатам

испь|таний на статический

срез.

!{сследования

влия\1ия

ука3аннь1х

характеристик

по3волили

определить

область оптимальнь1х

температур сварки

силикатно-

алю_

минатнь1х

стекол

титаном и

ниобием

установить

3ависимость

проч_

ности соединения стекла

тсм-901 с ниобием

от

параметров сварки.

238

66, кас|см2

250

200

!00

200

150

100

50с

820

010

840

850

860

т,'с

а)

20 30

!,нон

б)

шс'

. 3авцсцмосгпь

процноспц

сое0цненця

с/пекла

7€ й'90

нцо'

бцем опт !пемперопцрь!

своркш

(а)

ш'временц

вы0ерэюкш

(б)

|1роннь:е

соединения

получены

при сварке

титана и

нио6ия

только со стеклами

1€}1-901

ут 7\А1, обладающими

наимень1пими

интервалами мех(ду

температурой

размягнения

и ни>кней

грани-

цей

кристалли3ации.

€текла 5г-1

и 567г2,91

не_образуют

доста-

точно прочнь|х

соединений

с титаном

и ниобием. Ёизкая

прочность

соединений

стекла

567т2,9!

с титаном

и стекла

5г-1 с ниобием,

вероятно' объясняется

тем' нто вьлбранные

температурь|

сварки

этйх стекол бьтли

слишком

низкими.

|!ровести сварку

стекол

567г2,9\ и 5г-1

титаном

и ниобием

в области температур

ни)к'

него предела

их

кристалли3ации

не представляется

возмо}кнь1м'

так как

эти стекла

вспучиваются

при

нагреве в вакууме.

1(ак видно

и3

рис.

125, протность

соединения

стекла тсм_901

с ниобием

в больтпой

степени

зависит от

температурь|

сварки

времени

вь|дер}кки.

Фптимальная

температура

сварки находится

приблизительйо

на

40' ни>ке границь1

кристалли3ации. Фптималь-

ное время вь|дер)кки

для

сварки

около

мин.

€ни>кение

меха-

нической прочности

свя3ано

со структурнь1ми

изменениями

в сте_

кле'

во3никающими

под

в/{иянием

температурь|

и напря>кений

условиях

сварки.

||роведенные

металлографинеские

рентген0спектральнь|е

исследования переходной

зоны в

спаях стекла с металлом

по3во-

лили

полнее

вь1яснить

механи3м

образования

соединения.

Ёа ми-

кроструктуре сварного

соединения

стекла с

ниобием,

которь:й

перед

сваркой

не

окислялся'

ч€тко

ф:аксируется

поверхность

ра3дела

стейло-металл

(см.

рис.

|!-34). €оединения

с предварительно

оки-

сленнь1м

при

температуре

500'с ниобием

содер}кат в переходной

3оне

проме)куточную

окисную

пленку.

Фднако эта пленка не

монолитная'

так

как в

3оне

сварки

имеются

участки'

на которь|х

стекло и металл

находятся

в непосредственномсоприкосновении.

Разрьтвьт

окисной

пленки' вероятно'

происходят от

действия

сва_

рочного

давле1{ия'

которое вь13ь1вает

двих{ение

стекломассь1

в на_

правлении' параллельном

поверхности

ра3дела

стекло-металл.

239

б9,

кас

|сн2