СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2008 года по МПК B23K9/02 

Изобретение относится к области общего машиностроения, деталям и конструкциям, работающим в циклическом режиме нагружения, в частности к производству тонкостенных сосудов давления.

Известен способ неразъемного соединения двух деталей, включающий выполнение в одной из соединяемых деталей установочного паза по форме установочной части другой детали и технологических отверстий по периметру ее установочного паза с образованием перемычек. В другой детали выполнены технологические выемки по периметру ее установочной части с шагом размещения технологических отверстий первой детали. Совмещение одной детали с другой деталью производится путем установки установочной части одной из них в установочном пазу другой. Размещение перемычек первой детали в технологических выемках второй детали производится при помощи специального инструмента, обеспечивающего деформации перемычек в направлении к технологическим выемкам (А.с. №1583673). Недостатком этого способа является отсутствие герметичности соединения.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа является способ получения неразъемного соединения сопрягаемых деталей, основанный на параллельном расположении кромок соединяемых деталей, размещении между ними вставки, расплавлении вставки и кромок соединяемых деталей с последующим охлаждением сварного соединения (SU 904937 А1, 15.02.1982). Недостатком данного способа является невысокая долговечность соединения. В процессе циклического нагружения деталей происходит накопление повреждений в зоне соединения, приводящее к появлению и росту микротрещин. Накопление повреждений связано с остаточной пластической деформацией, возникающей в материале в процессе его циклической работы.

Задачей изобретения является повышение долговечности неразъемного соединения деталей путем использования материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ), позволяющих восстанавливать дополнительную к упругой часть деформации в процессе циклических нагрузок, предотвращать возникновение пластических деформаций, тем самым снижать появление и рост микротрещин в соединении.

Поставленная задача решается предлагаемым способом неразъемного соединения деталей. Кромки соединяемых деталей располагаются параллельно. Между кромками соединяемых деталей размещается вставка, выполненная из материала с ЭПФ. Затем осуществляется плавление вставки и кромок соединяемых деталей до их сплавления и охлаждение. Температура плавления выбирается исходя из температуры плавления более тугоплавкого материала. Плавление может осуществляться в среде защитных газов при помощи лазерной или электродуговой сварки неплавящимся электродом. Кромки соединяемых деталей располагаются на ширину вставки из материала с ЭПФ, выполненной в виде проволоки, полосы или пластины.

Повышение долговечности неразъемного соединения деталей при циклических нагрузках заключается в способности материала с ЭПФ восстанавливать до 8% деформации сразу после снятия нагрузки. Это свойство проявляется при температурах выше конца обратных мартенситных превращений A_f и называется псевдоупругость. В процессе циклической работы соединения при температурах выше A_f материал вставки восстанавливает деформацию в момент разгрузки, тем самым предотвращая появление пластических деформаций и, как следствие, возникновение и рост микротрещин.

Вариант 1

Способ осуществляется следующим образом. В качестве соединяемых деталей используются листы стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм, которые устанавливаются и фиксируются на плоских медных оправках таким образом, что кромки листов параллельны между собой и находятся на расстоянии 1 мм. Далее производится установка вставки из сплава Ni55,5Ti44,5, выполненной в виде проволоки диаметром 1 мм между соединяемыми листами. Медные оправки вместе с соединяемыми листами и вставкой из сплава Ni55,5Ti44,5 помещаются в герметичную камеру, из которой откачивается воздух при помощи вакуумного насоса. После этого камера заполняется инертным газом - аргоном. Температура плавления стали 12Х18Н10Т 1800°С, сплава Ni55,5Ti44,5 1350°С, следовательно, температура плавления должна составлять не менее 1800°С. При помощи электродуговой сварки неплавящимся электродом за один проход производится проплавка, обеспечивающая соединение листов. Режимы электродуговой сварки: ток I=60 А; напряжение V=30 В; скорость продольной подачи v=60 мм/мин. Режимы проплавки выбираются в зависимости от температуры плавления материала вставки и материала соединяемых деталей и должны обеспечивать расплавление обоих материалов.

Повышение долговечности неразъемного соединения заключается в том, что при температурах выше A_f (для сплава Ni55,5Ti44,5 А_f=-26°С) после снятия нагрузки материал вставки проявляет эффект псевдоупругости и восстанавливает до 4% деформации, предотвращая появление микротрещин. Испытания соединения на многоцикловую усталость показали увеличение предела выносливости в 1,5-1,7 раз в сравнении с описанными выше аналогами.

Вариант 2

В качестве соединяемых деталей используются две половинки цилиндрической части корпуса тонкостенного сосуда давления, образованные осевым сечением цилиндра. Днища сосуда представляют собой полусферические крышки. Материал корпуса сосуда - никелевый сплав ХН78Т, размеры: диаметр сосуда 100мм, высота 150мм, толщина стенки 2 мм, радиус днища 50 мм. Для неразъемного соединения двух цилиндрических частей по образующей цилиндра используются две вставки, представляющие собой полоски размерами 150×6×2 мм из сплава Ni51,5Ti46Fe2,5. Две цилиндрические части корпуса сосуда устанавливаются на специальные медные цилиндрические оправки того же диаметра и фиксируются так, чтобы кромки соединяемых частей были параллельны, причем расстояние между ними должно равняться ширине вставки 6 мм. Между двумя кромками соединяемых деталей устанавливаются вставки. Далее вся конструкция помещается в герметичную камеру, из которой откачивается воздух при помощи вакуумного насоса. После этого камера заполняется инертным газом - аргоном. Температура плавления сплава ХН78Т 1300°С, сплава Ni51,5Ti46Fe2,5 1450°С, следовательно, температура плавления должна составлять не менее 1450°С. При помощи непрерывной лазерной сварки за один проход с каждой стороны вставки производится проплавка, обеспечивающая соединение соответствующих кромок вставки и цилиндрической части. Аналогичным образом производится проплавка для другой вставки.

Режимы непрерывной лазерной сварки: мощность излучения Р=1800 Вт; диаметр пятна d=2 мм; скорость сварки v=40 мм/мин. Далее к полученной цилиндрической части корпуса сосуда давления привариваются днища.

Повышение долговечности неразъемного соединения заключается в том, что при температурах выше A_f (для сплава Ni51,5Ti46Fe2,5 A_f=-69°C) после снятия нагрузки материал вставки проявляет эффект псевдоупругости и восстанавливает до 6% деформации, предотвращая появление микротрещин. Испытания соединения на малоцикловую усталость в мягком режиме нагружения с амплитудой 250 МПа показали увеличение числа циклов до разрушения в 2,5-3 раза в сравнении с описанными выше аналогами.

Изобретение может быть использовано при производстве деталей и конструкций, работающих в циклическом режиме нагружения, в частности тонкостенных сосудов давления. Между параллельно расположенными кромками соединяемых деталей размещают вставку из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ). Расплавляют вставку и кромки соединяемых деталей и охлаждают сварное соединение. Плавление осуществляют лазерной или электродуговой сваркой неплавящимся электродом в среде защитных газов. Используют вставку в виде проволоки, или полосы, или пластины. В процессе циклической работы соединения материал вставки восстанавливает деформацию в момент разгрузки, тем самым предотвращая появление пластических деформаций и, как следствие, возникновение и рост микротрещин. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ получения неразъемного соединения деталей, включающий параллельное расположение кромок соединяемых деталей, размещение между кромками вставки, расплавление вставки и кромок соединяемых деталей и охлаждение сварного соединения, отличающийся тем, что размещают вставку, выполненную из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плавление осуществляют в среде защитных газов.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что кромки соединяемых деталей располагают на расстоянии, равном ширине вставки.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что плавление осуществляют лазерной или электродуговой сваркой неплавящимся электродом.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют вставку в виде проволоки, или полосы, или пластины.