СПОСОБ ПАЙКИ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ, МАТЕРИАЛ ВНЕШНЕЙ ДЕТАЛИ КОТОРОЙ ИМЕЕТ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ, ПРЕВОСХОДЯЩИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2009 года по МПК B23K1/00 B23K1/19 

Область техники

Изобретение относится к области изготовления паяных телескопических конструкций из разнородных материалов с различным характером изменения их коэффициентов линейного расширения при нагреве под пайку.

Предшествующий уровень техники

При пайке таких конструкций используются технологии поджатия деталей друг к другу с помощью различного рода термокомпенсаторов, либо с помощью использования высокого давления газовой среды.

В авторском свидетельстве СССР №1830318 описан способ изготовления паяной телескопической конструкции, при котором поджатие деталей друг к другу производят путем создания в печи перепада давления инертного газа - аргона снаружи и внутри конструкции в процессе пайки.

Однако известный способ поджатия деталей требует создания в печи высокого давления инертного газа, особенно при пайке крупногабаритной конструкции, что влечет за собой значительный расход дорогостоящего инертного газа и снижение рабочего ресурса печи.

В авторском свидетельстве СССР №472760, МПК Б23К 3/00, 1973 г. описан способ изготовления паяной телескопической конструкции, детали которой выполнены из разнородных материалов с различным характером изменения коэффициента линейного расширения в процессе нагрева под пайку. Процесс поджатия деталей друг к другу при нагреве осуществляют путем воздействия на внутреннюю деталь термокомпенсатором, состоящим из массивного усеченного конуса, выполненного из материала, коэффициент линейного расширения которого близок по значению к коэффициенту линейного расширения материала наружной детали, и кольца - из материала, коэффициент линейного расширения которого близок коэффициенту линейного расширения материала внутренней детали. Внутрь собранной конструкции помещают кольцо и полученную сборку располагают на конусе термокомпенсатора. Далее производят нагрев под пайку, при этом паяемые детали опускаются под действием собственного веса по конусу, расширяющемуся в меньшей степени. Кольцо термокомпенсатора при расширении плотно поджимает внутреннюю деталь к наружной.

Недостатком известного способа является использование массивного и конструктивно сложного термокомпенсатора, который при охлаждении вызывает в наружной детали растягивающие напряжения, приводящие к образованию в ней таких дефектов, как трещины.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения - создание технологии изготовления паяной телескопической конструкции, позволяющей достичь высокой механической прочности между соединяемыми деталями.

Задача решена за счет того, что в способе пайки телескопической конструкции, материал внешней детали которой имеет коэффициент линейного расширения, превосходящий коэффициент линейного расширения внутренней детали, включающем размещение внутри внутренней детали термокомпенсатора из материала, коэффициент линейного расширения которого близок к коэффициенту линейного расширения материала наружной детали, обеспечивающего при нагреве под пайку принудительное их поджатие друг к другу, а также охлаждение после пайки и удаление термокомпенсатора, причем размещение термокомпенсатора производят с натягом, приводящим к созданию во внутренней детали напряжения, равного пределу текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре, соответствующей началу температурного диапазона превышения коэффициента линейного расширения материала наружной детали над коэффициентом линейного расширения материала внутренней детали, при этом используют термокомпенсатор в виде кольца толщиной, обеспечивающей его устойчивость от воздействия внутренней детали.

Наружную деталь изготавливают из хромоникелевого сплава, а внутреннюю - из технической меди.

Кольцо удаляют путем технической обработки.

Технический результат - упрощение технологического процесса изготовления конструкции.

Пример реализации изобретения

Собирают корпус в виде телескопической конструкции, содержащей толстостенную наружную и тонкостенную внутреннюю детали (обечайки). Наружная деталь изготовлена из материала, например хромоникелевой стали или сплава, имеющего превышение значения коэффициента линейного расширения над значением коэффициента линейного расширения материала внутренней детали, например меди или бронзы, в диапазоне температур от 600°С до 1000°С, который до этого диапазона превышал коэффициент линейного расширения материала наружной детали. Для этого внутреннюю деталь устанавливают в наружную без зазора, а затем в ней размещают с заданным монтажным натягом термокомпенсатор. Заданный натяг обеспечивается его обработкой холодом. Термокомпенсатор выполнен в виде технологического кольца из материала, коэффициент линейного расширения которого близок коэффициенту линейного расширения материала наружной детали, с толщиной, обеспечивающей ему устойчивость от воздействия внутренней детали при натяге в процессе размещения. Толщину кольца выбирают при оценке предварительно рассчитанного предельного значения его устойчивости в зависимости от величины контактного давления между ним и внутренней деталью и величиной монтажного натяга (см. Биргер И.А. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986 г., с.48). Величину натяга определяют из условия обеспечения во внутренней детали растягивающего напряжения, равного пределу текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре 600°С (см. А.П.Смирягин и др. «Промышленные цветные материалы и сплавы. М.: Металлургия, 1974 г., с.29-37).

Полученную сборку паяют в вакуумной печи при температуре 1000±10°С. При нагреве кольцо расширяется так же, как и наружная деталь. Поскольку величина натяга между кольцом и внутренней деталью создает в последней растягивающее напряжение, равное пределу текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре 600°С, эта деталь начинает следовать за наружной деталью вплоть до температуры пайки, обеспечивая необходимое поджатие деталей друг к другу. В процессе охлаждения наружная деталь как бы «садится» на внутреннюю, обеспечивая с понижением температуры до момента кристаллизации припоя рост контактного давления между ними, тем самым предотвращая возникновение растягивающих напряжений, вызывающих жидкометаллическое охрупчивание с образованием трещин. После полного охлаждения конструкции кольцо удаляют путем механической обработки.

Конкретное воплощение изобретения

Наружную оболочку телескопической конструкции изготавливали из хромоникелевого сплава марки ЭК-61, а внутреннюю - из технической меди марки М-1 толщиной 5 мм. Термокомпенсатор - кольцо выполнено из сплава ЭК-61 радиусом 120 мм и шириной 30 мм. После сборки конструкции кольцо размещали во внутренней оболочке с натягом, вызывающим в ней напряжение величиной 50 МПа. При относительно равной жесткости кольца и оболочки, что соответствует толщине кольца, равной половине толщины этой оболочки, напряжение в кольце составило 100 МПа, а контактное давление между ними - 2 МПа. Это значение с большим запасом удовлетворяет условиям устойчивости кольца, предельное значение которого в соответствии с формулой Папковича составило 22 МПа, а минимальная величина натяга - 0,12 мм.

Выбор толщины кольца, равной 2,5 мм, удовлетворяет условиям технологии его удаления после пайки и охлаждения.

Промышленное применение

Данное изобретение найдет применение в машиностроении и, в частности, в центробежных насосах, имеющих лабиринтные уплотнения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении паяных телескопических конструкций из разнородных материалов с различным характером изменения их коэффициентов линейного расширения (КЛР) при нагреве. При пайке конструкции, наружная оболочка которой выполнена из хромоникелевого сплава, а внутренняя - из меди, для поджатая оболочек друг к другу используют термокомпенсатор в виде технологического кольца. Термокомпенсатор размещают внутри внутренней оболочки с натягом, создающим в ней напряжение, равное пределу текучести материала этой оболочки при температуре, соответствующей началу температурного диапазона превышения КЛР материала наружной детали над КЛР материала внутренней детали. Толщина термокомпенсатора обеспечивает его устойчивость от воздействия внутренней детали. Изобретение обеспечивает упрощение технологического процесса изготовления конструкции и повышение выхода годной продукции. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ пайки телескопической конструкции, материал внешней детали которой имеет коэффициент линейного расширения, превосходящий коэффициент линейного расширения внутренней детали, включающий размещение внутри внутренней детали термокомпенсатора из материала, коэффициент линейного расширения которого близок к коэффициенту линейного расширения материала наружной детали, обеспечивающего при нагреве под пайку принудительное их поджатие друг к другу, а также охлаждение после пайки и удаление термокомпенсатора, отличающийся тем, что размещение термокомпенсатора производят с натягом, приводящим к созданию во внутренней детали напряжения, равного пределу текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре, соответствующей началу температурного диапазона превышения коэффициента линейного расширения материала наружной детали над коэффициентом линейного расширения материала внутренней детали, при этом используют термокомпенсатор в виде кольца толщиной, обеспечивающей ему устойчивость от воздействия внутренней детали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наружную деталь изготавливают из хромоникелевого сплава, а внутреннюю - из технической меди.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление кольца проводят путем механической обработки.