Способ соединения титана со сталью Советский патент 1992 года по МПК B23K20/00 

Изобретение относится к высокотемпературной реакционной пайке и может быть использовано для соединения титана со сталью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ соединения сваркой деталей из стали и титана, при котором между ними размещают прослойки медного сплава и ниобия. Ниобиевая прослойка устанавливается в контакте с титаном. Пакет нагревается в вакууме под давлением. Благодаря наличию меди достигается качество и коррозионная стойкость соединения. Медный сплав содержит 16- 17 % Си и 12 14% Ni.

Недостатки способа: недостаточная прочность соединения, обусловленная наличием перехода Ti-Nb. Значение оьтакого перехода заключается в пределах 220-272 МПа, значительная (до 30%) осадка свариваемого пакета.

Цель изобретения - повышение качества за счет улучшения прочности соединения и снижения степени деформации соединяемых деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе соединения, включающем сборку пакета деталей с промежуточной прослойкой, нагрев пакеча с приложением давления в вакууме, новым явлением является то, что в качестве промежуточной прослойки применяется никель- фосфористый припой.

Принципиальным отличием предлагаемого решения является то, что прослойка названного состава обеспечивает повышенную прочность в силу своих физико-механических свойств. Предлагаемый состав прослойки позволяет заменить процесс диффузионной сварки, имеющей место в прототипе, контактно-реактивной пайкой, которая не требует значительной деформации соединяемого пакета.

Контактно-реактивная пайка происходит за счет образования тройной эвтектики титан-никель-фосфор на границе титановой детали с прослойкой припоя. При достижении температуры 880-900°С в зоне пайки появляется жидкая фаза, которая твердеет в результате диффузии никеля и фосфора в

сл

с

ч| Os

титановую деталь при постоянной температуре.

Для осуществления предлагаемого способа необходимо выполнить следующие предварительные операции:5

обезжирить стыковые поверхности обеих деталей; нанести на стальную деталь никель-фосфористый припой химическим способом, либо, если припой порошкообразный, с помощью акриловой смолы в ка- 10 честве связующего. Толщина слоя припоя должна составлять 10-30 мкм; собрать пакет установить в вакуумную печь и нагревать до температуры 880-900°С с приложением давления 1,0-1,5 МПа при 15 разрежении в камере порядка 1 10 Па. Толщина прослойки припоя выбирается из условия заполнения впадин шероховатых поверхностей деталей. Время пайки составляет 15-20 мин, в этом промежутке темпе- 20 ратура поддерживается постоянной. Готовый пакет охлаждается вместе с печью.

Примером использования предлагаемого способа является пайка биметалличе- 25 ских переходников из стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ОТ4. Кольца из этих материалов обезжиривались ацетоном. Стыковая поверхность стального кольца смачивалась акриловой смолой, посыпалась 30 ровным слоем припоя. Количество нанесенного припоя в этом случае зависит от размера зерен порошка и от концентрации связующего. Опытным путем добиваются получения на поверхности детали слоя при- 35 поя толщиной, равной размеру гранулы порошка и применять порошок требуемой дисперсности.

В данном примере использовался приПартия образцов из 10 штук испытывалась на прочность. Результаты даны в таблице. Для сравнения в той же таблице приведены результаты испытаний на прочность 10 образцов, изготовленных по способу-прототипу. Приведенные значения подтверждают повышенную прочность соединения предлагаемым способом.

Соединение испытывалось на термостойкость при циклировании в диапазоне 20-500°С и выдержало без дефектов 250 циклов испытаний. Соединение по способу- прототипу не более 100 циклов.

Пластическая деформация пакета в процессе пайки составила 0,49-0,6 мм при высоте пакета 40 мм, т.е. находилась в пределах 1-1,5%.

Достоинствами, определяющими положительный эффект от предлагаемого способа является высокая прочность и термостойкость получаемого соединения, несложная технология его осуществления. Способ дает возможность пайки титановых сплавов с .-ержавеющими сталями, нихромами, при э-| ом обеспечивает необходимую для работы в условиях теплосмен пластичность. Важне1 шее достоинство способа - отсутствие существенных деформаций соединяемых деталей, что позволяет исключить дальнейшую ,-иехобработку узла,

Формула изобретения

Способ соединения титана со сталью, включающий сборку пакета составляющих с размещенной между ними промежуточной прокладкой, его нагрев с приложением давления в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет увеличения прочности соединения составляющих при одновременном снижении

пой с содержанием фосфора 9-10% диспер- 40 энергоемкости за счет уменьшения уровня

сностью до 20 мкм.

Собранный узел нагревали в вакууме до температуры пайки Т 880-900°С, выдерживали под давлением 1,2 МПа в течение 15 мин, затем охлаждали.

45

пластической деформации пакета, в качестве промежуточной прокладки используют никель-фосфористый припой, нагрев осуществляют до 880-900°С, прикладывают давление 1,2 МПа и выдерживают в течение 15 мин.

Партия образцов из 10 штук испытывалась на прочность. Результаты даны в таблице. Для сравнения в той же таблице приведены результаты испытаний на прочность 10 образцов, изготовленных по способу-прототипу. Приведенные значения подтверждают повышенную прочность соединения предлагаемым способом.

Соединение испытывалось на термостойкость при циклировании в диапазоне 20-500°С и выдержало без дефектов 250 циклов испытаний. Соединение по способу- прототипу не более 100 циклов.

Пластическая деформация пакета в процессе пайки составила 0,49-0,6 мм при высоте пакета 40 мм, т.е. находилась в пределах 1-1,5%.

Достоинствами, определяющими положительный эффект от предлагаемого способа является высокая прочность и термостойкость получаемого соединения, несложная технология его осуществления. Способ дает возможность пайки титановых сплавов с .-ержавеющими сталями, нихромами, при э-| ом обеспечивает необходимую для работы в условиях теплосмен пластичность. Важне1 шее достоинство способа - отсутствие существенных деформаций соединяемых деталей, что позволяет исключить дальнейшую ,-иехобработку узла,

Формула изобретения

Способ соединения титана со сталью, включающий сборку пакета составляющих с размещенной между ними промежуточной прокладкой, его нагрев с приложением давления в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет увеличения прочности соединения составляющих при одновременном снижении

энергоемкости за счет уменьшения уровня

пластической деформации пакета, в качестве промежуточной прокладки используют никель-фосфористый припой, нагрев осуществляют до 880-900°С, прикладывают давление 1,2 МПа и выдерживают в течение 15 мин.

Использование: для соединения титана со сталью методом высокотемпературной реакционной пайки. Существо способа состоит в том, что при сборке пакета из нержавеющей стали и титановых сплавов используют промежуточную прослойку из никель-фосфористого припоя. Осуществляют нагрев пакета в вакууме под давлением. В результате чего в зоне пайки появляется жидкая фаза, твердеющая в результате диффузии никеля и фосфора в титан при постоянной температуре. 1 табл.

Редактор

Техред М.Моргентал

Заказ 3216ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор Н.Ревская