Устройство для диффузионной сварки стержневых заготовок из разнородных материалов
Полезная модель относится к сварочной технике, в частности, к установкам для диффузионной сварки в вакууме, позволяющей изготавливать стержневые конструкции из разнородных материалов, разных диаметров и размеров, ограниченных только геометрией сварной камеры.
Установка содержит корпус и вакуумную систему, которая состоит из вакуумной камеры, вакуумного насоса, вакуумметра. Вакуумная камера выполнена в виде съемного цилиндрического герметичного колпака с диаметром полости превышающим диаметр электрической печи и снабжена разъемом, обеспечивающим ее герметичное соединение с корпусом. Установка содержит электрическую печь, которая включает цилиндрический корпус, выполненный в виде стакана, свободный конец которого перекрыт кольцевой заглушкой с центральным отверстием. При этом цилиндрический корпус усилен хомутами, расположенными по его высоте (как минимум, тремя). В полости цилиндрического корпуса размещена керамическая сварочная камера, выполненная из керамической не глазурованной трубы, в контакте с внешней поверхностью, в которой размещена термопара. Нагревательный элемент представляет собой нихромовую спираль, закрепленную на внешней поверхности керамической сварочной камеры с помощью высокотемпературного герметика, рассчитанного на рабочие температуры до 1500°С. Концы спирали выведены через заглушку цилиндрического корпуса печи наружу и подключены к регулируемому трансформатору, включенному в сеть 220 вольт, через контактор малогабаритный и микропроцессорный терморегулятор к которому подключен выход термопары, что позволяет избежать перегрева печи. Средство сжатия узлов-заготовок, обеспечивающее придание необходимого давления заготовкам в процессе сварки, включает сменный поршень, который штоком, пропущенным через отверстие крышки печи, сообщен с нагрузочной платформой, предназначенной для размещения набора грузов.
Керамическая сварочная камера цилиндрической формы предназначена для размещения и фиксации заготовок, используемых для создания стержневых конструкций и арматуры. В процессе работы при формировании стержней малого сечения, в качестве центровочного элемента используют центрирующую вставку, снабженную цилиндрическим буртиком, соосным с телом вставки, образующим цилиндрическую выемку, соответствующую диаметру внешней детали заготовки, при этом внешний диаметр тела центрирующей вставки соответствует внутреннему диаметру керамической сварочной камеры. В целях защиты конструкции от перегрева и во избежание проплавления рабочих элементов установки в контакте с внешней поверхностью вакуумной камеры размещена система водяного охлаждения в виде охлаждающего змеевика, выполненного с возможностью прокачки через него охлаждающей жидкости. Установка обеспечивает возможность получения стержневых конструкций из разнородных материалов, слои которых соосны продольной оси стержня. 3 ил.
Полезная модель относится к сварочной технике, в частности, к установкам для диффузионной сварки в вакууме, позволяющей изготавливать стержневые конструкции из разнородных материалов, разных диаметров и размеров, ограниченных только геометрией сварной камеры.
Известна установка для диффузионной сварки, содержащая термошкаф с рабочим столом, токоведущие шины, изоляторы, пакетное устройство, состоящее из систем сжатия узлов-заготовок, нижней, верхней и средней токопроводящих плит, токопроводящие и изолированные болты, сжимающие плиты, причем в среднюю токопроводящую плиту встроен двусторонний нагреватель (см. RU 
2111577, 1998 г.).
Известна установка для диффузионной сварки, снабженная дополнительным нагревателем, размещенным в центре зоны расположения узлов-заготовок, и дополнительным регулируемым источником питания. На нижней токопроводящей плите пакетного устройства установлены вставки и выполнено сквозное отверстие, в котором закреплена термопара. Боковая поверхность дополнительного нагревателя выполнена в виде рефлектора, концентрирующего тепловое воздействие в зоне расположения узлов-заготовок. Вставки выполнены из меди с антиоксидным покрытием хром-никель. Регулирование величины нагрева осуществляется дополнительным источником питания в соответствии с показаниями термопары (см. RU 2184406, 2002 г.).
Общим недостатком известных решений является конструктивная сложность и большие размеры установки.
Известно также устройство для диффузионной сварки стержневых заготовок из разнородных материалов, содержащее электрическую печь со сварочной камерой, средство нагрева и средство сжатия заготовок (см. RU 1417331, МПК B23K 20/14, 1990 г. ).
Недостаток этого решения - невозможность получения стержневых конструкций из разнородных материалов, слои которых соосны продольной оси стержня.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в обеспечении возможности диффузионной сварки в вакууме разнородных стержней в условиях, когда внешний и внутренний слои стержня выполнены из материалов с разным коэффициентом термического расширения.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности получения стержневых конструкций из разнородных материалов, слои которых соосны продольной оси стержня. При этом стержневые конструкции представляют из себя конструкции, сравнительно большой длины различных размеров сечения, в которых присутствует металлическая оболочка и, предпочтительно, стеклянный внутренний стержень.
Поставленная задача решается тем, что устройство для диффузионной сварки стрежневых заготовок из разнородных материалов, содержащее электрическую печь со сварочной камерой, средство нагрева и средство сжатия заготовок, отличается тем, что электрическая печь содержит цилиндрический корпус в виде стакана, свободный конец которого перекрыт кольцевой заглушкой с проемом, перекрытым крышкой с центральным отверстием, сварочная камера размещена в полости цилиндрического корпуса и выполнена из керамической не глазурованной трубы, на внутренней поверхности которой размещена термопара, с возможностью ее подключения к контактору и микропроцессорному терморегулятору, а на внешней поверхности камеры закреплен нагревательный элемент в виде спирали из нихрома, концы которой выведены через корпус печи наружу для подключения к регулируемому трансформатору, при этом зазор между сварочной камерой и корпусом печи заполнен теплоизоляционным материалом, в донной части сварочной камеры смонтирована центрирующая вставка для фиксации заготовок, а средство сжатия заготовок выполнено в виде сменного поршня с возможностью разъемного закрепления на конце скрепленного с нагрузочной платформой штока, который пропущен через центральное отверстие крышки печи с возможностью перемещения вдоль продольной оси сварочной камеры.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
Совокупность признаков отличительной части формулы полезной модели обеспечивает решение задачи полезной модели, а именно - диффузионную сварку в вакууме разнородных стержней в условиях, когда внешний и внутренний слои стержня выполнены из материалов с разным коэффициентом термического расширения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема установки для диффузионной сварки; на фиг. 2 - разрез электропечи, установленной внутри вакуумного рабочего объема; на фиг. 3 представлен вакуумный рабочий объем.
На чертежах показаны цилиндрический корпус 1 электрической печи, заглушка 2, проем 3, крышка 4, ее центральное отверстие 5, сварочная камера 6, термопара 7, контактор 8, микропроцессорный терморегулятор 9, внешняя поверхность 10 камеры 6, спирали 11, регулируемый трансформатор 12, зазор 13 между сварочной камерой 6 и корпусом 1, теплоизоляционный материал 14, центрирующая вставка 15, сменный поршень 16, нагрузочная платформа 17, шток 18. На чертежах также показаны цилиндрический бортик 19, внешняя 20 и внутренняя 21 детали заготовки, дно 22 сварочной камеры 6, корпус 23 устройства, вакуумная камера 24, вакуумный насос 25 и вакуумметр 26.
Устройство для диффузионной сварки стрежневых заготовок из разнородных материалов содержит электрическую печь со сварочной камерой, средство нагрева и средство сжатия заготовок. Электрическая печь содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из нержавеющей стали, в виде стакана, свободный конец которого перекрыт кольцевой заглушкой 2 с проемом 3, перекрытым крышкой 4 с центральным отверстием 5. Сварочная камера 6 размещена в полости цилиндрического корпуса 1 и выполнена из керамической не глазурованной трубы, на внутренней поверхности которой размещена термопара 7, с возможностью ее подключения к контактору 8 и микропроцессорному терморегулятору 9, а на внешней поверхности 10 камеры 5 закреплен нагревательный элемент в виде спирали 11 из нихрома, концы которой выведены через корпус 1 печи наружу для подключения к регулируемому трансформатору 12. При этом зазор 13 между сварочной камерой 6 и корпусом 1 печи заполнен теплоизоляционным материалом 14. В донной части сварочной камеры 4 смонтирована центрирующая вставка 15 для фиксации заготовок. Средство сжатия заготовок, обеспечивающее придание необходимого давления заготовкам в процессе сварки, выполнено в виде сменного поршня 16 с возможностью разъемного закрепления на конце скрепленного с нагрузочной платформой 17, предназначенной для размещения набора грузов (на чертежах не показаны), штока 18, который пропущен через центральное отверстие 5 крышки 4 печи с возможностью перемещения вдоль продольной оси сварочной камеры.
Керамическая сварочная камера 6 цилиндрической формы предназначена для размещения и фиксации заготовок, используемых для создания стержневых конструкций и арматуры. В процессе работы при формировании стержней малого сечения, в качестве центровочного элемента используют центрирующую вставку 15, снабженную цилиндрическим бортиком 19, соосным с телом вставки, образующим цилиндрическую выемку, соответствующую диаметру внешней 20 детали заготовки, при этом внешний диаметр тела центрирующей вставки 15 соответствует внутреннему диаметру керамической сварочной камеры 6.
Вакуумная система установки состоит из вакуумной камеры 24, вакуумного насоса 25 и вакуумметра 26.
Установка работает следующим образом.
Внешнюю деталь 20 заготовки (выполненной в виде цилиндрического стакана) в сборе, с размещенной в ее полости внутренней деталью 21, фиксируют, размещая ее донную часть в выемке, образованной цилиндрическим бортиком 19 центрирующей вставки 15, размещаемой на дне 22 сварочной камеры 6. Далее через отверстие 5 крышки 4 пропускают шток 18, на конце которого фиксируют (например, резьбовым соединением) сменный поршень 16. После этого сменный поршень 16 вводят сверху в полость внешней детали 20 заготовки до его соприкосновения с верхним торцом внутренней детали 21 заготовки, а затем размещают крышку 4 в проеме 3 заглушки 2. Целесообразно иметь набор центрирующих вставок 15, отличающихся друг от друга диаметрами бортиков 19 (также как и набор сменных поршней 16), при этом размеры этих деталей в паре должны совпадать и соответствовать соответствующим диаметрам внешней детали 20 заготовки (иметь минимальный зазор с ней). Т.е. при изменении сечения внешней детали 20 заготовки надо будет использовать центрирующие вставки 15 и сменные поршни 16 соответствующего диаметра. Это все обеспечивает центровку сборки заготовок и позволяет избежать ее перекос в процессе сварки. При этом, в случае использования заготовок большого сечения (приближающегося к сечению полости сварочной камеры) использование центрирующих вставок 15 не является обязательным. Далее, на верхнюю часть штока 18 устанавливают нагрузочную платформу 17.
После установки образца в сварочной камере 6 печи, последнюю устанавливают в корпусе 23 установки, далее, с помощью грузов (на чертежах не показаны), размещаемых на нагрузочной платформе 17 формируют необходимое давление на свариваемый образец. Затем надевают сверху и герметично фиксируют на корпусе 23 установки вакуумную камеру 24.
Для контроля и регулировки температуры используют микропроцессорный терморегулятор 9, которым известным образом управляют мощностью регулируемого трансформатора 12.
Для обеспечения требуемого вакуума используется вакуумная система установки. Для регулировки вакуума используется сигнализирующий вакуумметр 26 для измерения завышенного или вакуумметрического давления пара и неагрессивных газов.
Устройство для диффузионной сварки стрежневых заготовок из разнородных материалов, содержащее электрическую печь со сварочной камерой, средство нагрева и средство сжатия заготовок, отличающееся тем, что электрическая печь содержит цилиндрический корпус в виде стакана, свободный конец которого перекрыт кольцевой заглушкой с проемом, перекрытым крышкой с центральным отверстием, сварочная камера размещена в полости цилиндрического корпуса и выполнена из керамической неглазурованной трубы, на внутренней поверхности которой размещена термопара, с возможностью ее подключения к контактору и микропроцессорному терморегулятору, а на внешней поверхности камеры закреплен нагревательный элемент в виде спирали из нихрома, концы которой выведены через корпус печи наружу для подключения к регулируемому трансформатору, при этом зазор между сварочной камерой и корпусом печи заполнен теплоизоляционным материалом, в донной части сварочной камеры смонтирована центрирующая вставка для фиксации заготовок, а средство сжатия заготовок выполнено в виде сменного поршня с возможностью разъемного закрепления на конце скрепленного с нагрузочной платформой штока, который пропущен через центральное отверстие крышки печи с возможностью перемещения вдоль продольной оси сварочной камеры.
