СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ СЛОИСТЫХ ТИТАНОВЫХ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2007 года по МПК B23K20/14 

Изобретение относится к сварке, а именно диффузионной сварке тонкостенных слоистых конструкций сложного криволинейного профиля, состоящих из наружной и внутренней обшивок, собранных коаксиально.

Известен способ диффузионной сварки слоистых конструкций, включающий нагрев и приложение сварочного давления активной газовой средой, взаимодействующей с наружной поверхностью свариваемых внешней и внутренней обшивок и упрочняющей ее (описание изобретения к а.с. 679359, МКИ² В 23 К 19/00, 1978).

Известный способ не позволяет в процессе сварки устранить возможную потерю устойчивости формы свариваемых обшивок при высокоинтенсивном силовом воздействии, обеспечивающем высокое качество соединения в процессе диффузионной сварки.

Задача изобретения - повышение устойчивости свариваемой конструкции в условиях высокоинтенсивного силового воздействия.

Технический результат от использования изобретения - расширение диапазона сварочного давления и повышение качества сварных конструкций.

Технический результат достигается тем, что в способе диффузионной сварки слоистых титановых тонкостенных конструкций криволинейного профиля, включающем нагрев и приложение сварочного давления активной газовой средой, содержащей азот, взаимодействующей с наружной поверхностью внешней обшивки слоистой конструкции и упрочняющей ее, внутреннюю обшивку слоистой конструкции размещают на оправке с азотированной опорной поверхностью и упрочняют наружную поверхность внутренней обшивки путем термодинамического контакта, при этом нагрев осуществляют со скоростью 0,25°С/сек, а при достижении 500°С сварочное давление Р изменяют по зависимости:

Р=К₁+К₂ ln(Т), (1)

где К₁, К₂ - эмпирические коэффициенты: K₁=-1,12...-1,1 МПа; К₂=0,184 МПа; Т - температура нагрева, °C.

Осуществляют способ следующим образом.

Слоистую конструкцию, например, конического профиля, состоящую из коаксиальных наружной и внутренней обшивок и подготовленную к диффузионной сварке устанавливают на оправку. Опорная поверхность оправки, контактирующая с наружной поверхностью внутренней обшивки азотирована. Процесс диффузионной сварки ведут в сварочной камере в активной газовой среде азота при начальном давлении Р₀ и нагреве со скоростью 0,25°С/сек. По достижении температуры 500°С сварочное давление Р изменяют в соответствии с зависимостью (1). Коэффициент K₁ выбирается экспериментально в соответствии с оптимальными диапазонами сварочного давления и температуры нагрева, обеспечивающим высокое качество соединения обшивок в процессе диффузионной сварки.

В таблице приведены пример расчетных значений изменения сварочного давления Р в диапазоне до 0,15 МПа и температуры нагрева до 1000°С для сварки оболочек оживальной формы из сплавов ВТ6 теплообменника энергетической установки. Толщина стенки внешней оболочки 0,8 мм, толщина внутренней оболочки, имеющей оребрение, 2,8 мм. Начальное давление сварочное давление активной газовой среды Р₀=0,03 МПа.

ТаблицаК₁К₂Т, °СР, МПа--5000,03-1,12-0,1845500,04-1,12-0,1846000,06-1,12-0,1847000,09-1,12-0,1849000,13-1,12-0,18410000,15

В процессе диффузионной сварки на наружной поверхности каждой обшивки формируется азотированный слой, обладающий повышенным сопротивлением высокотемпературной деформации. При этом на внешней обшивке азотированный слой формируется путем взаимодействия азота активной среды с титаном и аккумулирования в поверхностном слое в виде соединенний Ti_n N_m. На внутренней обшивке азотированный слой формируется путем твердофазного контактного титанотермического восстановления химических соединений типа нитридов MeN (Me - металл, N - азот), содержащихся в азотированном слое опорной поверхности оправки, в насыщаемый наружный слой титанового материала обшивки.

Выбранные режимы изменения скорости нагрева и сварочного давления установлены экспериментально и обеспечивают оптимальные условия для проведения одновременно с процессом диффузионной сварки конструкции процесса диффузионного насыщения азотом на оптимальную глубину наружной поверхности внутренней обшивки в условиях нагрева.

Использование азотированной оправки для размещения свариваемых обшивок в процессе диффузионной сварки одновременно позволяет исключить потерю устойчивости конструкции в условиях высокоинтенсивного силового воздействия сварочного давления, осуществляя эффективный подпор наружной поверхности внутренней обшивки. При этом азотированный слой оправки выполняет дополнительную функцию стоп-покрытия.

Изобретение может быть использовано при диффузионной сварке тонкостенных слоистых конструкций сложного криволинейного профиля, состоящих из наружной и внутренней обшивок, собранных коаксиально. В процессе диффузионной сварки приложение сварочного давления осуществляют активной средой, содержащей азот, которая упрочняет наружную поверхность внешней обшивки слоистой конструкции. Внутреннюю обшивку слоистой конструкции размещают на оправке с азотированной опорной поверхностью и упрочняют наружную поверхность внутренней обшивки путем термодинамического контакта. Нагрев осуществляют со скоростью 0,25°С/сек. Сварочное давление при достижении 500°С изменяют по заданной зависимости. Способ обеспечивает расширение диапазона сварочного давления за счет повышения устойчивости свариваемой конструкции и повышение ее качества. 1 табл.

Способ диффузионной сварки слоистых титановых тонкостенных конструкций криволинейного профиля, включающий нагрев и приложение сварочного давления активной газовой средой, содержащей азот, взаимодействующей с наружной поверхностью внешней обшивки слоистой конструкции и упрочняющей ее, отличающийся тем, что внутреннюю обшивку слоистой конструкции размещают на оправке с азотированной опорной поверхностью и упрочняют наружную поверхность внутренней обшивки путем термодинамического контакта, при этом нагрев осуществляют со скоростью 0,25°С/с, а при достижении 500°С сварочное давление изменяют по зависимости

P=K₁+K₂ln(T),

где K₁, К₂ - эмпирические коэффициенты;

К₁=-1,12...-1,1 МПа;

К₂=0,184 (МПа);

Т - температура нагрева, °С.