Способ диффузионной сварки

Изобретение относится к сварке давлением в твердой фазе, в частности, к диффузионной сварке, и может быть использовано для изготовления биметаллических конструкций, состоящих из сочетания материалов нержавеющая сталь+титановый сплав, титановый сплав+никелевый сплав практически во многих отраслях промышленности.

Известен способ диффузионной сварки (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, с. 188), при котором при соединении титановых сплавов с нержавеющими сталями или титановых сплавов с никелевыми сплавами для повышения механических свойств соединений между свариваемыми поверхностями размещают промежуточные прослойки в виде фольг Ni, V, Cu и их сочетания. Такой вид промежуточной прокладки позволяет получать соединения с прочностью σ_в не менее 100 МПа, но с низкой пластичностью.

Известен способ диффузионной сварки по патенту РФ №2184018, в соответствие с которым между свариваемыми поверхностями соединяемых деталей разнородных материалов располагают промежуточную прокладку в виде ленты, полученной путем прокатки ультрадисперсного порошка (УДП) металла или смеси УДП металлов. В свою очередь эти УДП получены термическим разложением муравьинокислых или щавелевокислых солей металлов. Такие УДП металлов имеют высокую активность (удельная поверхность более 17 м²/г) при спекании между собой и при припекании к свариваемым поверхностям. Параметры ленты: толщина 50-75 мкм и пористость 50-60%. Ранее проведенные эксперименты показали, что только такие толщина и пористость ленты обеспечивают максимальные прочностные свойства сварных соединений.

Основной недостаток данной технологии применительно к диффузионной сварке стали с титановым сплавом или титанового сплава с никелевым сплавом заключается в образовании в процессе сварки интерметаллидов между соединяемыми металлами, например, в системе «сталь - промежуточный слой - титановый сплав».

Данный недостаток устраняется путем подбора параметров режима диффузионной сварки, в частности, температуры процесса, при которой между компонентами системы не образуется интерметаллидных фаз. Применение промежуточного слоя из УДП никеля, частицы которого обладают большим запасом поверхностной энергии, позволяет производить диффузионную сварку, например, титана со сталью при температурах ниже 800°С. Согласно диаграмм состояния «титан - никель» и «титан - железо» при данных температурах образование интерметаллидов минимально. Такой режим сварки титана со сталью позволяет избежать охрупчивания диффузионного соединения при сохранении его предела прочности на разрыв не менее 0,5 от предела прочности стали при комнатной температуре.

Пример конкретного выполнения способа.

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ПТ-3В диаметром ∅14 мм. Между свариваемыми поверхностями соединяемых деталей располагали промежуточный слой из УДП никеля, прокатанного в ленту толщиной 60 мкм и пористостью 55%. Размер частиц исходного УДП составлял менее 0,01 мкм, а удельная поверхность порошка была около 17 м²/г. Применение ленты обеспечило получение переходной зоны диффузионных соединений, однородной по толщине и плотности, и в то же время реализовать чрезвычайно большой запас свободной энергии частиц порошка, из которых состоит лента.

Вакуумировали камеру с последующим нагревом деталей до температуры сварки Т=760±3°С, что ниже температур образования интерметаллидных фаз согласно диаграмм состояния Ti-Fe и Ti-Ni.

Параметры режима сварки: температура сварки Т=760±3°С, сварочное давление Р=1 кгс/мм², время выдержки t=20 мин. Проведенные механические испытания на растяжение показали, что среднее значение предела прочности у сварных образцов составило σ_в≥45 кгс/мм², что вполне достаточно для обеспечения прочностных характеристик для выбранной номенклатуры изделий.