автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка процесса герметизации лазерной сваркой корпусов приборов из алюминиевых сплавов

\

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИИ -- 1ЩИИЗИШ -

На правах рукописи Для служебного пользования

МИНАЕВА Надежда Ивановна

УДК 621.791.755 . .

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКОЙ КОРПУСОВ ПРИБОРОВ ИЗ АЖЫИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

05.03.06 - Технология и машины сварочного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидедата технических наук

Ыосква - 1993 г.

Работа выполнена в Московском институте приборостроения

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Баженов В.В. Официальные оппоненты - доктор технических наук

Новояилов Ы.Ы. - кандидат технических наук, доцент Голубенко Ю.Б. Ведущее предприятие - ЗЭМ ШО "Энергия"

Защита состоится " ^"/ЖР* 1993 г. в /часов

на заседании Специализированного совета Д £45.03.04 при Научно-производственном объединении по.технологии машиностроения "ЦШИШАПГ по адресу: 109088, г.Москва, ул.Шарикоподшипниковская 4.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЩШИТШШ.

Автореферат разослан " ¿6" 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук

А.Г.Мазепа

Актуальность работы. Одним из направлений повшения технико-экономических показателей изделий является снижение^материалоеы-кости, кассы конструкций и экономия дефицитных сталей и сплавов при одновременном повышении их эксплуатационной надежности. Это относит- ! ся и к отраслям приборостроения, выпускающих различные электровакуум-| ные и полупроводниковые приборы. К таким изделиям, в частности, от- < носятся герметизируемые корпуса радиоэлектронной аппаратуры, корпу- : са микросборок и модулей. Многие из них содержат элементы, свойства которых существенно ухудшаются при нагреве. При сварке таких термо- ; неустойчивых . деталей и узлов не допускается нагрев - вьпае 60.. .70°С . и деформация. В настоящее время для изготовления этих изделий применяют ковар 29Ж, титан ВТ1-0 и нерглвеющую сталь БШ6Н10Т. Наиболее распространенным типом соединения является отбортовочное с толщиной кромок 0,5 + 0,5 мм. Для герметизации корпусов приборов используют аргонодуговую и ыикроплазменную сварку. Процент отбраковки изделий составляет: ВТ1-0 - 0,..0,5Л; 29НК - 1.. 12Х18Н10Т - I.. .к.%, при сварке разнородных соединений, например, 12Х18Н10Т и 29НК - 4,5...5%. Сварные соединения изделий б условиях производства, как правило, имела такие характерные дефекты как поры и шкротрещины.

Использование алюминия и его сплавов для изготовления корпусов приборов вместо применяемых сплавов позволяет значительно сократить затраты на материалы, а также снизить вес конструкции при достаточно высоких прочностных характеристиках основного металла.

Преимущества импульсной лазерной сварки такие как ограниченное тепловое воздействие на изделие, отсутствие электромагнитных полей, вызванных прохождением тока при сварке, минимальное короС-пение тонкостенных деталей и узлов делают применение лазера для герметизации наиболее предпочтительным.

В то же время в условиях импульсной лазерной сварки алюминий и ого сплавы подвержены образованию горячих трещин, что не обеспечивает герметичность соединений. В связи с этим, особую актуальность приобрела разработка и исследование специальных технологических и металлургических приемов, позволяющих осуществить импульсную лазерную сварку алюминиевых сплавов без горячих трещин в сварном шве.

Цель тзабота. Создание технологии герметизации импульсной лазерной сваркой корпусов приборов из сплавов на основе оценки склонности этих материалов к образованию горячих трещин и разработки методов их устранения.

Методы исследования. Были использованы специально разработанные методики: количественной оценки склонности металла шва к горячим трещинам, определения линейных перемещений при кристаллизации, вызванных усадкой; оценки надежности сварных соединений та условной работе их разрушения. Использовали металлографический и микрорент-геноспектральный анализ металла шва, а также другие методы оценки качества сварных соединений.

Научная новизна.

1. Установлено, что высокие скорости кристаллизации при импульсной лазерной сварке алюминиевых сплавов смещают появление эвтектики (оС+А&М^г) к большим концентрациям М<р , поэтому хорошо свариваемые в условиях дуговой сварки АС-М^, сплавы при лазерной сварке проявляют значительно больщую склонность к образованию горячих трещин, причем сплав АЫг-6 в большей степени чем сплав АМг-2.

2. Показано, что в сварочной ванне при кристаллизации необходимо создавать условия Тде легкоплавкая жидкая составляющая - алюминий "залечивает* горячие трещины между высокотемпературными фазами -Тс ,ИА£ ,1\А1) иди N1 , что повшает запас де-

форм&ционной способности металла шва и устраняет в условиях импульсной лазерной сварки АС-М^, сплавов горячие трещины.

3. Показано, что применение при импульсной лазерной сварке

сплавов прослоек из Тс или М. с большей поглощательной способностью чем АС , не только увеличивает эффективность проплавления, но и создает условия для протекания термомеханического процесса разрушения окисной пленки в корне ова, связанного с действием сил динамического давления жидкого металла сварочной ванны.

Практическая ценность и реализация работы. На основании исследований по устранению горячих трещин при импульсной лазерной сварке алюминиевых сплавов проведена оптимизация технологических параметров сборки и сварки узлов и деталей, обеспечивающая высокое качество ивов. Разработана технология герметизации корпусов радиоэлектронной аппаратуры. Изготовлена опытная партия изделий, отвечающая техническим требованиям по вакуумной плотности и механической прочности.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований доложены на отраслевой встрече "Применение лазерной обработки материалов", Подлипки, 1991 г; на научно-техническом семинаре "Сварка и пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры и приборов", Пенза, 1991 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 печатные работы и 4 отчета по ИР, получено 3 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, общих выводов по работе и трех приложений. Содержит 189 страниц машинописного текста, 66 рисунков, 20 таблиц, 60 наименований использованных литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе I рассмотрены особенности импульсной лазерной сварки (НДС) алюминиевых сплавов. В литературе недостаточно материалов, касающихся образования и предотвращения горячих трещин при ИЛС алюминиевых сплавов. Для анализа этого вопроса воспользовались литературными данными о горячих трещинах при распростаненных методах сварки плавлением.

В работах Рабкяна Д.М.,Никифорова Г.Д., Якушина Б.Ф., Прохорова H.H., Абрамова ¡i.A., Иоршорова М.Х. и других авторов подробно изложены основные причины и факторы, влияющие на образование горячих трещин при дуговых методах сварки, а также пути их уст ранения. Основное внимание уделяется металлургическому воздействию на свариваемый металл в процессе плавления с целью снижения горячеломкости, а также уменьшению жесткости конструкции, снижекш напряжений, деформация и темпа нарастания деформаций в процессе з! твердевания за счет конструктивно-технологических мер.

При сварке алюминиевых сплавов окисные пленки в швах являютс? концентраторами напряжений и очагом зарождения горячих трещин. В процессе кристаллизации при наличии напряжений растяжения, вызванных несвободной усадкой шва, от окисных включений происходит развк тие горячих трещин.

Для разрушения окисной пленки необходимо создавать условия д: интенсивного движения металла, обеспечивающего деформацию и дробле ние пленок в процессе перемешивания за счет применения специальных технологических приемов - разделка кромок, наличие зазора между кромками, глубокой канавки в подкладной шине и т.д. Возможно разру шение окисноЯ пленки за счет нанесения между торцами флюсов, а та»

тге слоя графите.

В связи с импульсным характером источника нагрева, высокой скоростью плавления и кристаллизации металла при Ш1С, а также малым размером сварочной ванны, применение известных методов предотвращения образования горячих трещин является весьма сложной задачей.

На основани:! анализа опубликованных данных необходимо было решить конкретные задачи:

1. Разработать методику количественноЯ оценки склонности металла шва к образованию горячих трещини способ оценки работоспособности сварных соединений.

2. Определить причины, вызывающие образование горячих трещин в алюминиевых сплавах при импульсной лазерной сварке.

3. Оценить возможность предотвращения образования горячих трещин технологическими приемами.

4. Разработать металлургические методы борьбы с горячими трещинами.*

5. Дать рекомендации по разработке оптимальных технологических параметров сборки и сварки узлов из сплавов.

Во 2-ой главе рассмотрена методика выполнения работы, где предусмотрены общепринятые методы исследования - металлографический и микрорентгеноспектральный, а также механические испытания и контроль герметичности соединений. В то ке время применение известных методик для количественной оцзнкл основных характеристик металла ОЕа в условиях ИЛС неприемлемо ериду особенностей процесса. Поэтому, для проведения исследований специально разработаны три методики:

1. Методика количественной оценки склонности металла кеэ к горячим трещинам основана на известных методах с принудительным дефор-

мированием металла при кристаллизации. Критическая скорость деформация V Кр принята за количественный критерий, позволяющий оценить стойкость металла единичной сварной точки против образования кристаллизационных трещн с учетом особенностей кристаллизации при ИЛС. Трудности прл определении V Кр> были связаны с предотвращением разрушения сварной точки при температурах ниже ТИХ. Решение было найдено за счет специально разработанного устройства. Испытания по этой методике вели при сварке двух пластин "в лодочку", путем образования ряда отстоящих друг от друга точек под действиеи импульсов ОКГ. По торцу верхней (неподвижной) пластины фиксировали и перемещали лазерный луч. Нижнюю пластину перемещали от эксперимента к эксперименту с уменьшающейся скоростью до момента ее остановки в связи с образованием соединения. По наличию трещины в сварной точке определяли V „_. .

кр.

Методика количественной оценки склонности сварных соединений к образованию кристаллизационных трещин решает задачу выбора материала, наиболее стойкого против образования трещин при ИЛС.

2. Методика определения линейных перемещений сварных соединений позволяет оценить роль усадочных явлений при кристаллизации. С этой целью сконструировано специальное приспособление, оснащенное тензометром, по которому определяли линейные перемещения, возникатите в единичной сварной точке. Измеренная величина включает также укорочение затвердевшего металла до комнатной температуры. Исключив это значение, можно определить линейные перемещения в твердо-жидком состо ятя.

3. Способ оценки надежности сварных соединений по условной работе их разрушения. Спроектировано специальное устройство представляющее собой комбинацию жесткой (упругой) скобы, микрометра с наконечником и индикатора. Усилие Р на образец создавали при вращении

барабана микрометра и продвижения деформирующего наконечника в корень шва отбортовочного соединения. Передача усилия на образец сопряжена с деформацией скобы, на которой размещен индикатор, показывающий действующую га образец нагрузку. Усилие разрушения. Р возрастает с продвижением деформирующего наконечника. Критическое значение Р, т.е. момент разрушения сварного шва, фиксируется по скачкообразному отклонению стрелки индикатора назад, так как при разрушении образца штанга сксбы возвращается в исходное положение. По усилию разрушения Р и фиксированному при этом перемещению наконечника Л определял« работу А разрушения сварного соединения А=Р-£(дж).

Способ позволяет осуществить выбор материала образца и прослойки, обладающих более высокой прочностью и пластичностью.

Глава 3 посвящена исследованию склонности КС-М^, сплавов к образованию горячих трещин в условиях импульсной лазерной сварки.

Проведены исследования влияния концентрации магния в алюминиевых сплавах на склонность к образованию горячих трещин в условиях импульсной лазерной сварки. Установлено, что увеличение М<р приводит к возрастанию вероятности образования трещин и, в отличие от дуговой сварки плавлением сплав АМг-б при ИЛС больше склонен к горячим трещинам, чем сплав АМг-2. Такое различие объясняется существенным изменением условий кристаллизации. Одним из основных факторов яв- « ляется скорость кристаллизации, влияние которого можно определить экспериментально за счет нагрева свариваемого образца.

Произведенные оценки показывают, что нагрев от 400°С до 600°С позволяет уменьшить скорость кристаллизации в 40...50 раз соответственно и, следовательно, при некоторых значениях температуры можно получить в условиях ИЛС скорости затвердевания, близкие к дуговой сварке. Например, нагрев образца до 450...50(ЯС обеспечивает снижение скорости кристаллизации при ИЛС до 3...5 см/с, что соответствует ско-

роста при дуговой сварке. С увеличением температуры нагрева раскрытие трещин в сплаве АМг-6 уменьшается и при температурах, близких к 500°С, трещины полностью исчезают. Для сплава АМг-2, наоборот, с увеличением температуры нагрева склонность к трещинам возрастает.

Таким образом, эксперименты с нагревом подтверждают известное положение о том, что при аргонодуговой сварке, т.е. при малых скоростях кристаллизации, сплав АЫг-2 более склонен к горячим трещинам, чем сплав АЫг-6.

Металлографический анализ показал, что при ИЛС с нагревом и без него сплавы АМг-2 и АМг-6 отличаются количеством эвтектики. При сварке сплава АЫг-2 без нагрева в структуре металла сварного шва не обнаружено соединения * Как отмечает в своей рабо-

те Хорн Ф., выделения А^М^г. подавляются вследствие быстрого охлаждения. В структуре шва сплава АЫг-6, выполненного импульсной лазерной сваркой без нагрева, обнаружено небольшое количество мелких частиц Мд* .

В экспериментах с нагревом, где скорости кристаллизации при ИЛС близки к дуговой сварке, количество эвтектики у исследуемых сплавов увеличивается, причем, ее возникновение в сплаве А.Уг-2 приводит к увеличению склонности к трещинам, а в сплаве АМг-6 ее большее количество достаточно для "залечивания* трещин.

Таким образом, скорость кристаллизации, влияющая на начало появления эвтектики, определяет склонность к горячим трещинам алюминиевых сплавов с различным содержанием магния. Начало появления эвтектики (оС, +А(»М^») при ЛЛС смещается к большим концентрациям М<р и, поэтому, сплав АЫг-6 больше склонен к горячим трещинам, чем сплав АМг-2., не имеющий эвтектики.

Глава 4 посвящена исследованию и разработке технологических мер борьбы с горг-мми трещинами в сплавах цри импульсной

лазерной сварке. Основное внимание уделялось таким факторам как параметры режима сварки и форма проплавления, тип: и конструктивные элементы соединения.

Из анализа полученных данных установлено, что с увеличением энзргии излучения склонность х образованию горячих трещин возрастает. При малых энергиях излучения, например, Р = 100 мм, Е = 4...5 Дчс, = 0 трещины направлены от центра сварных точек по границам кристаллитов к линии сплавления. При увеличении энергии излучения (Е = 6...9 Дж) трещины приобретают продольный харахтер по всему шву, причем, чем больше энергия излучения, тем больше величина раскрытия трещины. Увеличение дефокусировки приводит к уменьшению склонности к образованию горяччх трещин.

Таким обрезом, при сварке с параметрами режима, обеспечивающими меньший коэффициент формы шва, сварные соединения в наибольшей степени подвержены образованию горячих трещин.Такое положение определяется направленностью роста кристаллитов, углом их встречи. Установлено, что при импульсной лазерной сварке увеличение угла встречи кристаллитов приводит к возрастанию образования горячих трещин. При кристаллизации сварочной ванны с большим углом встречи кристаллитов, например -»г- = 65...70° для сплава АЫг-2 и = 60...65° для сплава АМг-6, область наибольшего сгущения осей кристаллитов и наибольшей концентрации легкоплавких примесей будет приходиться на ось сварной точки. При наличии деформации там развивается сквозная грещина. Малый угол встречи кристаллитов обеспечивает рассосредоточе-•ше примесей по всему объему сварной точки и горячие трещины проходят ю границам отдельных кристаллитов.

С цэль» изучения влияния тнпз соедин, нил на предотвращение образования горячих трещин при импульсной л зерноЛ сварке исследовали стыковые, отбортовочные и нахлесточнке соединения. Установлено, что независимо от типа соединения и конструктивных элементов АЬ - Мд. сплаЕЫ подвержены горя^ш трещинам. Для зтбортовочных соединения характерны трещины в корне шва, а развит л.-? продольной трещины зависит от толщины соединяемых кромок, причем, с увеличением толщины склонность к образованию горячих трещин возрастает.

Исследования показали, что соединения в больыэЛ степени подвержены образованию трещин, если параметры режима сварки не обеспечивают полное оплавление кромок отбортовкя.

Таким образом, устранение трещин технологическими приемами -.-;

изменением типа соединения и его конструктивных элементов, а также

параметров режима сварки не дало положительных результатов.

«..

В главе- 5. рассмотрены металлургические меры борьбы с горячими трещинами в сплавах Аб'Мц, при лштульспоЯ лазерной сварке за. счет легирования сварочной ванны.

Исследования показали возможность устранения кристаллизационных трещин в AZ ~ М^. сплавах путем на-здэния эвтектики Si) за счет добавок в сварочную ванну кремния. Однако, сварные щвы обладали повышенной хрупкостью и имели такие дефекты как поры, несплошности, которые нарушали герметичность соединений. Эвтектика при легировании кремнием обладает малой пластл-шостью после затвердевания, что отрицательно влияет на свойства металла шва. Поэтому было решено при кристаллизации ориентироваться на создание двухфазной структуры с наличием легкоплавких и тугоплавких фаз путем легирования сварочной Еанны T¿ ,Zz,¿Vi . Зведенле их в зазор соединяемых деталей в виде прокладок или предварительно нанесенного покрытия

Дало положительный эффект - в сварном шве отсутствовали трещины, а также увеличилась глубина проплавления в 2...3 раза.

Ликвидация кристаллизационных трещин вероятно связана с повышением пластичности в твердо жидком состоянии л уменьшением дефор- • маций, вызванных усадкой.

Из общепринятой модели, зарождение трещин определяется соотношением между деформационной способностью в тверда-жидком состоянии и величиной деформаций, вызванных усадкой при кристаллизации. Поэто му, если в результате металлургического воздействия уменьшится величина деформации и возрастет пластичность, то это будет положительно влиять на уменьшение образования кристаллизационных трещин. С этой точки зрения в нашем случае образование высокотемпературных Фаз можно рассматривать как положительное воздействие, в связи с меньшим коэффициентом линейного расширения "П или VI и интерметал-лидных фаз по сравнению с АС , в результате чего величина усадки при сварке М с прослойками из Т1 или N1 должна быть меньше чем лрл сварке без прослоек.

■исследования показали, что при ЛЛС А(-М^ сплавов с прослойками из 71 , присутствие в сварочной ванне металла прослойки приводит к уменьшению деформаций, вызванных усадкой,и повышению пластичности. Например, линейные перемещения в сварной точке при кристаллизации сплава АМг-2,легированного Ш, уменьшились на 22-23$, а "П. на '¿д-29% по сравнению со сваркой без прослоек. Минимальная пластичность при этом возросла более чем в 3 раза (от 1,2,? до 4,2%).

Увеличение деформационной способности обусловлено особенностями кристаллизации сварочной ванны с высокотемпературными фазами.

В процессе кристаллизации из жидкого расплава первоначально затвердевает металл прослойки, например,14 . По мере понижения температуры кристаллизуются интерметаллиды, а затем, основной металл -

. В сварочной ванне при кристаллизация созданы условия, где легкоплавкая жидкая составляюц&я - АС , аналогично легкоплавким эвтектикам, "залечивает" трещины между высокотемпературными фазами -

Тс ,т.д£,тце» или

Присутствие в металле шва интерметаллидов и металла прослойки подтверждает микрорентгеноспектральный анализ. По всему шву концентрация к С и Тс изменяется. Наибольшее количество Т\ сосредоточено в корневой части гва, где температура и интенсивность перемешивания меньше, чем в верхних слоях сварочной ванны. Корень шва представляет собой чистый металл прослойки, расплавленный и растекшийся к переферии сварочной ванны. Перемегмвание металла сварочной ванны неравномерное, что вызывает химическую неоднородность по сечению шва. Количество высокотемпературных фаз и их размер уменьшается го мере удаления от корня шва.

Металлографический и микрорентгеноспектральный анализ показал, что светлые фазы имеют повышенную концентрацию Тс по сравнению с темными. £азы отличаются также по микротвердости. Микротвердость светлых фаз достигает = 3000...3050 МПа при сварке АМг-2 с прослойкой из Тс . Светлые фазы окружены металлом, имеющим сравнительно низкую микротвердость - ^и = 060.. Л<00 Ша.

Следует отметить, что степень химической неоднородности зависит от толщины прослойки. Увеличение толщины прослойки щмеодит к возрастанию количества высокотемпературных фаз и уменьшению более легкоплавкой алюминиевой основы. Количественная оценка склонности шг-а к образованию кристаллизационных трещин показала, что пр.'. сварке А^-М^ сплйвов без прослоек критическая скорость деформации близка к нулю, а с их применение*: V Кр значительно увеличилась. Критическая скоро« ь дефермации резко возрастает с увеличением толщины прослойки и

доходит до максимального значения, а затем резко падает из-за хрупкого разрушения соединения. Так, например, при сварке сплава АЫг-2 с никелевой прослойкой, увеличивающейся до ? = 0,1 мм, воз-

растала эт V кр а 0 до «актуального значения V Кр = 32,5 мм/с. Дальнейшее увеличение толщины прослойки до ? = 0,18 мм приводило к уменьшали» V кр ■ 19,0 мм/с.

Таким образом, применение прослоек при А&Мд. сплавов

приводит к уменьшения д?^«рмацл,1, вызванных усадкой при кристаллизации, и возрастанию деформационной способности, что обусловлено особенностями кристаллизации с высокотемпературными фазами и способствует ликвидации кристаллизационных трещин.

ОднсЯ из причин, вызывающих образование трещин в корне шва, яв-1Я-ЗТСЯ окисная пленка на соедкняемы< торцах.

Установлено, что ликвидация трещин происходит при значительном юзрастанил глубины проплавленяя. Стому способствует более высокая юглощательная способность металла прослойки по сравнению с АС . Суммарный коэффи^ент поглощения меняется в диапазоне от 1С, аварке сплава А1£г-2 без прослойки) до 25,(при сварке с про-,;-)Зко1 из титана).

Росту глубины проплавления отвечает увеличение скорости углуб-иния кратера и, следовательно, увеличение скорости перетекания рас-лчва металла из центра к периферии сварочной ваннк. При зтсм воз-астпет динамическое давление на оклс.1ую пленку, что способствует ее азруазн.да. Креме того, при наличии прослойка разрушению жидким ме-аллпм подвергается одинарная толщина окнсной пленки.

С другой стороны, применение прослойки изменяет тепловое состо-нле в сварочной ванне. Наличие расплавленного металла прослойки свидетельствует о том, что температура в сварочной ванне превышала ее

температуру плавления ( Ш - 1453°С; Тс - 1668'°С). Окисная пленка в этих условиях теряет прочность. Действием сил динамического давления пленка более легко деформируется и дробится, оттесняется от стыка кромок. Последующие переплавы при перекрытии сварных точек способствуют дальнейшему разрушение окисных включений.

Таким образом, при сварке А{-сплавов применение прослоек с большей поглощательной способностью чем и не только увеличивает эффективность проплавления, но и создает условия для протекания терыюмханического процесса разрушения окисной пленки в корне шва, связанного с действием сил динамического давления жидкого металла сварочной ванны на оигсную пленку.

Результаты исследований показали, что для сварных соединений кз сплавов , требующих высокой механической прочности и

пластичности, более предпочтительно применение прослойки из титана толщиной 5" ■ 0,05...0,10 ми. При толщине прослойки З' = 0,06..0,7 мм прочность сварного шва составляет <5*- 200...270 ЫПа, угол загиба - 90°, условная работа разрушения соединения А> 52-10~° Дж, микротвердость шва И* = ЫПа.

Прослойку из никеля можно применять для сварных соединений, не требующих высоких значений механической прочности и пластичности. Толщину прослойки из никеля следует выбирать в диапазоне =0,05„,0,0£ мм. В данном случае прочность соединения, оцененная по усилию выдавливания крышки относительно корпуса, отвечает техническим требованиям - Р « 3150...4700 Н, условная работа разрушения соединения А « 24...26-Ю-3 Дж, микротвердость шва Н* = 141^—2910 Ша.

Импульсная лазерная сварка А£-М^. сплавов с прослойками иг Т1 и N1 обеспечивает вакуумную плотность соединения - натекание не превышает 1.10~® л-икм/с.

В главэ 6 приведены результата исследований влияния технологических параметров сборки и импульсной лазерной сварки узлов из сплавов с прослойками на качество сварных соединений. Результаты доследований по устранению горячих трещин при импульсной лазерной сварке АС-Мр сплавов положены в основу разработки технологического процесса герметизации корпусоэ радиоэлектронной аппаратуры.

Качество сварных соединений и их соответствие техническим требованиям определяется уровнем разработки технологии сборки и сварки.

В процессе импульсной лазерной сварки в сварном соединении могут возникать различные дефекты, зависящие от параметров режима сварки, от нарушения условий сборки и геометрических характеристик элементов сборки. Такими дефектами могут быть:недостаточная глубина проплавления, наличие трещин в корне и на поверхности шва, неоплавление кроюк отбортовки, кратеры на поверхности шва и т.д. Поэтому для выбора оптимальных параметров режима сварки изучали влияние энергии излучения в импульсе, дефокусировки, перекрытия единичных точек, точности наводки луча на размеры и форму сечения шва, на возможность получения соединений без кратеров, поверхностных дефектов а т.д. Изучали влияние на качество соединений таких геометрических характеристик элементов сборки как толщина прослойки, толщина отбортовки, зазор в собранной детали, депланация прослойки и кромок.

Экспериментальные работы по сварке макетов и опытных изделий при использовании возможных вариантов технологии сборки и сварки позволили сформулировать основные технологические рекомендации к процессу герметизации импульсной лазерной сваркой корпусов РЭА из сплавов с прослойками.

Требования по механической прочности сварных швов выполняются, если глубина провара составляет $ = 0,5...О,7 мм. Толщина прослойки из титана составляет 8 = О,05...О,08 мы. Для сплава АМг-2 с

титановой прослойкой величина зазора между кромками отбортовки не должна превышать 0,15 ми. Депланация кромок отбортовки К 0,5мм, а заглубление прослойки не более £ -0,25 ым и выступакие не более +1,5 мы.

Сварку выполняли с объективом, фокусное расстояние которого Р з 100 мм. Параметры режима сварки следующие: Е = 7,9...9,2 Дж;

= 0...4 ед. шк.; Т « 4 мс; П « 50...6055.

Отклонение луча лазера от оси симметрии сварного шва не превышало х = ± 0,16 мм. Сварку вели в среде защитного газа - аргона.

После сварки макеты и опытные изделия были проверены на герметичность, вакуумную плотность и механическую прочность. Установлено, что изделия отвечают техническим требованиям.

Технология герметизации корпусов РЭА импульсной лазерной сваркой из сплавов с прослойками была принята к внедрению на НПО "Вымпел" и НПО "Энергия" в 1993 г.

ОБЩЕ ВЫВОда И РЕЗУЛЬТАТА РАЬОТЬ

1. С позиций ограничения теплового воздействия и коробления тонкостенных, термонеустойчивых деталей и узлов, а также устранения влияния электромагнитных полей на элементы микроэнергетики, целесообразно использовать для герметизации корпусов приборов из

сплавов импульсную лазерную сварку взамен аргонодуговой и микроплазменной.

2. Высокие скорости кристаллизации при импульсной лазерной сварке смещают появление эвтектики ( <=1 + А^Мд* ) к большим концентрациям

, в связи с чем хорошо свариваемые в условиях дуговой сварки АС-М|, сплавы при лазерной сварке проявляют более значительную склонность к образованию горячих трещин, причем, сплав АЫг-6 в большей

степени, чем сплав АУг-2.

Ликвидировать возникновение горячих трещин за счет изменения параметров режима сварки, типа соединений, конструктивных элементов сборки и т.п. не представляется возможным, поэтому металлургическое воздействие является более предпочтительным.

3. 3 результате легирования титаном или никелем и образования двухфазной структуры металла шва при кристаллизации легкоплавкая составляющая "залечивает" горячие трещины между высокотемпературными фазам;!, например, тс т.д.

4. Наличие в кристаллизующемся металле высокотемпературных фаз уменьшает деформации, вызванные усадкой на 26-29^ при сварке сплава АМг-2 с прослойкой изТб л на 22-23$ с прослойкой из /Ус и приводит к возрастанию минимальной пластичности более чем в 3 раза (от 1,2* до 4,£^> по сраЕнанию со сваркой без прослоек, что свидетельствует об увеличении дзфэрмлциэнноЯ способности металла шва.

5. Г.рнмзнаниэ при импульсной лаззрноЧ сваркз сплавов прослоек ¡з Тс АЛЛ М с болоте^ поглоцатэльшй способностью чзмдг

увея'.гава^т эффективность проплавления, но и создает усло-■'Ля для протекания т е рмо м е хан;т с ко г о процесса разрушения окисной шлнки в норна гва, связанного с действием сил динамического давления тлдкого металла сварочной нашы.

6. Введение в евароинум ванну легирующих элементов 72 , Ас чорез прослой-/;! между со-эдннлемкми крс:«:кш.м позволяло в условиях .¡мпульсно:'! лазерной сварки сплавов получить сЕарные соединения по отбсртовке крошк б-?з гсрл'-мч тре^ш л погкси.ть эффективности прсплавленид. Для ксллчествокнзЛ оценки склонности металла шва к образован:«) горячих тр?щ:ш предлс-хена методика, спроектировано л изготовлено устройство, с помощью которого определена критическая скорость дефорк-фовання V нэпризер, 1/ =32,5 км/с для

сплава АМг-2 с никелевой прослойкой, тогда как при сварке без прослойки эта величина близка к кулю. ч

7. Для сварных соединений из А(- Ы^. сплавов, требующих высокой механической прочности и пластичности, более предпочтительно применение прослойки из титана. Оценка качества и свойств сварных соединений по условной работе их разрушения "А" .показала, что для соединений с прослойкой иэ"П А>52'10~® Дяс, а из АЛ А = 24...26« КГ3 Дж.

8. Разработаны технологические приемы, позволяющие исключить образование дефектов в изделиях за счет условий сборки - допуска на величину зазора, депяакации прослойки и кромок отбортовки к т.д., а также выбора оптимальных параметров режима сварки - энергии излучения, точности наводки луча и т.д.

9. Разработанная технология импульсной лазерной сварки Ai-M^ сплавов с применением прослоек, обеспечивающая получение качественных сварных соединений, рекомендована для технологического процесса герметизации корпусов РЭА. Проведена сварка - герметизация серии макетов и опытных корпусов приборов. Испытания корпусов показали их соответствие техническим требования. Технологический процесс рекомен дован к внедрению на НПО "Энергия" и НПО "Вымпел".

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Ыинаева К.И., Баженов В.В., Привезенцев В.И., Лераков B.C. Метод количественной оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при импульсной лазерной сварке. - Id.: Сварочное производство, Г В, 199£, - с. 41-42.

2. Баженов В.З., Минаева Н.й., Привезенцев Б.И. Герметизация корпусов приборов из алюминиевых сплавов импульсной лазерной, сваркой. - Тезисы докладов "Сварка и пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры и приборов", Пенза, 1991.

3. A.c. 1539465 СССР, МКИ В 23 К 28/00 Способ оценю техноло-ическоЛ прочности при импульсной лазерной сварке./ Минаева Н.И., аженов В.В., Привезенцев З.И., Леваков B.C. - Опубл. 1988 г.

4. A.c. 1427223 СССР, МКИ (rOI * 3/18; В 23 К 28/00 Установ-а для оценки технологической прочности при сварке./ Минаева Н.И., аженов В.В., Привезенцев З.И., Леваков B.C. - Опубл. 1969 г.

5. A.c. 1609002 СССР, ЫКП В 23 К 26/00 Способ импульсной ла-ерной сварки./ Ыинаева Н.И., Баженов В.В., Привезенцев В.И., Гейн-ixe H.H. и др. - Опубл. 1989 г. - ДСП.

6. "Исследование и разработка технологии импульсной лазерной варки изделий РЭА из алюминиевых сплавов. Научно-технический от-5Т, - М.: МИЛ, 1989 г. - с. 92.

7. "Исследование л внедрение технологических процессов импульс->й лазерной сварки и резки, повышение качества и надежности узлов >воЙ техники". Научно-технический отчет, - М.: МИЛ, 1989 г. - с. 93.

8. Разработка и внедрение технологии лазерной сварки и резки ж изготовлении узлов новой техники". Научно-технический отчет, -: МИЛ, 1990 г. - с. 64.

9. Баженов В.В., Минаева Н.И., Привезенцев В.И. рметизсция корпусов приборов из алюминиевых сплавов импульсной • зерноЯ сваркой. - Тезисы докладов "Сварка и пайка в производстве паратуры и приборов", Пенза, 1992 г.

I от 05.05.93 Заказ 4. Тираж 100

гппа электрографии НШ ЦНШ/ШАШ, Шарикоподшипниковская, 4