СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ОТ4-1 Российский патент 2013 года по МПК B23K20/14 B23K103/14 

Описание патента на изобретение RU2496622C2

Изобретение относится к сварке давлением, а именно к диффузионной сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием, и может быть использовано для изготовления тонкостенных конструкций из титанового сплава ОТ4-1.

Процесс образования диффузионного соединения в условиях с низкоинтенсивным силовым воздействием титановых сплавов лимитируется стадией формирования физического контакта, в процессе которого происходит сближение свариваемых поверхностей. Формирование физического контакта сопровождается смятием микронеровностей на соединяемых поверхностях и образованием несплошностей. Для дальнейшего развития контакта требуются большие деформации, приводящие к накоплению остаточных деформаций свариваемыми заготовками.

Снижение накопленной деформации свариваемых заготовок является одним из факторов, определяющих качество и эксплутационные свойства сварного соединения.

Повысить качество и эксплутационные свойства сварного соединения возможно, управляя процессами приложения давления (Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1986, 280 с.).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сварки давлением заготовок из титанового сплава ОТ4-1, включающий размещение между заготовками промежуточной прокладки из титанового сплава с исходным размером зерен менее 1 мкм и соединение заготовок и прокладки путем приложения давления к заготовкам. Соединение заготовок и прокладки осуществляют за два этапа. На первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа и близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок и прокладки. Второй этап проводят при температуре и времени, необходимыми для развития объемного взаимодействия (описание к патенту RU 2415738 МПК B23K 20/16 (2006.01) B23K 20/22 (2006.01), опубликовано 10.04.2011).

В известном способе процессы образования физического контакта и развитие объемного взаимодействия между соединяемыми поверхностями заготовок и прокладки сопровождается контактным упрочнением последней, которое является следствием приложения давления и трения.

Кроме того, получение промежуточной прокладки с размером зерен менее 1 мкм термодеформационной обработкой операция энергоемкая и трудоемкая.

Задача изобретения - упрощение технологии получения и повышение качества сварного соединения в изготавливаемых титановых тонкостенных сварных конструкциях.

Технический результат - снижение накопленной деформации в свариваемых заготовках и снижение энергоемкости и трудоемкости изготовления.

Технический результат достигается в заявленном способе диффузионной сварки заготовок из титановых сплавов. Способ включает нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления. При этом на первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия:

τсв=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa, где

k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75·10-7 сек;

р - численное значение сварочного давления, измеренного в МПа;

n - эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2;

Е - энергия активации, Дж/моль;

R - газовая постоянная, Дж/(K·моль);

Т - температура нагрева, K;

Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, измеренное в мкм.

Зависимость установлена из условия сближения на первом этапе свариваемых поверхностей на расстояние, соизмеримое с высотой деформационных рельефов, образующихся под действием собственных (внутренних) напряжений. Выбранное время при выбранной температуре нагрева обеспечивает создание в контактном зазоре центров (очагов), вокруг которых развиваются процессы, протекающие при спекании металлов. Контактные несплошности, образованные в результате смятия микровыступов, в результате развития деформационных рельефов под действием внутренних напряжений разделяются на более мелкие, которые соизмеримы с высотой субструктурного рельефа и залечиваются за счет вязкого течения вещества матрицы в пору без приложения давления на втором этапе сварки.

Пример осуществления способа. Сваривали цилиндрические образцы высотой 30 мм и диаметром 16 мм из сплава ОТ4, у которых шероховатость свариваемых поверхность определена равной Ra=10 мкм.

Процесс диффузионной сварки ведут в два этапа по режиму:

1 этап - нагрев до температуры сварки Т=950°C, сварочное давление р=2 МПа поддерживают в течение времени τсв, рассчитанного по зависимости τсв=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa., принимая для вычислений расчетное значение коэффициентов k=1,75·10-7 сек и n=1,2, также значения Е=230000 Дж/моль, R=8,3 Дж/(K·моль) и Т=1223 K.

Рассчитывают значения коэффициентов k и n путем изучения закономерностей высокотемпературной деформации для конкретного титанового сплава при сжатии по известной методике, описанной в кн. Диффузионная сварка титана авт.: Э.С. Каракозов, Л.М. Орлова, В.В. Пешков, В.И. Григорьевский, «Металлургия», 1977, с.42-47. Для каждого конкретного титанового сплава эмпирические коэффициенты k и n соответствуют аппроксимирующим коэффициентам уравнения изменения скорости ползучести вида ε = k p n exp ( E / R T ) .

Согласно численному расчету время выдержки 20 минут.

τсв=1,75·10-7-2-1,2·ехр(230000/(8,3·1223)·ln 10≈1198 сек≈20 минут

2 этап - сварочное давление снимают, нагрев при температуре сварки продолжают в течение 40 минут - времени, необходимого для образования сварного соединения.

Похожие патенты RU2496622C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ СЛОИСТЫХ ТИТАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2013
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Булков Алексей Борисович
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
  • Небольсин Станислав Михайлович
  • Мальцев Григорий Валерьевич
RU2569444C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ СТОИСТОЙ ТОНКОСТЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ИЗ ТИТАНОВЫХ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 2012
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
  • Булков Алексей Борисович
  • Стрыгин Алексей Иванович
  • Букреев Вадим Юрьевич
  • Небольсин Станислав Михайлович
RU2537407C2
СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ СЛОИСТЫХ ТИТАНОВЫХ ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ 2005
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Петренко Владимир Романович
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Селиванов Владимир Федорович
RU2296656C1
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 2006
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
  • Петренко Владимир Романович
  • Селиванов Владимир Федорович
  • Пешков Владимир Владимирович
RU2318077C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ 2008
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Селиванов Владимир Федорович
RU2397054C1
Способ диффузионной сварки 1979
  • Болдырев Александр Михайлович
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Подоприхин Михаил Николаевич
  • Кудашов Олег Георгиевич
SU772768A1
СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ СЛОИСТЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 2006
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Селиванов Владимир Федорович
  • Усачева Лариса Владимировна
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
RU2319589C2
Заготовка для диффузионной сварки переходника титан-алюминий 2015
  • Денисов Владимир Николаевич
  • Кляцкин Андрей Станиславович
  • Бутрим Виктор Николаевич
  • Береснев Александр Германович
  • Баженова Ольга Петровна
  • Маркачев Николай Александрович
RU2620402C2
Способ диффузионной сварки 1979
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Подоприхин Михаил Николаевич
SU816722A1
Способ изготовления деталей 1980
  • Болдырев Александр Михайлович
  • Петров Анатолий Степанович
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Дорофеев Эдуард Борисович
  • Кудашов Олег Георгиевич
SU889343A1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ОТ4-1

Изобретение относится к сварке давлением, а именно к диффузионной сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием, и может быть использовано для изготовления тонкостенных конструкций из титанового сплава ОТ4-1. Способ диффузионной сварки заготовок из титановых сплавов включает нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления. На первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия: τ=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa, где k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75·10-7 сек, р - численное значение сварочного давления, МПа, n -эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2, Е - энергия активации, Дж/моль, R - газовая постоянная, Дж/(К-моль), Т - температура нагрева. К, Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, мкм. Снижается накопленная деформация в заготовках, а также энергоемкость изготовления тонкостенных титановых конструкций. 1 пр.

Формула изобретения RU 2 496 622 C2

Способ диффузионной сварки заготовок из титанового сплава ОТ4-1, включающий нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления, отличающийся тем, что на первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия: τсв=k·р-n·exp(E/RT)·lnRa, где
k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75-10-7 с;
р - численное значение сварочного давления, измеренного в МПа;
n - эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2;
Е - энергия активации, Дж/моль;
R - газовая постоянная, Дж/(К·моль);
Т - температура нагрева, К;
Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, измеренное в мкм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2496622C2

СПОСОБ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА 2009
  • Мулюков Радик Рафикович
  • Рыбин Валерий Васильевич
  • Валиахметов Олег Раязович
  • Галеев Рафаил Мансурович
  • Зисман Александр Абрамович
  • Счастливая Ирина Алексеевна
  • Назаров Айрат Ахметович
RU2415738C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ 2009
  • Коломенский Александр Борисович
  • Зубарев Виталий Юрьевич
  • Ткачев Александр Васильевич
  • Коломенский Борис Александрович
  • Шушпанов Михаил Николаевич
RU2410224C1
СПОСОБ НЕРАЗЪЕМНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ 1997
  • Пешков В.В.
  • Селиванов В.Ф.
  • Шурупов В.В.
RU2129939C1
JP 9066372 A, 11.03.1997
US 5699955 A, 23.12.1997.

RU 2 496 622 C2

Авторы

Балбеков Дмитрий Николаевич

Пешков Алексей Владимирович

Петренко Владимир Романович

Батаронов Игорь Леонидович

Булков Алексей Борисович

Пешков Владимир Владимирович

Стрыгин Александр Иванович

Даты

2013-10-27Публикация

2011-07-22Подача