СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНУСНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2000 года по МПК B23K1/00 B23K31/02 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к пайке конструкций с охлаждаемым контуром, выполненных в форме конуса и работоспособных в экстремальных условиях.

Подобные конструкции представляют собой паяно-сварную сборочную единицу, состоящую из спаянных между собой внутренней и наружной конусных стенок.

Известен способ пайки двухслойного конусного узла энергетического агрегата, представляющего собой паяно-сварную конструкцию, содержащую наружную стенку из нержавеющей стали и оребренную внутреннюю стенку из бронзы. На оребренную поверхность внутренней детали наносят припой, собирают конструкцию с образованием внутренней полости между стенками и паяют при создании вакуума в полости и давлении инертного газа в печи при температуре 970±5^oC. В процессе охлаждения давление в печи увеличивают (авт. свид. СССР N 1830318, кл. B 23 K 1/00). За счет разности коэффициентов термического расширения (КТР) материалов стенок и значительного давления инертного газа в печи, оказываемого на стенки при нагреве и охлаждении, получили паяные соединения достаточно плотные и прочные.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ изготовления конусных конструкций (Горев И.Н. Основы производства жидкостных ракетных двигателей. - M.: Машиностроение, 1969, с. 108-109), согласно которому наружную и внутреннюю оребренные стенки собирают с образованием полости, размещают припой, герметизируют полость, создают в полости вакуум и давление на наружную стенку, производят пайку конструкции и ее охлаждение.

Однако при пайке конусных конструкций, содержащих обе стенки значительной толщины и выполненных из материалов с одинаковыми КТР, давление в печи оказывается недостаточным для плотного прилегания внутренней стенки к наружной. В результате паяные соединения при изготовлении таких конструкций оказываются недостаточно прочными и герметичными.

Задача изобретения - разработка такой технологии изготовления паяно-сварной конусной конструкции со стенками, выполненными из материалов c одинаковыми КТР и имеющими толщины, не способные деформироваться под действием давления газа в печи, которая бы обеспечила получение высокопрочных и герметичных паяных соединений.

Задача решена за счет того, что после размещения припоя и сборки толстостенной конструкции, содержащей наружную и внутреннюю оребренную стенки, осуществляют приварку по большому и малому диаметрам сопрягаемых конических стенок технологических компенсаторов линейных перемещений, выполненных из тонколистового металла и герметизирующих полость между стенками за счет приварки одного конца каждого компенсатора к внутренней стенке, а другого - к наружной, создают вакуум в полости между стенками и давление инертного газа в печи, после пайки конструкцию охлаждают, компенсаторы срезают, а в местах среза проводят сварку внутренней и наружной стенок.

Технический результат изобретения - обеспечение работоспособности конусной конструкции в экстремальных условиях за счет высокой герметичности и прочности паяных соединений.

На чертеже представлена конусная конструкция узла энергетического агрегата в разрезе до пайки.

Конструкция включает в себя конусные внутреннюю оребренную стенку 1 и наружную стенку 2 (рубашку). Внутренняя стенка выполнена по конфигурации наружной. По большому и малому диаметрам конструкции в торцевых ее частях установлены технологические компенсаторы линейных перемещений 3, 4, выполненные из тонколистового металла, например из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Оба компенсатора соединены как с внутренней, так и с наружной стенками 1, 2. Между наружной поверхностью внутренней стенки 1 и внутренней поверхностью наружной стенки 2 образована внутренняя межреберная полость 5.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом.

Изготавливают стенки толщиной выше 10 мм механическим методом, причем внутреннюю стенку 1 выполняют с оребренной наружной поверхностью из сплава на никелевой основе марки ХН67МВТЮ, а наружную стенку 2 - также из сплава на основе никеля марки ХН78Н. Стенки собирают с образованием между ними межреберной полости 5, при этом располагают между стенками 1, 2 припой на основе марганца марки Г70НХ. Далее с обоих концов конической конструкции по большому и малому ее диаметрам устанавливают компенсаторы 3, 4, которые могут принимать различную форму в зависимости от удобства их крепления к стенкам. Оба компенсатора с помощью ручной аргонно-дуговой сварки соединяют одним его концом с внутренней стенкой 1, другой - с наружной стенкой 2. Наличие приваренных к стенкам технологических компенсаторов 3, 4 позволяет образовать достаточно герметичную межреберную полость 5. Компенсаторы являются достаточно гибкими, чтобы при любом линейном перемещении стенок в процессе пайки скомпенсировать эти перемещения и тем самым предотвратить нарушение герметичности конструкции. Собранную конструкцию паяют в вакуумно-компрессионном агрегате. До начала пайки в полости 5 создают вакуум 1•10^-2-1•10^-3 мм рт.ст. , а в рабочей зоне агрегата - давление инертного газа - аргона до 5 кг/см². Пайку проводят при температуре 1180-1250^oC и выдержке, обеспечивающей полное расплавление и растекание припоя по паяемым поверхностям. В качестве материала конструкции могут быть использованы не только сплавы на основе никеля, но и другие сплавы, например высоколегированные стали. В этом случае режимы пайки будут иными и зависеть от выбранных материалов конструкции и припоя. В процессе пайки благодаря растягивающей способности компенсаторов наружная стенка 2 движется по паяемой поверхности внутренней стенки 1, поджимая их друг к другу и выбирая при этом зазор между ними. Это не позволяет образоваться в паяном соединении различного рода дефектов. Усилие, обеспечивающее движение стенок относительно друг друга, зависит от наружного давления газа в агрегате и разности в диаметрах конусной конструкции. Чем больше давление в агрегате и разность в диаметрах, тем больше это усилие. Величина этого усилия не влияет на формирование паяного соединения, тогда как высота спая тем больше, чем меньше это усилие. После пайки компенсаторы 3, 4 срезают и по местам среза проводят аргонно-дуговую сварку в защитной среде наружной стенки с внутренней.

Были проведены металлографические исследования паяных соединений образцов, изготовленных в соответствии с данной технологией. Анализ показал отсутствие в них каких-либо дефектов. Исследования механических свойств паяных соединений конусных конструкций показали высокую их прочность и герметичность, что обеспечило их работоспособность в экстремальных условиях.

Изобретение может быть использовано при изготовлении толстостенных конусных конструкций с охлаждаемым контуром, работоспособных в экстремальных условиях. Стенки конструкции собирают с образованием между ними межреберной полости. По большому и малому диаметрам устанавливают технологические компенсаторы линейных перемещений из тонколистового металла. Один конец компенсатора приваривают к внутренней стенке, а другой - к наружной стенке. Пайку проводят при давлении газа на наружную стенку и вакууме в межреберной полости. После пайки компенсаторы срезают. На местах среза проводят сварку внутренней стенки с наружной. Высокая герметичность и прочность паяных соединений обеспечивает работоспособность конструкции в экстремальных условиях. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления конусной конструкции, содержащей наружную и внутреннюю оребренную стенки, включающий сборку конструкции с образованием полости между стенками, размещение припоя, герметизацию полости, создание вакуума в полости и давления инертного газа на наружную стенку, пайку и охлаждение, отличающийся тем, что при пайке толстостенных конструкций герметизацию полости осуществляют путем приварки по большому и малому диаметрам сопрягаемых конических стенок технологических компенсаторов линейных перемещений, выполненных из тонколистового металла, при этом один конец каждого компенсатора приваривают к внутренней стенке, а другой конец - к наружной, после охлаждения конструкции компенсаторы срезают, а в местах среза проводят сварку внутренней и наружной стенок. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стенки конструкции выполнены из сплавов на никелевой основе. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пайку проводят при температуре 1180 - 1250^oC с выдержкой для полного расплавления и растекания припоя по паяемым поверхностям.