Способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов Российский патент 2024 года по МПК B23K20/14 B23K20/22 B23K103/14 

Описание патента на изобретение RU2831371C1

Изобретение относится к способам получения неразъемного соединения изделий из титана и его сплавов, представляет собой способ диффузионной сварки с использованием промежуточного экрана и может применяться в различных областях промышленности при получении термомеханических устройств, имплантируемых конструкций, применяемых в медицине и т.д.

Известен способ соединения сплавов на основе никелида титана (Ti-54,2% Ni) и титанового сплава ВТ6 с помощью диффузионной сварки при температуре 850-950°C [Сенкевич К.С. и др. Особенности формирования диффузионного соединения TiNi - ВТ6// Металловедение и термическая обработка металлов, 2013, №8].

Недостатком его является формирование в зоне сварки хрупких интерметаллидов, обогащенных титаном (Ti2Ni), которые снижают прочность соединения. Максимальная прочность соединения составляет 170 МПа.

Известен способ соединения сплавов на основе никелида титана с использованием промежуточной прослойки из ниобия (патент US 20110009979).

Способ позволяет получать соединение за счет формирования в зоне соединения твердых растворов титана и никеля с ниобием. Способ может позволить соединять сплавы на основе никелида титана с различными материалами, в том числе титановыми сплавами. Применение промежуточной прослойки из ниобия позволяет образовывать прочное сварное соединение за счет образования промежуточной диффузионной зоны, состоящей из твердых растворов титана и никеля с ниобием.

Недостатком этого способа является высокая температура процесса соединения (1170-1275°C), при которой происходит радикальное изменение микроструктуры титана и его сплавов - интенсивный рост зерна, формирование пластинчатой микроструктуры из-за превышения температуры полиморфного превращения в титане (около 890°C) и титановых сплавах (980-1000°C), из-за чего происходит существенное снижение их механических свойств.

Известен способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов с использованием защитного экрана, заключающийся в установке свариваемых заготовок в требуемом положении по отношению друг к другу в защитном экране, разогреванию места соединения заготовок до температуры сварки и проведении самой сварки (Булков А.Б., Пешков В.В., Корчагин И.Б., Селиванов Г.В. Статья «Экспериментальные исследования кинетики автовакуумирования зоны контакта при диффузионной сварке титана», Вестник Воронежского государственного технического университета, №4, 2022. стр.109-114 - прототип).

Основными недостатками являются значительная сложность и трудоемкость процесса, обусловленные необходимостью получения защитного экрана в виде тонкостенного цилиндра из титана и установке свариваемых заготовок в требуемом положении по отношению друг к другу в защитном экране и самого экрана по отношению к заготовкам.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов для получения высокопрочного неразъемного соединения стыковых соединений заготовок из титановых сплавов.

Техническим результатом является сохранение физико-механических свойств и микроструктуры соединяемых сплавов на основе титана за счет снижения температуры диффузионной сварки сплавов на основе никелида титана и титана.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов с использованием защитного экрана, заключающегося в установке свариваемых заготовок в требуемом положении в экране по отношению друг к другу, разогреванию места соединения заготовок до температуры сварки и проведении самой сварки, согласно изобретению, защитный экран выполняют на одной из свариваемых заготовок заодно целое с самой заготовкой в виде кольца с поперечным сечением в виде треугольника с размером основания L=(0,3-0,5)мм, обращенного основанием к торцу детали, при этом при сборке обеспечивают соприкосновение края цилиндрического торца другой свариваемой заготовки с поверхностью, образованной одной из сторон упомянутого треугольника, причем свариваемые заготовки устанавливают с торцевым зазором s=(0,1-1)мм между их свариваемыми поверхностями, затем разогревают место сварки до интервала температур 800…925°С, после чего обеспечивают условия для развития процесса автовакуумирования полученного объема между торцами свариваемые заготовок и стенкой защитного экрана, при этом выдерживают заготовки в режиме автовакуумирования для растворения образовавшегося охрупченного слоя на торцах свариваемых заготовок в течение времени, определяемом выражением:

τ = 4,88⋅s0.75(7.7lgB+16.5)⋅10-11exp(265000/RT),

где: τ – время выдержки до приложения сжимающего давления, с

s – величина торцевого зазора, мм;

B – величина остаточного давления в сварочной камере, Па;

R – универсальная газовая постоянная;

T – температура,

после чего к заготовкам прикладывают сжимающее давление Q и сваривают заготовки по их свариваемым торцевым поверхностям.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана схема диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов с использованием защитного экрана в виде кольца с поперечным сечением в виде треугольника.

На схеме обозначено:

1 и 2 - свариваемые заготовки из титановых сплавов;

3 - торцевой зазор между заготовками;

4 - защитный экран;

5 - нагреватель;

L=(0,3-0,5)мм - размер основания;

s=(0,1-1)мм - величина торцевого зазора..

Предложенный способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов с использованием защитного экрана может быть реализован следующим образом.

Предложенный способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок 1 и 2 из титановых сплавов с использованием защитного экрана 4, заключается в установке свариваемых заготовок в требуемом положении с торцевым зазором 3 по отношению друг к другу, разогреванию места соединения заготовок до температуры сварки при помощи нагревателя 5 и проведении самой сварки,

Защитный экран 4 выполняют в виде кольца с поперечным сечением в виде треугольника на одной из заготовок. Свариваемые заготовки 1 и 2 устанавливают таким образом, что при сборке обеспечивают соприкосновение края цилиндрического торца другой свариваемой заготовки с поверхностью, образованной одной из сторон треугольника. Свариваемые заготовки 1 и 2 устанавливают с торцевым зазором 3 от 0,1 до 1 мм между свариваемыми поверхностями. Разогревают место сварки вместе с защитным экраном 4 при помощи нагревателя 5 до интервала температур 800…925°С, после чего обеспечивают условия для развития процесса автовакуумирования полученного объема между торцами заготовок и стенкой защитного экрана. Выдерживают заготовки в режиме автовакуумирования для растворения образовавшегося охрупченного слоя на торцах свариваемых заготовок в течение времени, определяемом выражением:

τ = 4,88⋅s0.75(7.7lgB+16.5)⋅10-11exp(265000/RT),

где: τ – время выдержки до приложения сжимающего давления, с

s – величина торцевого зазора, мм;

B – величина остаточного давления в сварочной камере, Па;

R – универсальная газовая постоянная;

T – температура,

после чего к заготовкам 1 и 2 прикладывают сжимающее давление Q и сваривают заготовки по свариваемым торцевым поверхностям.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов, применение которого даст возможность обеспечить получение высокопрочного неразъемного соединения стыковых соединений заготовок из титановых сплавов.

Похожие патенты RU2831371C1

название год авторы номер документа
Способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов 2024
  • Селиванов Георгий Владимирович
  • Булков Алексей Борисович
  • Селиванов Владимир Федорович
  • Черниченко Владимир Викторович
RU2831349C1
Способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов 2024
  • Селиванов Георгий Владимирович
  • Булков Алексей Борисович
  • Селиванов Владимир Федорович
  • Черниченко Владимир Викторович
RU2831576C1
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
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИТАНОВЫХ ОБРАЗЦОВ-ЭТАЛОНОВ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ С ПЛОСКОДОННЫМ ОТРАЖАТЕЛЕМ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ И ЗАГОТОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Усачева Л.В.
  • Пешков В.В.
  • Селиванов В.Ф.
  • Петренко В.Р.
RU2263566C1
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
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 ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ С ВНУТРЕННИМИ ПОЛОСТЯМИ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ 2014
  • Гуревич Леонид Моисеевич
  • Шморгун Виктор Георгиевич
  • Писарев Сергей Петрович
  • Трыков Юрий Павлович
  • Проничев Дмитрий Владимирович
  • Слаутин Олег Викторович
  • Казак Вячеслав Фёдорович
  • Евстропов Дмитрий Анатольевич
  • Таубе Александр Олегович
  • Новиков Роман Евгеньевич
  • Бондаренко Юлия Игоревна
RU2574179C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Трыков Юрий Павлович
  • Слаутин Олег Викторович
  • Шморгун Виктор Георгиевич
  • Гуревич Леонид Моисеевич
  • Писарев Сергей Петрович
  • Донцов Дмитрий Юрьевич
  • Самарский Дмитрий Сергеевич
  • Петров Андрей Эдуардович
  • Проничев Дмитрий Владимирович
RU2350442C2
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 СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ 2008
  • Пешков Алексей Владимирович
  • Балбеков Дмитрий Николаевич
  • Пешков Владимир Владимирович
  • Селиванов Владимир Федорович
RU2397054C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 831 371 C1

Реферат патента 2024 года Способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов

Изобретение относится к получению стыковых соединений диффузионной сваркой с использованием промежуточного экрана изделий из титана и его сплавов и может применяться в различных областях промышленности при получении термомеханических устройств, имплантируемых конструкций, применяемых в медицине и т.д. Способ включает установку свариваемых заготовок в требуемом положении в экране по отношению друг к другу, разогревание места соединения заготовок до температуры сварки и проведение самой сварки. Защитный экран выполняют на одной из свариваемых заготовок заодно целое с самой заготовкой в виде кольца с поперечным сечением в виде треугольника с размером основания L=(0,3-0,5) мм, обращенного основанием к торцу заготовки. При сборке обеспечивают соприкосновение края цилиндрического торца другой свариваемой заготовки с поверхностью, образованной одной из сторон упомянутого треугольника. Свариваемые заготовки устанавливают с торцевым зазором s=(0,1-1) мм между их свариваемыми поверхностями. Разогревают место сварки до интервала температур 800-925°С. Обеспечивают условия для развития процесса автовакуумирования полученного объема между торцами свариваемых заготовок и стенкой защитного экрана. Выдерживают заготовки в режиме автовакуумирования для растворения образовавшегося охрупченного слоя на торцах свариваемых заготовок в течение времени, определяемом выражением: τ = 4,88·s0.75(7.7lgB+16.5)·10-11exp(265000/RT), где: τ - время выдержки до приложения сжимающего давления, с; s – величина торцевого зазора, мм; B – величина остаточного давления в сварочной камере, Па; R – универсальная газовая постоянная; T – температура. Прикладывают к заготовкам сжимающее давление Q и сваривают заготовки по их свариваемым торцевым поверхностям. Обеспечивается сохранение физико-механических свойств и микроструктуры соединяемых материалов. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 831 371 C1

Способ диффузионной сварки стыковых соединений заготовок из титановых сплавов с использованием защитного экрана, заключающийся в установке свариваемых заготовок в требуемом положении в экране по отношению друг к другу, разогреванию места соединения заготовок до температуры сварки и проведении самой сварки, отличающийся тем, что защитный экран выполняют на одной из свариваемых заготовок заодно целое с самой заготовкой в виде кольца с поперечным сечением в виде треугольника с размером основания L=(0,3-0,5) мм, обращенного основанием к торцу заготовки, при этом при сборке обеспечивают соприкосновение края цилиндрического торца другой свариваемой заготовки с поверхностью, образованной одной из сторон упомянутого треугольника, причем свариваемые заготовки устанавливают с торцевым зазором s=(0,1-1) мм между их свариваемыми поверхностями, затем разогревают место сварки до интервала температур 800-925°С, после чего обеспечивают условия для развития процесса автовакуумирования полученного объема между торцами свариваемых заготовок и стенкой защитного экрана, при этом выдерживают заготовки в режиме автовакуумирования для растворения образовавшегося охрупченного слоя на торцах свариваемых заготовок в течение времени, определяемом выражением:

τ = 4,88·s0.75(7.7lgB+16.5)·10-11exp(265000/RT),

где: τ – время выдержки до приложения сжимающего давления, с;

s – величина торцевого зазора, мм;

B – величина остаточного давления в сварочной камере, Па;

R – универсальная газовая постоянная;

T – температура,

после чего к заготовкам прикладывают сжимающее давление Q и сваривают заготовки по их свариваемым торцевым поверхностям.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2831371C1

БУЛКОВ А.Б
и др., Экспериментальные исследования кинетики автовакуумирования зоны контакта при диффузионной сварке титана // Сварочное производство, 2023 г., N1, с.18-23
СПОСОБ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ 1984
  • Никголов М.Б.
  • Коробченко В.А.
  • Родионов В.Н.
RU1202170C
SU 228510 A1, 20.02.1969
DE 69811811 D1, 10.04.2003
БУЛКОВ А.Б
и др., О влиянии разряжения в контактном зазоре на кинетику автовакуумирования при

RU 2 831 371 C1

Авторы

Селиванов Георгий Владимирович

Булков Алексей Борисович

Селиванов Владимир Федорович

Черниченко Владимир Викторович

Даты

2024-12-04Публикация

2024-03-11Подача