СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ ТРУБЧАТЫХ ПЕРЕХОДНИКОВ ТИТАН - НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ Российский патент 2018 года по МПК B23K20/16 B23K20/22 

Изобретение относится к области сварки, а более конкретно к технологии изготовления диффузионной сваркой в вакууме трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ диффузионной сварки трубчатых переходников титан-нержавеющая сталь, заключающийся в том, что телескопически соединяют, нагревают, деформируют и выдерживают при температуре диффузионной сварки трубчатую деталь переходника из титана и расположенную снаружи нее трубчатую деталь переходника из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевые канавки с глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61% до 80% (Патент РФ №2617807, МПК В23К 20/16, В23К 20/22, В23К 101/06, опубл. 26.04.2017).

Недостатком вышеуказанного способа является то, что в процессе сварки металл трубчатой детали переходника из титана сохраняет высокую твердость и происходит разрушение профиля кольцевых канавок на внутренней поверхности трубчатой детали переходника из нержавеющей стали в процессе сварочной деформации. В результате не происходит удовлетворительного механического сцепления свариваемых трубчатых деталей переходника, снижается их конструкционная прочность.

Помимо этого недостатка при применении известного способа распределение суспензии из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля происходит неравномерно по поверхностям свариваемых деталей и, как следствие, размер диффузионной зоны и механические свойства дифференциальны на различных участках сварного соединения.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и качества сварного соединения трубчатых переходников титан -нержавеющая сталь.

Технический результат, который достигается при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении качества механического сцепления свариваемых деталей трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь.

Указанный технический результат достигается благодаря использованию способа изготовления диффузионной сваркой трубчатых переходников титан-нержавеющая сталь, заключающегося в том, что телескопически соединяют, нагревают, деформируют и выдерживают при температуре диффузионной сварки трубчатую деталь переходника из титана и расположенную снаружи нее трубчатую деталь переходника из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевые канавки с глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61% до 80%, диффузионную сварку проводят в два этапа, на первом этапе диффузионную сварку проводят при температуре 950-975°С, а на заключительном - при температуре 765-815°С, при этом интервал между этапами выбирают равными от 300 до 600 секунд, а время выдержки на заключительном этапе -в диапазоне 61-158 секунд.

Экспериментальным путем было установлено, что для снижения твердости трубчатой детали переходника из титана необходимо диффузионную сварку необходимо проводить в два этапа. Каждый этап подразумевает пластическую деформацию свариваемых деталей переходника путем приложения сварочного давления. Сварка в два этапа необходима для устранения технологических зазоров между свариваемыми деталями переходника и деталями оснастки, а также для заполнения профиля кольцевых канавок металлом трубчатой детали переходника из титана.

На первом этапе следует поднять температуру сварки до 950°С, но при этом следует учесть, что для того, чтобы избежать образование эвтектики между нержавеющей сталью и титановым сплавом при длительном контакте в местах соприкосновения плоских площадок профиля кольцевых канавок и внутренней детали переходника из титана температура сварки не должна превышать 975°С, т.е. диффузионную сварку на первом этапе следует проводить в интервале температур 950-975°С.

На заключительном этапе диффузионную сварку надо проводить в интервале температур от 765 до 815°С, при которых происходит сближение атомов соединяемых материалов на расстояние образования межатомных связей и возникает физическое взаимодействие. Что касается граничных значений температур указанного диапазона, то они обусловлены тем, что при температуре выше 815°С будет образовываться эвтектика между титаном и никелем, а для сохранения высокой пластичности внутренней детали переходника из титана температура диффузионной сварки не должна опускаться ниже 765°С.

Интервалы времени от 300 до 600 секунд между этапами установлены экспериментальным путем.

Для получения качественного надежного сварного соединения трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь время выдержки на заключительном этапе должно составлять 61-158 секунд, т.к., как это было установлено экспериментальным путем, за это время обеспечивается полнота протекания диффузионных процессов и не происходит образования равновесной интерметаллидной фазы Ti₂Ni, охрупчивающей соединение. Пример осуществления способа.

Для выполнения диффузионной сварки трубчатой детали переходника, например, из сплава титана ПТ-ЗВ, и трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, например, из аустенитной стали 08Х18Н10Т, предварительно перед сборкой трубчатых деталей переходника на внутренней поверхности трубчатой детали переходника из нержавеющей стали нарезают кольцевые канавки с глубиной 0,3 мм, которые затем заполняют суспензией, состоящей из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, масса которого в суспензии равна 75%. Далее осуществляют сборку деталей, состоящую из трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, которую располагают снаружи трубчатой детали переходника из титана с образованием телескопического соединения. Диффузионную сварку проводят в 2 этапа. На первом этапе осуществляют индукционный нагрев сборки под сварку в сварочной камере в вакууме до температуры 965°С, в процессе которого поливинилбутираль полностью испаряется с последующей его откачкой вакуумной системой. В кольцевых канавках остается только ультрадисперсный порошок никеля. В процессе сварки трубчатую деталь переходника из титана раздают за счет запрессовки конусного дорна в сборку на заданную глубину. При раздаче трубчатой детали переходника из титана происходит деформация свариваемых поверхностей и уплотнение ультрадисперсного порошка никеля с полным сплошным заполнением им кольцевых канавок. Затем с интервалом 400 секунд температуру сварки снижают до 790°С и проводят второй - заключительный этап сварки - путем окончательной запрессовки дорна. В результате происходит объемное взаимодействие металлов с образованием металлической связи между деталями и между деталями и промежуточным слоем. Переходная диффузионная зона образуется по контактной поверхности, которая окончательно формируется в процессе выдержки на заключительном этапе при температуре 790°С в течение 120 секунд. После охлаждения трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь конусный дорн выбивают.

Сваренные по данному способу переходники прошли радиографический, ультразвуковой контроль и испытания на герметичность с положительным результатом. Кроме того, металлографический контроль переходников показал, что помимо сварки произошло и механическое сцепление деталей по всей соединяемой поверхности.

Изобретение может быть использовано для сварки в вакууме трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь. Телескопически соединяют, нагревают, деформируют и выдерживают при температуре диффузионной сварки трубчатую деталь переходника из титана и расположенную снаружи нее трубчатую деталь переходника из нержавеющей стали. На внутренней поверхности переходника из нержавеющей стали предварительно выполняют кольцевые канавки глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61 до 80%. На первом этапе диффузионную сварку проводят при температуре 950-975°С, а на втором - при температуре 765-815°С. Интервал между этапами выбирают равным от 300 до 600 секунд, а время выдержки на втором этапе выбирают в диапазоне 61-158 секунд. Изобретение обеспечивает повышение качества механического сцепления деталей трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь.

Способ изготовления диффузионной сваркой трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь, включающий телескопическое соединение, нагрев, деформирование и выдержку при температуре диффузионной сварки трубчатой детали переходника из титана и расположенной снаружи нее трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевые канавки глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61 до 80%, отличающийся тем, что диффузионную сварку проводят в два этапа, на первом этапе диффузионную сварку проводят при температуре 950-975°С, а на втором - при температуре 765-815°С, при этом интервал между этапами выбирают равным от 300 до 600 секунд, а время выдержки на втором этапе – в диапазоне 61-158 секунды.