ТЕХНОЛОГИЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ФТОРОПЛАСТА-4 С МЕТАЛЛАМИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК.621.791.18

ТЕХНОЛОГИЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ФТОРОПЛАСТА-4 С МЕТАЛЛАМИ

Д. Л. Никульшин*, О.В. Щербина, Б. Т. Десятов Научный руководитель - Л. Г. Семичева

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31

*Email: samsgs-f@mail.ru

Разработана схема и технология диффузионной сварки фторопласта-4 с металлами с интенсификацией процесса сварки УЗК частотой 2 МГц, обеспечивающие заданные эксплуатационные характеристики и работоспособность специальных узлов летательных аппаратов в экстремальных условиях.

Ключевые слова: диффузионная сварка, ультразвуковые колебания, пьезопреобразователь, работоспособность.

FEATURES OF DIFFUSION WELDING TECHNOLOGIES

D. L. Nikulshin*, О. V. Shcherbina, B. Т. Desytov Scientific supervisor - l.G. Semicheva

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospect, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

*E-mail: samsgs-f@mail.ru

A scheme and technology for diffusion welding of fluoroplast-4 with metals with intensification of the process of ultrasonic welding with a frequency of 2 MHz, providing the specified operational characteristics and performance of special units of aircraft in extreme conditions, have been developed.

Keywords: diffusion welding, ultrasonic expectations, piezoelectric transducer, working capacity.

Применение фторопласта-4 в качестве диэлектрика в конструкциях ответственных узлов летательных аппаратов связано с его уникальными физико-химическими свойствами. Он обладает низкой диэлектрической проницаемостью, хорошо поглощает звук, обладает широким диапазоном рабочих температур и высокой химической стойкостью ко всем растворителям. Основная проблема, возникающая при получении неразъемных соединений фторопласта-4 с металлами, обусловлена существенным различием физико-механических свойств свариваемых материалов и низкой химической активностью фторопласта-4. Существующие способы сварки плавлением, склеивание, напыление и механическое крепление не обеспечивают требуемой прочности соединений и заданных эксплуатационных характеристик узлов.

Решить эту проблему можно применением диффузионной сварки в вакууме, которая применяется для сварки разнородных материалов. Этот способ обеспечивает высокую прочность неразъемных соединений, а также получение заданных эксплуатационных характеристик специальных узлов [1].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

В связи с этим целью работы является разработка технологии диффузионной сварки фторопласта - 4 с металлами и способа интенсификации процесса сварки, позволяющего активизировать процессы, происходящие в зоне контакта соединяемых материалов.

Неразъемные соединения рассматриваемых материалов, применяемые для изготовления пьезопреобразователей, должны обладать высокой прочностью при статических и динамических нагрузках, противостоять циклическому изменению температур в диапазоне 323...93...323 К и сохранять работоспособность в агрессивных средах. При этом необходимо обеспечить заданные акустические характеристики преобразователей.

При разработке схемы сварки учитывали конструктивные особенности сварочной диффузионной установки, которые позволили осуществлять одновременно процесс сварки и интенсификацию процесса, используя ультразвуковые колебания (УЗК) частотой 2 МГц [2].

При сварке фторопласта-4 с металлами были опробованы следующие схемы озвучивания зоны сварки УЗК: узким лучом направленными ультразвуковыми колебаниями частотой 2 МГц; раскрытым лучом; раскрытым лучом УЗК, направленными под первым критическим углом; огибающим лучом при сварке цилиндрических деталей. Эти схемы не обеспечили получение требуемой прочности сварного соединения и акустических характеристик датчика.

Оптимальная схема сварки пьезопреобразователей (рис.1) была разработана для сварки согласующего слоя из фторопласта - 4 диаметром 18 мм и толщиной 1, 5 мм с металлическим корпусом из сплава алюминия АМг6. В этой схеме применялись направленные под первым критическим углом УЗК, и предусматривалось программное изменение интенсивности звука и контактного давления в течение цикла сварки, обеспечивающее формирование акустических течений во фторопласте и заполнение микронеровностей на поверхности металлической детали в узлах колебаний. Это позволило повысить прочность соединения и получить сигнал заданной чувствительности вдоль всей торцевой поверхности датчика [3].

Сварку образцов производили на модернизированной диффузионной установке СДВУ 50-М, оснащенной ультразвуковой системой на частоту 2 МГц. Режимы сварки изменяли с учетом свойств свариваемых материалов в пределах: температуру сварки Т = 608К...693К; давление Р = 0,5.2,5 МПа; интенсивность УЗК 1узк = (1*105.... 3*105) Вт/м2; время озвучивания тузк = 300...900 с.

Для оценки качества сваривали специальные образцы из фторопласта-4 и сплава алюминия АМг6, которые испытывали на растяжение и герметичность.

Одну партию образцов сваривали диффузионной сваркой без применения УЗК, другую партию образцов сваривали также диффузионной сваркой на тех же режимах, но при температуре сварки зону контакта озвучивали направленными ультразвуковыми колебаниями (УЗК) частотой 2 МГц [5].

Рис. 1. Схема оптимального варианта сварки 1. Волновод. 2. Вибратор. 3. Фторопластовая подложка. 4. Металлический корпус

Сваренные образцы той и другой партии испытывали на растяжение на устройстве испытания прочности FP 10 / 1 (Hecert, Германия).

Результаты испытаний показали, что максимальная прочность образцов первой партии составляет ов = 15 МПа, а максимальная прочность образцов второй партии достигает 18 МПа при 1узк = 2*105 Вт/м2 и времени озвучивания тузк = 600 с.

Установлено, что с увеличением интенсивности УЗК предел прочности ов возрастает и при 1узк = 2*105 Вт/м2 и времени озвучивания Тузк = 600 с прочность соединения достигает ов = 18 МПа. При увеличении 1узк до 3*10 Вт/м прочность соединения возрастает, при этом время озвучивания не должно превышать 600 с. Дальнейшее увеличение времени озвучивания приводит к снижению ов . Это вероятно можно объяснить тем, что длительное время озвучивания при высокой интенсивности УЗК приводит к частичной термодеструкции фторопласта-4 и изменению его структуры.

Таким образом, применение УЗК частотой 2 МГц обеспечивает повышение прочности соединения фторопласта-4 со сплавом алюминия АМг6 на 20 %.

Для определения акустических характеристик пьезопреобразователей было спроектировано специальное приспособление, с помощью которого определяли коэффициент передачи Кп пьезодатчика. Результаты испытаний показали, что при сварке с применением УЗК коэффициент передачи Кп повышается на 20 % и превышает значение 0,08, что удовлетворяет техническим требованиям [6].

Испытания на термостойкость показали, что соединения, полученные на оптимальных режимах, выдерживают более 20 циклов при изменении температуры в диапазоне 93К...323К...93К.

Данная технология успешно была применена для изготовления гермовводов СВЧ-трактов, в которых использовались неразъемные соединения фторопласта-4 со сплавом АМг6, латунью ЛС-59 и коваром 29НК [4].

Таким образом, проведенные исследования показали эффективность предложенной технологии диффузионной сварки и способа интенсификации процесса сварки направленными УЗК частотой 2 МГц для получения качественных неразъемных соединений фторопласта-4 с металлами, способных работать в экстремальных условиях.

Библиографические ссылки

1. Новиков В. Г., Семичева Л.Г., Прокопьев С.В.. Исследование механизма взаимодействия фторопласта-4 с металлами при диффузионной сварке с наложением ультразвуковых колебаний // Перспективные пути развития сварки и контроля - «Сварка и контроль-2001» // Всероссийская с международным участием научно-техническая конференция: Сб. Докл. - Воронеж: ВГСУ, 2001. - С. 372.

2. Диффузионная сварка материалов: Справочник / под ред. Н. Ф. Казакова. - М.: Машиностроение, 1986 - 184 с.

3. В. А. Фролов. Технологические основы сварки и пайки в самолетостроении: / В.А. Фролов, В.В. Пешков, А. Б. Коломенский, В. А. Казаков /под ред. В. А. Фролова. - М: Интермет Инжиниринг, 2002.- 456 с.

4. Конюшков Г.В., Мусин Р. А. Специальные методы сварки давлением. Учебное пособие. - Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. - 632 с.

5. Фролов, В. А. Специальные методы сварки и пайки: учебник для вузов / В. А. Фролов, В. В. Пешков, А. Б. Коломенский, В. А. Казаков. - М.: Интермет Инжиниринг, 2003. - 190 с.

6. Диффузионная сварка [Электронный ресурс]. URL: https://bstudy.net/787265/tehnika/ diffuzionnaya_svarka (дата обращения: 20.04.2021).

© Никульшин Д.Л., Щербина О.В., Десятов Б.Т., 2022