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DE2750390A1 - Verfahren zum verbinden von teilen durch diffusionshartloeten und nach diesem verfahren hergestellte gegenstaende - Google Patents

Verfahren zum verbinden von teilen durch diffusionshartloeten und nach diesem verfahren hergestellte gegenstaende

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Publication number
DE2750390A1
DE2750390A1 DE19772750390 DE2750390A DE2750390A1 DE 2750390 A1 DE2750390 A1 DE 2750390A1 DE 19772750390 DE19772750390 DE 19772750390 DE 2750390 A DE2750390 A DE 2750390A DE 2750390 A1 DE2750390 A1 DE 2750390A1
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DE
Germany
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parts
diffusion
screws
connecting parts
containers
Prior art date
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DE19772750390
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DE2750390C2 (de
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Bernard Andre Blanchet
Jaques Lesgourgues
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/16Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

Dipl.-ln«. H. MITSCHERLICH D-SO«) MÖNCHEN 22 Dipl.-ln,. K. GUNSCHMANN StemsdoffstraBelO
η .W uVScmcr» *? 'S" 1089) «296684
Dr. r.r.»et. W. KÖRBER % Dipi.ι η q. j. scHMiDT-EVERS I / buoy U PATENTANWÄLTE
SOCIETE NATIONALE D1ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS D1AVIATION (S.N.E.C.M.A.) 2, Boulevard Victor F 75015 Paris / Frankreich
Verfahren zum Verbinden von Teilen durch Diffusionshartlöten und nach diesem Verfahren hergestellte Gegenstände.
Die Erfindung bezieht sich auf das Verbinden von Teilen, insbesondere von kompliziert gestalteten Teilen, durch Diffusionshartlöten.
Das Verbinden durch Diffusion in festem Zustand, unter Vakuum und bei starkem Druck zum Halten der Teile bringt Schwierigkeiten, die die Anwendungsmöglichkeiten für dieses Verfahren einschränken. Oberflächenungenauigkeiten und die an den Teilen anzubringenden Drücke verbieten die Ausübung des Verfahrens, wenn kompliziert geformte Teile miteinander zu verbinden sind.
Die Technik des Diffusionsschweissens im festen Zustand ist dadurch verbessert worden, daß man das Schweissen mit einem Lötvorgang kombiniert. Die beiden Vorgänge laufen im allgemeinen in einem Schutzgas oder unter Vakuum ab, und das zum Löten benutzte Auftragsmetall liegt als
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Pulver, als Folie oder als Niederschlag vor. Auf die zu verbindenden Teile wird ein Druck ausgeübt, der einerseits das Fließen der vorübergehend flüssigen Phase und andererseits die Herstellung einer homogenen Verbindung durch Diffusion herbeiführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Diffusionshartlöten für kompliziert geformte Teile einzusetzen und den auf die Teile ausgeübten Haltedruck zu vermindern, wobei aber das Auftragsmetall zwischen den zu verbindenden Teilen gut beweglich sein soll.
Das Verfahren zum Verbinden von kompliziert geformten Teilen durch Diffusionshartlöten mit einer zwischen den Teilen befindlichen Folie oder einem Niederschlag zum Verbessern des Fließens ist gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile eine erste Bearbeitung erfahren, bei der Aufnahmebehälter für Auftragsmetall gebildet werden,
- daß zwischen die zu verbindenden Teile die Folie gelegt oder auf einem der Teile ein Niederschlag abgeschieden wird,
- daß die Aufnahmebehälter mit einem Auftragsmetall in Pulverform gefüllt werden,
daß die Teile fest zusammengehalten werden und auf die zu verbindenden Flächen ein Druck mittels einer Schraube oder einer gleichartigen Vorrichtung ausgeübt wird,
daß die gesamte Teilegruppe in einen schutzgaserfüllten, erhitzten abgeschlossenen Raum, gebracht wird, um in einem
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ersten Zeitabschnitt das Auftragsmetall zu verflüssigen und in einem zweiten Zeitabschnitt die Diffusion ablaufen zu lassen,
und daß danach eine zweite Bearbeitung stattfindet, bei der die Schrauben und nach Möglichkeit auch die Behälter beseitigt werden.
Weitere Besonderheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnungen, die mehrere Ausf(ihrungsformen der Erfindung darstellen.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und als Schnitt eine Möglichkeit zur Ausübung der Erfindung bei der Herstellung eines Bundrings aus Titan oder einer Titanleg ierung mit einem ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung bestehenden Wulst.
Fig. 2 zeigt den Gegenstand aus Fig. 1 im Endzustand in perspektivischer Darstellung und im Schnitt nach der zweiten Bearbeitung.
Fig. 3 zeigt als Schnitt einen andersartigen Gegenstand, der nach der Lehre der Erfindung herstellbar ist.
Fig. 4 ist ein Schnitt durch den Gegenstand aus Fig. 3 nach der zweiten Bearbeitung.
Die bevorzugte Ausführung der Erfindung umfaßt mehrere Schritte: die erste Bearbeitung, die Vorbereitung, das Diffusionshartlöten und die zweite Bearbeitung.
Bei der ersten Bearbeitung der zu verbindenden Teile werden die zur Ausübung des Verfahrene erforderlichen Formen
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hergestellt, nämlich die Aufnahmebehälter und die öffnungen für die die Teile zusammenhaltenden Schrauben. Die Behälter können in einem der Teile als zylindrische oder kegelstumpfförmige Löcher oder als geradlinig oder gekrümmt verlaufende Rinnen ausgebildet sein. Diese Löcher oder Rinnen müssen räumlich so angeordnet und ausgeführt sein, daß das geschmolzene Pulver in alle Bereiche der zu verbindenden Flächen vorzudringen vermag.
Die Halteschrauben sind von gleicher Beschaffenheit wie die zu verbindenden Teile oder sie bestehen aus einem Werkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der der Teile. Die Teile werden durch die Pressung der Schrauben so zusammengehalten, daß die Vorgänge einwandfrei ablaufen, und die Schrauben sind so angeordnet, daß der Druck gleichmässig auf mindestens eine der zu verbindenden Flächen ausgeübt wird.
Bei dem Vorbereitungsschritt wird auf den zu verbindenden Flächen des einen Teils ein Niederschlag abgeschieden, oder es wird eine Folie hergestellt, die die Form und die Abmessungen der zu verbindenden Flächen hat. Die Folie überragt die zu verbindenden Flächen im allgemeinen um 0,5 bis 1 mm und ihre Stärke kann zwischen einigen ,um und 250 ,um variieren. Die Folie kann unterschiedlich zusammengesetzt sein, ebenso wie der Niederschlag aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten aufgebaut sein kann.
Die Folie oder der Niederschlag dienen vor allem zur Verbesserung des Fließens des Auftragsmetalls. Während des Lötens sorgt das in den Behältern befindliche Auftragsmetall für die Füllung der Fuge.
Die von den Schrauben zusammengepreßten Teile befinden sich
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während der Phase des Diffusionshartlötens in einem Ofen. Das Diffusionshartlöten läuft in dem Ofen unter Schutzgas ab. Der Ofenzyklus setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Phasen des Hartlötens und der Diffusion zusammen; dabei können unterschiedlich hohe Temperaturen angewandt werden.
Nach dem Abkühlen werden die Gegenstände aus dem Ofen genommen und der zweiten Bearbeitung zugeführt. Bei dieser Bearbeitung werden die Zonen des Gegenstands beseitigt, die zum Eindrehen der Schrauben erforderlich waren, und nach Möglichkeit auch die Behälter für das Auftragemetall.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt einen Aufbau nach der Vorbereitung und vor dem Einbringen in den Vakuumofen.
Der Aufbau weist einen runden Bundring 1 auf,an dem ein Wulst 2 oder mehrere über den Umfang des Bundringes verteilte Wulste befestigt werden sollen. Dieser Gegenstand aus TA5E (Bundring und Wulst) lädt sich durch maschinelle Bearbeitung nur schwer herstellen, und es hat sich als wirtschaftlicher und einfacher erwiesen, den Wulst durch Diffusionshartlöten an einem leicht zu bearbeitenden Teil anzubringen.
Der Bundring 1 hat Ü-Querschnitt. Die Aussenseite des zylindrischen Hohlwulsts ist dem Bundring angepaßt, damit er den Boden des U berührt, und weist zwei Abflachungen 3 und 4 auf, mit denen er an den Schenkeln des U anliegt. Er nimmt ferner die Behälter 5 und 6 auf, die bei der ersten Bearbeitung hergestellt werden.
Die Behälter 5 stellen zylindrische Löcher dar, die in
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einen Kegelstumpf übergehen, dessen grössere Basisfläche den gleichen Durchmesser hat wie die zylindrische öffnung, während die kleine, ausmündende Basis einen kleineren Durchmesser hat, durch den das Pulver eingefüllt wird.
Die Behälter 6 sind als geradlinige, blind endende Rinnen in den Abflachungen des Wulstes ausgebildet. Vorausgesetzt sie befindet sich im oberen Bereich, braucht nur eine einzige Rinne vorgesehen zu werden, wenn der Gegenstand flach in den Wärmebehandlungsofen gesetzt wird.
Man kann auch mit andersartigen und abweichend angebrachten Behältern arbeiten. Beispielsweise können in den unteren Boden des Wulsts oder in die den Abflachungen des Wulsts gegenüberstehenden Flanken des Bundringes eine oder mehrere Rinnen geschnitten werden.
Zwischen dem Bundring 1 und dem Wulst 2 befindet sich eine Folie 7, die vor dem Zusammenfügen der Teile eingelegt wurde. Die Folie hat eine Stärke von 50 ,um; sie besteht aus 70 % Titan, 15 % Kupfer, 15 % Nickel und hat einen Schmelzbereich von 900 bis 940° C. Um an den Rändern der Teile eine gute Füllung zu erzielen, ist die Folie so ausgeführt, daß sie alle zu verbindenden Flächen um 0,5 bis 1 mm überragt.
Die Folie kann durch einen Niederschlag ersetzt werden, der auf den Seitenflächen des einzusetzenden Wulstes elektrolytisch abgeschieden wird. Der Niederschlag besteht aus drei übereinander abgeschiedenen Schichten von Ni, Cu, Ni, und die zugehörigen Schichtdicken sind 3 »um, 6 .um, 3.Um.
Die Teile werden mit Schrauben 8 und 9 in ihrer gegenseitigen Lage festgehalten; die Schrauben bestehen aus dem
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gleichen Material wie die zu verbindenden Teile, d.h. aus ΤΆ5Ε.
Alle Teile werden vor dem Zusammensetzen gereinigt; die Behälter werden mit feinstzerkleinertem Metallpulver (Ti 70 %, Cu 15%, Ni 15 %) beschickt, wobei die Füllung je nach ihrer Anordnung vor oder nach dem Zusammenbau erfolgt, und der ganze Aufbau wird dann in den unter Vakuum stehenden Wärmebehandlungsofen gesetzt.
Der Hartlötvorgang läuft in zwei Schritten bei zwei verschiedenen Temperaturen ab, die jeweils 15 min. gehalten werden. Die erste Temperaturstufe liegt bei 870° C, und bei der zweiten Temperaturstufe von 980° C erscheint die vorübergehend flüssige Phase, die durch das Schmelzen des Auftragsmetalls hervorgerufen wird. Der Diffusionsvorgang spielt sich dann während einer Zeitdauer von 2 Std. bei 900° C ab.
Fig. 2 zeigt den Gegenstand nach der zweiten Bearbeitung. Dabei werden die zylindrischen Behälter 5 und 6 und die Schrauben 8 und 9 beseitigt. Bei dem in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel verbleiben die Behälter 6 in dem fertigen Gegenstand.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ebenfalls aus TA5E bestehenden Teilen.
In Fig. 3 ist eine Platte 10 gezeichnet, auf die eine Gewindehülse 11 gestellt ist.
Zwischen den Teilen 10 und 11 liegt eine Folie 12. Sie ist 50 ,um stark und überragt die zu verbindenden Flächen um 0,5 bis 1 mm.
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Die Folie kann durch einen elektrolytischen Niederschlag von Ni, Cu, Ni ersetzt werden, der auf der Fläche der mit der Platte zu verbindenden Hülse abgeschieden ist. Die zugehörigen Schichtdicken betragen ungefähr 3 ,um, 6 ,um, 3 ,um.
In der Hülse 11 ist ein Behälter 13 angeordnet. Er hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen große Basis der mit der Hülse zu verbindenden Platte zugewandt ist. Der Behälter ist mit Metall in Form eines feinstzerkleinerten Pulvers aus 70 % Ti, 15 % Cu und 15 % Ni gefüllt.
Eine ebenfalls aus TA5E bestehende Schraube 14 hält die Teile zusammen und erzeugt den für die Diffusion erforderlichen Druck.
Die Hartlötung erfolgt wie oben beschrieben während 15 Min. bei 870° C und während weiterer 15 Min. bei 980° C, um die vorübergehend flüssige Verbindungsphase zum Schmelzen zu bringen. Die Diffusion erfordert 2 Stunden bei 900 C.
In Fig. 4 wird der Gegenstand nach der zweiten Bearbeitung gezeigt. Die Schraube und der Behälter sind entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verbinden von Teilen läßt sich auch bei einfachen flachen Teilen anwenden. Man kann auch, beispielsweise bei dem Bundring aus Fig. 1, rechteckige angepaßte Wulste befestigen, wobei Behälter im Boden der U-Form des Bundringes angeordnet sind und Wulst und Bundring mit Schrauben zusammengehalten werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern umfaßt auch das Herstellen von Ver-
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bindungen zwischen Teilen, die aus anderem Material als Titan und Titanlegierungen bestehen, und ist besonders geeignet für Stähle und Superlegierungen.
Der Patentanwalt
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Claims (4)

Ansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von Teilen durch Diffusionshartlöten, wobei ein Auftragsmetall zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen der zu verbindenden Teile gebracht wird, die gegeneinander gepreßt und in einen abgeschlossenen Raum unter Schutzgas gebracht und erhitzt werden, damit in einem ersten Zeitabschnitt das Auftragsmetall flüssig wird und in einem zweiten Zeitabschnitt die Diffusion stattfindet,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der fest miteinander zu verbindenden Flächen Behälter (5, 6; 13) angeordnet sind, die mit pulverförmigern Auftragsmetall beschickt werden, daß die Teile (1, 2; 10, 11) mit Schrauben (8, 9; 14) zusammengehalten werden, die einen Druck im Bereich der fest miteinander zu verbindenden Flächen ausüben, und daß nach dem Verbinden der Teile (1, 2; 10, 11) durch Diffusion die Halteschrauben (8, 9; 14) und die Behälter (5, 6; 13) bei einer zweiten Bearbeitung beseitigt werden.
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2. Verfahren zum Verbinden von Teilen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschrauben (8, 9; 14) aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die zu verbindenden Teile (1, 2; 10, 11).
3. Verfahren zum Verbinden von Teilen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteschrauben (8, 9; 14) aus einem Werkstoff bestehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner ist als der des Materials der zu verbindenden Teile (1, 2; 10, 11).
4. Gegenstände, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 miteinander verbunden sind.
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DE2750390A 1976-11-12 1977-11-10 Verfahren zum Verbinden von Teilen durch Diffusionshartlöten und nach diesem Verfahren hergestellte Gegenstände Expired DE2750390C2 (de)

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DE2750390A1 true DE2750390A1 (de) 1978-05-18
DE2750390C2 DE2750390C2 (de) 1983-09-29

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