СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПОД СВАРКУ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/235 

Изобретение относится к технологии сварки конструкций из титановых сплавов, в частности к подготовке поверхности заготовок перед сваркой, и может использовано в машиностроительной и авиакосмической промышленности.

Известен способ подготовки поверхности заготовок перед сваркой (Справочник, том. 2/ Под ред. А.И. Акулова. Сварка в машиностроении. Машиностроение, 1978, с. 303-304), заключающийся в вакуумной дегазации, механической обработке (фрезеровании, зачистке металлическими щетками, шабрении) и обезжиривании промывка ацетоном, бензином и этиловым спиртом -ректификатом.

Способ имеет следующие недостатки: процесс длительный, большое число технологических операций, работы по зачистке свариваемых кромок металлическими щетками и т.п. должны выполняться в помещении изолированном от сварочных постов. Нарушение любой из операций приводит к ухудшению качества, а именно увеличению газонасыщения сварного шва, пористости и как следствие, снижение прочностных характеристик. Фрезерование тупым инструментом приводит недостаточной чистоте кромки, что ведет к порообразованию. Загрязнение металлических щеток приводит к загрязнению кромок и повышает порообразование. Замена спирта ацетоном также ведет к повышению порообразования.

Известен способ подготовки под сварку титановых конструкций авт.св. 1587794, А1, В 23 К 20/16 от 03.01.89, В.И. Григорьевский, В.Н. Родионов, В. К. Акинин и Н.Н. Чучунал. Способ диффузионной сварки, заключающийся в том, что свариваемые поверхности соединяемых деталей из титановых сплавов предварительно окисляют в вакууме 2,6 26•10^-2 Па при 500 - 650^oС в течение 30 60 мин. Затем свариваемые поверхности пластически деформируют, нагревают до температуры сварки, сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку. Так как толщина предварительно окисленного слоя в процессе нагрева в интервале значений вакуума 2,6 26•10^-2 Па изменяется незначительно, то это создает возможность снизить величину вакуума в сварочной камере на 2-3 порядке, что снижает энергетические затраты. Пластическое деформирование окисленного слоя приводит к нарушению его сплошности и увеличению в десятки раз скорости растворений окисленного слоя. Указанный способ является прототипом.

Недостатком данного способа является то, что окисление необходимо вести в вакууме, требуется обязательно пластическое деформирование окисленного слоя и сварка возможна только диффузионная.

Цель изобретения упрощение технологического процесса, сокращение времени подготовки поверхности перед сваркой, уменьшение газопоглощения, уменьшение пористости, увеличение прочностных характеристик сварных конструкций.

Цель достигается тем, что окончательно готовые под сварку заготовки подвергают прогреву в воздушной среде при 150 300^oС и времени выдержки 3 1 ч соответственно.

В процессе нагрева происходит дегазация поверхности, особенно от адсорбированной влаги с образованием окисной пленки. Последнее приводит к дезактивации поверхности, особенно к адсорбции влаги на окисленной поверхности заготовок.

Тонкая низкотемпературная окисная пленка очень плотная и является защитой от газопоглощения. В процессе сварки идет интенсивный процесс восстановления тонкой окисной пленки за счет нарушения ее сплошности в процессе разогрева.

Сварку можно проводить любую: дуговую, электронно-лучевую и т.д.

Эти признаки являются новыми и неизвестными в литературе, что позволяет признать соответствие технического решения критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявленного способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными признаками в заявленном изобретении, и признать заявленное критерию соответствующим решению "Существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом. Заготовки после соответствующих технологических операций подвергаются очистке поверхности следующими технологическими приемами: после химфрезерования травление и осветление заготовок; после штамповки опескоструивание и осветление или травление и осветление; после термообработки гидропескоструйная очистка и осветление или травление и осветление. После этого кромки заготовок подвергают подгонке и фрезеровке, механической зачистке металлическими щетками, шабрению, обезжириванию ацетоном и протирке этиловым спиртом.

Подготовленные таким образом под сварку заготовки подвергают прогреву в воздушной среде при температуре 150 300^oС и времени выдержки 3 1 ч соответственно.

С целью сокращения операции подготовки (фрезерование, механическая зачистка металлическими щетками, шабрение, обезжиривание) оставляют либо операцию осветления (травления), либо операции гидропескоструйной или пескоструйной обработки перед прогревом.

В процессе изготовления конструкций требуется целый ряд промежуточных операций подготовки поверхности заготовок под сварку после операций, связанных с нагревом, как под штамповку, так и под термообработку.

С целью исключения промежуточных операций по полному циклу (гидропескоструйная обработка, травление и т.д.) подготовка поверхности под сварку заготовок с нерегламентированной плотной окисной пленкой, полученной при нагреве под штамповку или термообработку, заготовки сразу подвергают шабрению и сварке.

Вместе с опытными партиями деталей, подвергавшимися химфрезерованию, штамповке и соответствующей технологии очистки, изготавливались образцы из листа толщиной 1,5 мм сплава ВТ-20 и подвергались различным способам подготовки кромок под сварку, как показано в таблице. После сварки образцы подвергались рентгенографии, испытанию механических свойств, анализу газов. По результатам испытаний можно сделать следующие выводы.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет вести дуговую, электроннолучевую сварки титановых конструкций, упрощается процесс подготовки кромок под сварку, сокращается время подготовки перед сваркой, уменьшается газопоглощение, а вместе с тем пористость, увеличиваются прочностные характеристики сварного шва, как показано в таблице, для сплава ВТ-20.

Использование: сварка титановых сплавов. Сущность изобретения: заготовки под сварку подвергают прогреву в воздушной среде при температуре 150 - 300^oС и выдержке 3 - 1 ч соответственно. Прогрев можно вести сразу после раскроя заготовок после шабрения, осветления и гидропескоструйной или пескоструйной очистки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ подготовки заготовок из титановых сплавов под сварку, включающий раскрой заготовок, подгонку заготовок и механическую обработку, холодную или горячую штамповку, гидропескоструйную или пескоструйную очистку, химфрезерование, осветление, травление, очистку поверхности металлическими щетками, обезжиривание, протирку этиловым спиртом, отличающийся тем, что заготовки подвергают прогреву в воздушной среде при температуре 150 - 300^oС и времени выдержки 1 3 ч соответственно. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что прогрев осуществляют после травления. 3. Способ пп. 1 и 2 отличающийся тем, что прогрев осуществляют после гидропескоструйной обработки.