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. Оснастка снабжена титановыми прокладками со стоп-покрытием, размещаемыми в зонах контакта оснастки со свариваемыми деталями, и толщина которых выбирается из условия: h0,5d-, где h - толщина одной из двух титановых прокладок; d - ширина сечения и зоны контакта оснастки в местах соединения свариваемых деталей слоистой конструкции; - суммарная толщина свариваемых деталей в местах соединения. Оснастка может быть выполнена в виде листов и/или штампа и/или полос, а стоп-покрытие выполнено из порошка карбида или нитрида бора. Технический результат - снижение контактного трения между стальной оснасткой и титановыми деталями свариваемой конструкции. 1 н.п., 2 з.п .ф-лы, 1 илл.

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;

- 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 (=/d) свариваемых слоев менее 0,5 обеспечить их ползучесть со скоростью , равной скорости ползучести свариваемых заготовок, находящихся в свободном состоянии >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.

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 ₁=0,3 мм) свариваемой конструкции соответственно. Между стальным листом 3 и листовой титановой заготовкой 6 (толщиной стенки ₂=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. 2h0,5·6-0,3·2=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 =0,05 можно обеспечить их ползучесть со скоростью , равной скорости ползучести свариваемых заготовок, находящихся в свободном состоянии при заданном сжимающем давлении, т.е. заготовок толщиной 6 мм и более каждая.

1. Стальная оснастка для передачи сжимающего давления в контейнере для диффузионной сварки титановых тонкостенных слоистых конструкций с сочетанием соединений малого сечения, отличающаяся тем, что она снабжена титановыми прокладками со стоп-покрытием для размещения их в зонах контакта со свариваемыми деталями, толщина которых выбрана из условия:

где h - толщина одной из двух титановых прокладок;

d - ширина сечения и зоны контакта оснастки в местах соединения свариваемых деталей слоистой конструкции;

- суммарная толщина свариваемых деталей в местах соединения.

2. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена в виде листов и/или штампа, и/или полос.

3. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что стоп-покрытие выполнено из порошка карбида или нитрида бора.