способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа

Классы МПК:B23K20/00 Неэлектрические способы сварки с использованием ударного или другого давления с применением нагрева или без него, например нанесение покрытий или плакировка
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Приоритеты:
подача заявки:
1994-07-01
публикация патента:

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при изготовлении тонкостенных сферических роторов шаровых гироскопов. Сущность изобретения состоит в размещении тонкостенных полусфер наружным диаметром Dp в полусферических выемках диаметра Dn сварочных пуансонов. Пуансоны устанавливают в центрирующем элементе и выполняют из материала, коэффициент термического расширения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п которого меньше, чем у материала полусфер способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p . При этом диаметр Dp больше диаметра Dn. Сварочные пуансоны взаимно фиксируют, поджимая их осевым давлением P0. Температура сварки Тсв, до которой осуществляют плавный нагрев оснастки с полусферами и при которой производят изотермическую выдержку, превышает температуру Тc совпадения диаметров Dp и Dn, что вследствие различного теплового расширения полусфер и пуансонов определяет появление давления термонатяга, создающего радиальные напряжения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p на поверхности полусфер, эпюра распределения, величина и характер изменения которых обусловлены разницей способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348T = (Тсв-Tc), соотношением способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п и способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p и значением P0. Температуру Тсв выбирают соответствующей температуре рекристаллизации материала полусфер. 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

Формула изобретения

Способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа, при котором осуществляют сборку полусфер наружным диаметром Dp в сварочной оснастке, размещая их в полусферических выемках диаметром Dп пуансонов, устанавливаемых в направляющем стакане и выполненных из материала, коэффициент термического расширения которого меньше, чем коэффициент термического расширения материала полусфер, при этом Dп > Dp, нагревают оснастку с полусферами в камере сварочной установки до температуры сварки Тсв с приложением осевого сварочного давления Ро и выдерживают для протекания процессов сварки, отличающийся тем, что осевое сварочное давление Ро прикладывают при Т1способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348Тс, где Тс температура совпадения диаметров Dp и Dп, температуру Тс выбирают в диапазоне (0,7 0,85) Тсв, а материал и конфигурацию пуансонов определяют из условия

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

где способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 предел текучести материала полусфер в интервале температур Тссв;

Spmax наибольшая площадь диаметрального сечения ротора;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 предел прочности материала пуансонов в интервале температур Тссв;

Snmin наименьшая площадь диаметрального по отношению к полусферическим выемкам сечения пуансонов,

при этом температуру Тсв выбирают по меньшей мере равной температуре рекристаллизации материала полусфер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в технике получения тонкостенных сферических оболочек при изготовлении роторов шаровых гироскопов различных типов.

Известна технология диффузионной сварки полых шариков (см. Питько В.В. Казаков Н.Ф. Исследование соединений полых шариков, выполненных диффузионной сваркой Диффузионное соединение в вакууме, Сб. N 5 научных трудов УП Всесоюзной научно-технической конференции (под ред. Н.Ф. Казакова, М. Мин ВУЗ РСФСР, 1973, с. 117-125), связанная с изготовлением методом штамповки полусферических оболочек (материалы титан ВТ-1, стали ШХ15Ш и 9Х18Ш) диаметром (21. 24) мм и толщиной стенки от 1,5 до 6,0 мм и последующей сваркой их в приспособлении, пуансоны которого имели полусферические выемки соответствующего диаметра для размещения в них свариваемых оболочек. При этом для уменьшения смещения оболочек их стыковка осуществлялась в зоне сферической выемки, находящейся у одного из пуансонов ниже плоскости разъема приспособления. Температура сварки составляла величину до 1100oC при давлениях до 1,5 кгс/мм2.

Недостатком в данном случае является неприемлемость этой технологии для целей гироприборостроения, поскольку указанная схема сварки и приведенные режимы не могут обеспечить требуемую точность сварного узла, которая определяется допустимыми деформациями и отклонениями от заданной конфигурации в пределах (5.10) мкм, при сварке тонкостенных роторов диаметром до 50 мм при толщине стенки (0,5.0,15) мм, т.е. имеющих намного меньшую жесткость конфигурации, чем оболочки в приведенном аналоге.

Известна технология диффузионной сварки бериллиевых роторов электростатического гироскопа (см. Диффузионная сварка роторов. Технологическая инструкция КФ25.190 90007. Ленинград. ЦНИИ "Электроприбор", 1986), в которой на стадии формообразования на наружной стороне каждой из полусфер выполняют кольцевой фланец, одна, внутренняя торцевая поверхность которого совпадает с плоскостью разъема полусферы, а вторая, внешняя смещена в сторону полюса полусферы на величину способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348, где Dн и Dвн - наружный и внутренний диаметры полусферы, соответственно. Далее осуществляют сборку полусфер в сварочной оснастке, где сварочные пуансоны устанавливают на внешний торец фланца, на который и осуществляется передача сварочного давления Pсв при нагреве оснастки с полусферами до температуры сварки Тсв. Высота фланца h, определяемая приведенным выше соотношением, обеспечивает равенство диаметра линии перехода наружной сферической поверхности полусферы и диаметра Dвн, что обуславливает передачу Pсв на требуемый участок внутреннего торца фланца, соответствующий зоне сварного шва ротора. Таким образом в данной схеме сварки реализован такой технологический прием, как локализация сварочной нагрузки на вспомогательном технологическом элементе свариваемой детали, что в рассматриваемом варианте обеспечивает сварку с ненагружаемой сферической поверхностью. Кроме того, на указанных фланцах выполняют элементы центровки, обеспечивающие строго заданную соосность полусфер, и узлы фиксации, позволяющие устанавливать полусферы в исходном разнесенном положении. После операции диффузионной сварки осуществляют обрезку фланцев до получения сферической заготовки ротора.

Недостатками данного аналога являются:

низкая технологичность процесса изготовления ротора, поскольку составными элементами технологии сварки в данном случае являются предварительное формообразование фланцев и их удаление после сварки. Помимо достаточно большой трудоемкости этих операций (с учетом выполнения на фланцах элементов центровки и фиксации), в данном случае имеет место явно выраженная экономическая неэффективность процесса, т.к. во фланцах сосредоточено до (70.80)% массы заготовки полусферы, а после сварки материал фланцев уходит в отходы.

недостаточно высокие точностные характеристики ротора, обусловленные характерной для бериллия (а также для ряда других поликристаллических материалов, получаемых методами горячего прессования и выдавливания) анизотропией свойств, определяемой направлением, совпадающим или перпендикулярным оси выдавливания заготовки на стадии ее изготовления. Указанная анизотропия свойств, как электрических, определяющих симметрию и жесткость подвеса ротора в электростатическом поле, так и физико-механических, обуславливающих возможные отклонения от требуемой расчетной формы ротора при его функционировании на рабочих скоростях вращения, составляющих десятки тысяч оборотов в минуту, могут существенно снижать точность и надежность работы гироскопа. Частично решает эту проблему использование на стадии спекания исходных заготовок изостатического прессования, однако очевидно, что изостатическое прессование заготовок, конфигурация которых существенно отличается от сферы (наличие объективно необходимых технологических фланцев, буртиков, хвостовиков на полюсной части и т.д.), не обеспечивает требуемый уровень изотропности свойств у получаемого, в конечном счете, сферического изделия.

В качестве прототипа по наибольшему числу общих существенных признаков принят способ диффузионной сварки бериллиевых полусфер ротора шарового гироскопа (см. Инструкция по диффузионной сварке сферических роторов КФО. 603.005, Ленинград, ЦНИИ "Электроприбор", 1986), заключающийся в формообразовании двух тонкостенных бериллиевых полусфер, сборке полусфер в сварочном приспособлении, когда полусферы помещают в полусферические выемки сварочных пуансонов, устанавливаемых в направляющий стакан, который обеспечивает строгую соосность полусфер. При этом материалом пуансонов является корундовая керамика, имеющая коэффициент термического расширения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п меньший, чем коэффициент термического расширения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p материала полусфер, а, соответственно, исходный диаметр Dn полусферических выемок пуансонов выполняется большим наружного диаметра Dp полусфер, исходя из их совпадения при температуре сварки Тсв.

Очевидно, что диаметры Dp и Dn должны отвечать соотношению:

Dp(1+способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348pспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348T) = Dн(1+способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348пспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348T),

где способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348T = (Tсв-298)K.

Далее на свариваемую кольцевую поверхность плоскости разъема нижней полусферы укладывают кольцевую прослойку, выполненную из алюминиевой проволоки, с фиксацией прослойки симметрично кольцевой свариваемой поверхности посредством скруток, выносимых за пределы зоны сварки. Собранное приспособление с полусферами помещают в вакуумную камеру сварочной установки и нагревают до температуры сварки Тсв, при которой сравниваются диаметры Dp и Dn, и прикладывают сварочное давление P0, после чего осуществляют изотермическую выдержку для протекания процессов сварки. Давление P0 совпадает с осью полусфер и приспособления и перпендикулярно плоскости сварного шва, т.е. обеспечивает создание напряжений, перпендикулярных плоскости сварного шва. Сварка реализуется за счет деформирования проволочной прослойки и взаимодействия ее материала (алюминий) с материалом полусфер (бериллий). Использование в качестве материала пуансонов корундовой керамики обеспечивает сохранение высокой точности сферических выемок и центровки пуансонов после многократного (практически неограниченного) количества сварок, а разность в исходных диаметрах (Dn>Dp) при заданном способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п < способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p исключает закусывание сваренного ротора в оснастке.

Недостатками способа-прототипа являются:

1. Низкое качество ротора, связанное с проведением процесса сварки полусфер через промежуточную прослойку, наличие которой в сварном шве определяет его неоднородность и пониженную прочность. Неоднородность свойств в зоне сварки приводит к анизотропии свойств ротора в целом, а пониженная прочность соединения к искажениям формы ротора при его функционировании в подвесе. При этом использование промежуточной прослойки при сварке ротора по рассматриваемой схеме является необходимым средством реализации соединения. Это обусловлено тем, что прикладываемая осевая нагрузка P0 обеспечивает создание нормальных к плоскости сварки напряжений, распределенных по всей сферической поверхности каждой полусферы. При этом в полюсной части эти напряжения максимальны. При такой схеме сварки для реальной конструкции ротора допустимые величины параметров сварки, не вызывающих деформации более 0,010 мм, составляют Тсвспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348(750.780)К и Pсвспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348(20.25)МПа.

Приведенные значения Тсв и Pсв не позволяют реализовать беспрослойную сварку полусфер и делают вынужденным использование промежуточной прослойки.

2. Невысокое качество ротора определяется сохраняющейся исходной анизотропией свойств полусфер, что связано со структурными характеристиками материала. Как указывалось в критике недостатков предыдущего аналога, использование бериллия изостатического прессования лишь частично решает эту проблему. При этом данный бериллий имеет намного более высокую стоимость по сравнению с традиционно применяемым горячепрессованным, выдавленным из прутка, материалом.

Целью изобретения является повышение качества ротора шарового гироскопа.

Согласно изобретению, указанная цель достигается тем, что осевое сварочное давление P0 прикладывают при температуре Т1способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348Tс, где Тс температура совпадения диаметров Dp и Dn, температуру Тс выбирают в диапазоне (0,7.0,85) Тсв, а материал и конфигурацию пуансонов определяют из условия:

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

где способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 предел текучести материала полусфер в интервале температур (Тс-Tсв),

Spmax наибольшая площадь диаметрального сечения ротора,

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 предел прочности материала пуансонов в интервале температур (Тс-Tсв),

Sgmin наименьшая площадь диаметрального, по отношению к сферическим выемкам, сечения пуансонов,

при этом температуру Тсв выбирают, по меньшей мере, равной температуре рекристаллизации материла полусфер.

На фиг. 1 показана схема сборки полусфер в сварочном приспособлении; на фиг. 2 положение при температуре Тс; на фиг. 3 схема сварки при Тсв; на фиг. 4 6 показаны эпюры приведенных напряжений, создаваемых на полусферах термонатягом, осевым давлением и совместным действием термонатяга и осевого давления; на фиг. 7 временные зависимости основных параметров процесса сварки.

На фиг. 1-7 обозначены:

1 и 2 свариваемые полусферы;

3 и 4 сварочные пуансоны, в сферические выемки которых устанавливаются полусферы 1 и 2;

5 направляющий стакан, обеспечивающий строгую соосность пуансонов 3 и 4;

Dp наружный исходный диаметр полусфер 1 и 2;

Dn диаметр полусферических выемок в пуансонах 3 и 4;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 диаметры, соответственно, полусфер 1 и 2 и выемок пуансонов 3 и 4 при температуре Тс;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 диаметр выемок пуансонов 3 и 4 при температуре Тсв;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 условный (расчетный) диаметр полусфер 1 и 2 при температуре Тсв;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348исх. исходный диаметральный зазор между полусферами 1 и 2 и сферой выемок пуансонов 3 и 4, равный (Dn-Dp);

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348обж. величина обжатия (степень деформации) или уменьшение диаметра ротора в процессе сварки;

P0 осевое сварочное давление;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348o напряжения, создаваемые осевым сварочным давлением P0;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348Т/Н напряжения, создаваемые на поверхности полусфер 1 и 2 в процессе сварки давлением термонатяга, определяемого различным тепловым расширением полусфер 1 и 2 и пуансонов 3 и 4;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 суммарные напряжения, определяемые совместным действием давления P0 и термонатяга;

Тс температура совпадения диаметров способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348;

Т1 температура приложения давления P0;

Tсв температура сварки;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853481 время приложения давления P0;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348c время совпадения диаметров способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348;

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 время начала деформации полусфер 1 и 2;

t2-способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853483 время изотермической выдержки при Тсв.

Технологический процесс диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа заключается в выполнении следующей совокупности и последовательности операций.

1. Полусферы 1 и 2 размещают в полусферических выемках пуансонов 3 и 4. Очевидно, что поскольку Dp<D, то полусферы будут утоплены в этих выемках (фиг. 1). Пуансоны 3 и 4 устанавливают в направляющий стакан 5. Исходное разнесенное положение полусфер 1 и 2 для обезгаживания их внутренних и свариваемых поверхностей можно обеспечить посредством штифтов, вводимых в зону сварного шва через согласованные радиальные отверстия, выполненные в состыкованных пуансонах 3 и 4 и стакане 5. Очевидно, что эти отверстия должны выполняться симметрично плоскости стыковки пуансонов, т.е. фактически 1/2 отверстия выполняются на одном, а 1/2 отверстия на другом пуансоне, что обеспечивает получение единого цилиндрического отверстия при состыкованном положении 3 и 4 при условии их требуемой угловой ориентации. Удаление штифтов из зоны сварки в требуемый момент обеспечивается, например, за счет кинематической связи этих штифтов через рычаги соответствующей конфигурации со штоком нагружения сварочной установки. В данной схеме перемещение штока нагружения в начальный момент обеспечит удаление штифтов из зоны разъема полусфер, а затем приведет к созданию осевого давления P0. Перечисленные элементы на фиг. 1 3 не показаны, т.к. конкретная реализация разнесенного исходного положения полусфер может быть выполнена и другим способом и для данного изобретения не является принципиальной. Единственным условием является исключение влияния элементов и узлов обеспечения разнесенного положения полусфер на протекание процесса сварки. В рассмотренном примере наличие отверстий диаметры (0,3.0,5) мм на сварку не влияет.

2. Собранное приспособление с полусферами 1 и 2 в выемках пуансонов 3 и 4 помещают в вакуумную камеру установки для диффузионной сварки, камеру откачивают до требуемой величины вакуума (10-3.10-5)Па и осуществляют подъем температуры со скоростью (200.250)o/ч. Очевидно, что приложение давления P0 на начальном этапе обеспечивает только поджатие пуансонов 3 и 4 друг к другу, т. к. они уже состыкованы при сборке, а напряжения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348o на поверхности полусфер 1 и 2 это давление Po создает только при температурах, превышающих величину Тс, поскольку до этой температуры Тс между полусферами 1 и 2 и сферической поверхностью выемок в пуансонах 3 и 4 имеется зазор, который становится равным нулю при Тс (фиг. 7). Исходя из этого, единственным условием выбора момента времени способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853481, приложения давления P0 является значение температуры Т1, соответствующей этому моменту, меньшее, чем температура Тс. Очевидно, что в данном случае следует учитывать необходимость обезгаживания внутренней полости ротора и наличие механизма функционирования элементов, обеспечивающих разнесенное положение полусфер 1 и 2. На фиг. 7 момент времени способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853481 соответствует температуре Т1, которая на незначительную величину (несколько градусов) меньше, чем Тс.

Температура Тс выбирается в интервале (0,7.0,85)Тсв в зависимости от требуемой степени деформации (величины обжатия способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348обж.) и исходя из толщины стенок полусферы, т. е. необходимых для деформации напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 Очевидно, что чем ближе Тс к Тсв, тем меньше интервал температур (Тсв-Tс), в котором создается давление термонатяга, и меньше напряжение sS/ , и наоборот.

3. К моменту времени tc температура процесса достигает значения Тс (фиг. 7), которое соответствует равенству диаметров способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 (фиг. 2), т.е. в этом случае выполняется соотношение:

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p, способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п коэффициенты термического расширения материалов полусфер и пуансонов, соответственно.

4. Дальнейший рост температуры с Тc до Тсв в период с момента времени способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348c до момента времени способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853482 связан с тем, что текущий диаметр ротора DТp стремится превысить текущий диаметр DТп выемок пуансонов 3 и 4, поскольку способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p> способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п. Поскольку в интервале температур (Тс-Tсв) имеет место соотношение:

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

или, другими словами, усилие, необходимое для деформирования полусфер в сечении наибольшей площади в условиях пластического течения материала, всегда меньше усилия, требуемого для механического разрушения пуансонов в любом, самом слабом сечении, тепловое расширение полусфер 1 и 2 ротора будет задаваться характером теплового расширения пуансонов 3 и 4. Это значит, что с момента времени способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348c начнется рост напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 (фиг. 7), эпюра распределения которых по поверхности ротора (фиг. 6) определяется суммой напряжений термонатяга sТ/Н (фиг. 4) и осевых напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348o (фиг. 5). Очевидно, что характер распределения напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 меняется во времени, и на фиг. 6 показана эпюра напряжений sS (без масштабного фактора) для меридионального сечения ротора в одном из моментов в интервале (способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348c-способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853483).

Увеличение напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 с учетом обеспечения условия (2) приводит, начиная с момента времени te, к началу пластической деформации e полусфер 1 и 2 (фиг. 7) с объемным обжатием ротора при однозначном сохранении целостности сварочных пуансонов 3 и 4. Качественный характер взаимосвязанного изменения sспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 и способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 во времени (фиг. 7) можно представить, исходя из того, что увеличение температуры процесса Т (в интервале tc и способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853482) в первую очередь определяет рост напряжений способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 что, соответственно, приводит к увеличению e При этом увеличению e способствует повышение Т вследствие возрастающей пластичности материала полусфер. Однако, в то же время, увеличение деформации e уменьшает тенденции роста sS, т.к. снижается степень термонатяга, определяемого разницей потенциально возможного диаметра DТp и диаметра DТп выемок пуансонов.

Поэтому можно считать, что изменение величины деформации в интервале времени (способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348-способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853482) будет иметь затухающий характер, а изменение способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 в первом приближении монотонно возрастающим с увеличением Т, поскольку рост термонатяга в интервале (способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348-способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853482) не компенсируется сравнительно небольшими деформациями способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

5. В дальнейшем интервале времени (способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853482-способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853483) при постоянном значении Тсв (фиг. 7) напряжения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348, достигнув в определенный момент времени, близкий к t2/ , максимального значения, начнут уменьшаться, а деформации способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 после этапа монотонного увеличения достигнут определенной величины, после чего их рост прекратится. Очевидно, что эта величина соответствует значению Dобж., определяемому как разница между условным диаметром ротора способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348, т.е. диаметром, который имел бы ротор в условиях свободного теплового расширения при нагреве до Тсв, и диаметром выемок способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348 пуансонов 3 и 4 при Тсв, т.е. имеет место соотношение:

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

В рассматриваемых условиях деформация развивается благодаря перемещению (скольжению и переползанию) дислокаций в зернах, зернограничному скольжению и диффузионному переносу, который связан с перемещениями вакансий вдоль границ и внутри зерен.

Перечисленные процессы определяют появление дефектов структуры и возникновение значительных внутренних напряжений в материале ротора, которые необходимо устранить, поскольку накопление их выше определенного значения может привести к разрушению деформируемой детали, т.е. указанные внутренние напряжения являются следствием деформации, которую вызывают задаваемые извне напряжения способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348.

Устранение внутренних напряжений и восстановление равновесной структуры обеспечивается протеканием одновременно с деформированием процессов термического возврата и рекристаллизации.

Поэтому необходимым условием протекания процесса деформирования ротора по приведенной схеме с минимальными остаточными напряжениями и стабильной геометрией изделия является ведение процесса сварки при Тсв, по меньшей мере, равной или превышающей температуру рекристаллизации материала полусфер.

В процессе деформирования полусфер имеющее место зернограничное скольжение, связанное со сдвигом зерен друг относительно друга, определяет кристаллографическую ориентацию зерен, т.е. так называемую текстуру деформации. Кроме того, миграция границ зерен является одним из проявлений рекристаллизации.

Направление указанной кристаллографической ориентации совпадает с направлением действия напряжений sS, вызывающих деформацию обжатия ротора, т.е. по всей поверхности ротора ориентация зерен имеет преимущественно радиальное направление. Это обеспечивает повышение изотропности свойств материала ротора по его сферической поверхности. Описанная схема деформирования полусфер при сварке имеет формальное технологическое подобие с процессом изостатического прессования, как в части характера термомеханических воздействий (Т и P), так и в части количественных значений параметров процесса температуры и давления, что позволяет оценивать как равнозначные и результаты этих процессов, связанные с модификацией структуры материала и повышением изотропности его физико-механических характеристик.

Диффузионная сварка полусфер ротора в рассматриваемой схеме осуществляется в процессе выдержки при температуре Тсв, поскольку имеют место все необходимые для этого условия:

требуемая температура Tсв;

необходимые сварочные напряжения и достаточная степень микро и макропластической деформации;

наличие и выход на контактируемые поверхности полусфер большого числа дислокаций и вакансий;

протекание процессов рекристаллизации.

При диффузионной сварке реальных полусфер ротора, у которых стенки имеют переменную толщину от полюса к экватору (как это показано на фиг. 1 6), следует иметь в виду, что минимальную некруглость сваренной сферы (не более 0,010 мм в меридиальном сечении) можно получить, задавая эпюру распределения напряжений sS, учитывающую изменение толщины стенки. В первом приближении напряжения sS, действующие в наиболее тонкой полюсной части полусфер, должны быть меньше напряжений sS, действующих в экваториальной области, на величину, пропорциональную соотношению толщин стенки полусферы в этих зонах, как это показано на фиг. 6. Формирование такой эпюры sS возможно регулированием величины осевого давления P0, которое вносит свою долю составляющих и определяет характер распределения sS В предельном варианте достаточно большая величина P0 обеспечивает жесткую замковую фиксацию пуансонов, что будет соответствовать одинаковым значениям sS по всей поверхности ротора. Очевидно, что это необходимо при сварке равностенных полусфер.

Таким образом, описанный процесс диффузионной сварки полусфер ротора позволяет существенно повысить качественные характеристики ротора за счет того, что:

реализуется беспрослойная диффузионная сварка полусфер, представляющих собой тонкостенные полусферические оболочки и имеющих минимальный припуск на финишную обработку сваренного ротора;

исключается необходимость использования промежуточных прослоек, что обеспечивает гарантированную однородность сварного шва;

появляется возможность варьирования температурами и давлениями сварки в достаточно широких пределах, что расширяет диапазон типоразмеров свариваемых роторов;

в процессе сварки осуществляется модификация структуры материала на основе использования принципов изостатического прессования, что позволяет повысить изотропность свойств материала, причем в условиях диффузионной сварки полусфер имеет место качественно новый эффект, связанный с улучшением изотропности по сферической поверхности, т.е. по рабочей поверхности ротора.

При этом исключается необходимость использования при беспрослойной диффузионной сварке полусфер с фланцами для передачи на них давления сварки, что значительно повышает экономичность технологии, а также использовать в качестве заготовок обычный материал, который значительно дешевле материала, полученного изостатическим прессованием, поскольку конечная цель повышение изотропности свойств достигается в процессе сварки с большей эффективностью.

Практическая реализация изобретения была связана со сваркой бериллиевых полусфер ротора шарового гироскопа. Диаметр Dр составлял величину 51,0 мм при толщине стенки на полюсе 0,5 и на разъеме 1,6 мм. Диаметр Dп был равен 51,25 мм при изготовлении пуансонов из корундовой керамики с способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348п= 8способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 208534810-6 град.-1 при способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348p= 12,3способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 208534810-6 град.-1

Температура сварки Tсв составляла величину (1250способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 208534810)K, а температура Tcспособ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348(980способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853485)K. В результате сварки был получен сферический ротор с некруглостью в меридиональном сечении способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 20853480,010 мм, при способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348обж. 0,22 мм. Повышении микротвердости материала ротора составило величину способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 208534820% что свидетельствует об упрочнении материала. Испытания показали гарантированную герметичность сварного шва и прочность соединения в пределах (250.280)МПа.

Таким образом поставленная цель достигнута. Достижение поставленной цели обеспечивается единством и устойчивой взаимосвязью отличительных признаков, совокупность которых определяет сущность и основные этапы процесса сварки:

выбор температуры T1 приложения давления P0 меньшей, чем Tс, создает исходные условия протекания процесса;

выбор Tс в интервале (07.0,85)Tсв определяет использование в процессе сварки давления термонатяга, обеспечивающего создание радиальных напряжений;

определение материала и конфигурации пуансонов из условия

способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового   гироскопа, патент № 2085348

обуславливает однозначное деформирование полусфер при сварке;

выбор Tсв, по меньшей мере, равным температуре рекристаллизации материала полусфер гарантирует оптимальные условия процесса деформирования и получение ротора с минимальными остаточными напряжениями.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении качества роторов шаровых гироскопов, что определяет улучшение точностных характеристик и стабильности функционирования этих гироскопов и обуславливает повышение эффективности систем и комплексов, в которых эти гироскопы используются.

Экономический эффект может быть связан с уменьшением веса исходной заготовки за счет максимального приближения ее конфигурации к конечной форме ротора, а также с упрощением технологической предистории изготовления полусфер в части исключения дорогостоящих операций изостатического прессования.

Конкретная оценка этого может быть получена после получения и статистической обработки комплекса дополнительных экспериментальных данных.

Класс B23K20/00 Неэлектрические способы сварки с использованием ударного или другого давления с применением нагрева или без него, например нанесение покрытий или плакировка

способ изготовления многослойных панелей -  патент 2529618 (27.09.2014)
способ получения алюминиевого композиционного материала с ультрамелкозернистой структурой -  патент 2529609 (27.09.2014)
способ приваривания лопаток к барабану осевого компрессора сваркой трением и соответствующее устройство -  патент 2528543 (20.09.2014)
способ фрикционной сварки с перемешиванием на опорном ролике с профильной канавкой -  патент 2527563 (10.09.2014)
способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом -  патент 2526646 (27.08.2014)
способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом -  патент 2526357 (20.08.2014)
способ получения композиционных изделий с внутренними полостями сваркой взрывом -  патент 2526355 (20.08.2014)
устройство для диффузионной сварки -  патент 2525968 (20.08.2014)
устройство для диффузионной сварки -  патент 2525963 (20.08.2014)
способ приварки вывода в полупроводниковом приборе -  патент 2525962 (20.08.2014)
Наверх