Способ диффузионной сварки внахлестку труб

 

СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРК ВНАХЛЕСТКУ ТРУБ из циркбниевого сп , ва и нержавеющей стали, при которо на свариваемых поверхностях предварительно вьтолняют ступеньки, о тличающийся тем, что, с . целью повышения коррозионной и термоциклической стойкости, меладу свариваемыми поверхностями размещают промежуточный элемент из титана или его сплава, на контактирукщих поверхностях которого с взаимным смещением , равным 0,4-0,6 их длины, выполняют ступеньки, соответствующие ступенькам на свариваемых поверхностях , нахлестку труб вьтолняют длиной, равной 0,2-0,4 общей длины зоны соединения, при этом вы сота и длина ступенек соответственно равны 0,1-0,2 и 1,2-1,8 толщины стенки трубы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ оо

РЕСПУЬ ЛИК (! 9) (I 1)

4(51) 2 К 20 14

ВСЕСОЮЗНАЯ техаттНАя

o coc occooaw co @

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЬЙ (21) 3606410/25-27 (22) 16.06;83 (46) 15.07.85. Бюл. Ф 26 (72) Л.П. Поминов, И.Я.Емельянов, Г.Н. Шевелев, В.П. Гордо, И.С.Лупаков

В.А. Лабушкин, С.В. Головин, P.Н. Куделин, Н.Т.Перминов и А.А. Чертищев (53) 62 1 . 791. 66 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 202404, кл. В 23 К 20/02, 1965.

Авторское свидетельство СССР

В 488447, кл. В 23 К 20/02, 1972. (54)(57) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ

ВНАХЛЕСТКУ ТРУБ из циркониевого спла,ва и нержавеющей стали, при котором .на свариваемых поверхностях предварительно выполняют ступеньки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коррозионной и термоциклической стойкости, между свариваемыми поверхностями размещают промежуточный элемент из титана или его сплава, на контактирующих поверхностях которого с взаимным смещением, равным 0,4-0,6 их длины, выполняют ступеньки, соответствующие ступенькам на свариваемых поверхностях, нахлестку труб выполняют длиной, равной 0,2-0,4 общей длины зоны соединения, при этом высота и длина ступенек соответственно равны О, 1-0,2 и 1,2-1,8 толщины стенки трубы.

1 11669

Изобретение относйтся к диффузионной сварке труб из нержавеющей стали с цирконием и его сплавами и может быть использовано в реакторостроении. S

Цель изобретения — повышение корроэионной стойкости при 300-500 С.

На чертеже показана схема осуще- ствления способа.

На свариваемых поверхностях труб 10

1 и 2 из циркониевого сплава и нержавеющей стали предварительно выполняют ступеньки, между трубами располагают промежуточный элемент 3 из титана или его сплава, на контактирующих поверхностях которого с взаимным смещением, равным 0,4-0,6 . их длины, выполняют ступеньки, соответствующие ступенькам на свариваемых поверхностях труб, нахлестку А 20 труб выполняют длиной, равной 0,20,4 общей длины зоны соединения L причем высоту С и длину 1 ступенек выполняют соответственно равными

О, 1-0,2 и 1,2-1,8 толщины -d стенки д трубы. Собранный узел размещают в вакуумной установке, нагревают, сдавливают и после сварки охлаждают..

Благодаря расположению между цир кониевым сплавом и сталью ступенчатой вставки из титана ослабляется процесс коррозии, так как характер термических напряжений и электрохимического взаимодействия в воде и паре сочетаний металлов цирконие- ЗЗ вый сплав — титановый сплав и титановый сплав — нержавеющая сталь. более благоприятный, чем у пары металлов циркониевый сплав-нержавеющая сталь, сплав удален от нержавеющей стали на величину вставки. Кроме того, благодаря коэФФициенту термического расширения титанового .сплава, имеющего промежуточное значение между КТР циркониевых спла- 4э вов и нержавеющей стали, сглаживается пик напряжений, возникающий

:при изменении температуры, что повышает термическую стойкость.

При длине нахлестки больше 0,4 общей длины .зоны соединения уменьшается. толщина вставки ниже критической толщины, что влечет за собой увеличение коэффициента неравномерности распределения напряжений и как следствие пониженную сопротивляемость термоциклическим нагрузкам.

48

При длине нахлестки меньше 0,2 общей длины эоны соединения увеличивается толщина вставки, что ведет к неблагоприятйому распределению напряжений, кроме того, необоснованно увеличивается общая длина соединения, что нежелательно с конструктивной точки зрения;

Разнесение свариваемых заготовок так, чтобы ступеньки перехлестывали друг друга, обеспечивает снижение концентраций напряжений в местах перехода со ступеньки на ступеньку и, следовательно, способствует повышению сопротивляемости сварного соединения термоциклическим нагрузкам.

Эксперименты показали, что оптимальная длина перехлеста составляет

0,4-0,6 от длины ступенек.

Указанное соотношение высоты ступенек, их длины и толщины стенки свариваемых труб является оптимальным. Высота и длина ступенек, равная соответственно 0,1-0,2 и 1,2-1,8 от толщины стенки трубы, обеспечивает требуемые толщину титановой вставки и длину соединения, следовательно, и длину нахлестки. Высота ступенек менее указанного предельного значения, например при малых толщинах труб, трудновыполнима и при этом неоправданно увеличивается общая длина соединения, что создает трудности при выполнении операции сварки. Высота ступенек более указанного предельного значения уменьшает общую длину соединения, прочность соединения; так как с увеличением высоты ступеньки при опреде. ленной степени пластической деФормации увеличивается количество деФектов на торцовой поверхности сопря гаемых материалов. Кроме того, с

I увеличением высоты ступенек повьшиется концентрация напряжения и .снижается плавность распределения напряжений по длине и толщине соединения.

С уменьшением длины ступеньки меньше указанного предельного значения уменьшается длина соединения и, следовательно, уменьшается длина нахлестки, что увеличивает удельную величину напряжения, возникающего при изменении температуры теплоносителя в процессе эксплуатации.

Длина ступенек более указанного пре-: дельного значения дает большую дли11669

Составитель В. Петросян

Редактор М. Дылын ТехредЛ.Мартяшова: Корректор С. Шекмар

° г.Заказ 4365/14 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIOI "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ну соединения, что связано с затруднением при сварке.

Пример. Сваривали циркониевый сплав "125" с нержавеющей сталью

12X13H10Ic различными размерами элементов по трем вариантам. Наружный диаметр переходного соединения составлял 100 мм, толщина стенки в месте нахлестки была 10 мм. Высота ступенек С была 1; 1,4 и 2 мм; длина 10 ступенек 1 12, 15 и 18 мм. Общая длина соединения была 102, 123 и

165 мм. Длина нахлестки А с учетом разнесения ступенек свариваемых заготовок по оси на 0,4-0,6 их длины 15

1 была 33; 37 и 41 мм.

Вставку изготавливали иэ титанового сплава "ПТ-7М". На стали по поверхности сопряжения, как и в способе 20 прототипе, выполняли остроконечные выступы, поверхности сопряжения циркониевого и титанового сплава были гладкими .

Свариваемые заготовки из стали, титанового и циркониевого сплавов абеэжиривали, промывали в горячей и холодной воде и просушивали.

Собранную под сварку заготовку уста30 навливали в вакуумную камеру сварочной диффузионной установки. В камере создавали разрежение порядка

5 10 мм рт.ст. Заготовку нагрева«.j ли током высокой частоты до температуры сварки, равной 900 С, и

35 сдавливали одновременно заготовки из циркониевого сплава, титанового сплава и нержавеющей стали с удельным усилием 5 кг/мм .

48 4

;Для оценки качества были сварены переходные соединения по способу-про тотипу и по предлагаемому способу указанных трех вариантов. Механические испытания на разрыв показали одинаковую прочность соединений, выполненных по обоим способам. проведенные термоциклические испыта.ния по режиму 20 500 С со скоростью нагрева 5 С/мин и скоростью. охлаждения 500 С/мин показали, что сварные соединения, выполненные по сравниваемому способу, потеряли ва куумную плотность после 48 циклов, а сварные соединения, выполненные по предлагаемому способу указанных трех вариантов, выдержки требуемые 300 циклов испытаний. Коррозионные испытания показали высокую стойкость соединений с титановой вставкой

Глубина проникновения коррозии при испытании в воде с температурой

300 и 500 С в течение 5000 ч сварных соединений, выполненных по сравниваемому способу, сосгавляла соответственно 7 и 10 мм/год,а соединений, выполненных по предлагаемому способу, 0,1 и 0,2 мм/год.

Изобретение позволит получить высококачественные сварные переходные соединения из циркониевых сплавов с трубами из нержавеющей стали, обладающих повышенной коррозионной и термодинамической стойкостью.

Изобретение по сравнению с базовым объектом, принятым в качестве прототипа, позволяет повысить корроэионную и термоциклическую стойкость сварных переходных соединений труб из разнородных материалов.