Способ сварки гибких элементов между собой и с деталями арматуры сильфонных, мембранных и диафрагменных узлов из коррозионностойких и жаропрочный дисперсионно-твердеющих сталей и сплавов

 

Использование: для сварки плавлением вольфрамовым электродом в среде инертных газов и микроплазменной сварки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сталей и никелевых сплавов. Сущность изобретения: на поверхность свариваемых кромок деталей до сварки наносят гальваническим способом защитный слой металла (никель, железо, кобальт, медь), окислы которого расплавляются в процессе сварки. При этом толщина защитного слоя составляет от 0,02 до 0,07 мм толщины свариваемой кромки гибкого элемента. Затем проводят обезводороживающую вакуумную обработку в интервале температур от 200 до 1000^oС. 2 ил.

Изобретение относится к сварке плавлением вольфрамовым электродом в среде инертных газов и микроплазменной сварке и предназначается, в частности, для сварки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сталей и никелевых сплавов.

Основной трудностью при сварке материалов данной группы является склонность к образованию горячих трещин и окисных плен в результате окисления элементов, обладающих большим сродством с кислородом, таких как титан, алюминий, ниобий, хром. В результате окисления образуются тугоплавкие окислы на поверхности соприкасающихся свариваемых кромок непосредственно перед сварочной ванной. При расплавлении кромок окисленные поверхностные слои образуют в металле шва окисные плены, которые могут развиваться на все сечение шва, что приводит к негерметичности сварного соединения.

Известен способ сварки, при котором защита от окисления свариваемых кромок в процессе аргонно-дуговой сварки осуществляется вольфрамовым электродом или микроплазменной сварки путем введения в защитную инертную среду (аргон, гелий) водорода в количестве 3-5% [1] для создания восстановительной среды.

Недостатком данного способа является то, что при сварке сильфонных, мембранных и диафрагменных узлов с торцовым типом соединения свариваемых кромок водород не связывает полностью кислород на соприкасающихся поверхностях свариваемых кромок. В результате чего на этих поверхностях в процессе сварки образуются тугоплавкие окислы (TiO, TiO₂, NbO, Nb₂O₃, Al₂O₃, Cr₂O₃), что приводит к образованию в шве окисных плен и негерметичности сварного соединения.

За прототип выбран способ аргонно-дуговой сварки, или микроплазменной сварки сильфонов и мембран [2] Недостатком этого способа является то, что при сварке гибких элементов сильфонов между собой, а также сильфонов и мембран с деталями арматуры из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов, легированных титаном, алюминием, ниобием, в сварных швах образуются окисные плены и горячие трещины, распространяющиеся от контактов между деталям. Эти плены и трещины являются очагами негерметичности сварных соединений.

Техническим эффектом изобретения является обеспечение герметичности за счет предупреждения образования в сварном шве окисных плен и качества сварных соединений.

Это достигается тем, что на поверхности свариваемых кромок деталей до сварки наносят гальваническим способом защитный слой (никель, железо, кобальт, медь), окислы которого расплавляются или восстанавливаются в металле сварочной ванны в процессе сварки, при этом толщина защитного слоя составляет (0,02-0,07) ˙ δ, где δ толщина свариваемой кромки гибкого элемента в мм. Далее проводят обезводороживающую обработку в интервале температур от 100 до 1000^оС в зависимости от технологического цикла изготовления сварочных узлов.

Гальванический способ нанесения защитного слоя обеспечивает гарантированное сцепление этого слоя с поверхностью деталей, которое необходимо для защиты соприкасающихся поверхностей свариваемых кромок основного металла от окисления при сварке.

Нанесение защитного слоя на все соприкасающиеся поверхности свариваемых кромок необходимо для предупреждения образования окисных плен и включений в сварном шве. Это необходимо потому, что сварные соединения сильфонных, мембранных и диафрагменных узлов с толщиной гибких элементов 0,1-0,5 мм работают, как правило, в условиях циклического нагружения, поэтому наличие в сварном шве окисных плен значительно снижает предел выносливости сварного соединения. Образующиеся и развивающиеся на все сечение сварного шва окисные плены приводят к потере герметичности сварного соединения.

Зависимость толщины защитного слоя от толщины свариваемых кромок обусловлена изменением параметров режимов сварки. С увеличением толщины деталей возрастает величина сварочного тока, увеличивается вклад тепловой энергии, т. е. процесс окисления протекает более интенсивно. Отсюда следует, что с увеличением толщины свариваемых кромок необходимо увеличивать толщину защитного слоя.

Обезводороживающую вакуумную обработку при температуре 200-1000^оС в зависимости от технологического цикла изготовления сварных узлов проводят для вывода водорода из защитного слоя и пограничных с ним слоев свариваемых кромок с целью предупреждения образования пор в сварных швах.

Предложенный способ поясняется фиг. 1, где 1 гибкие элементы (мембраны); 2 деталь арматуры; 3 защитный слой металла на соприкасающихся поверхностях свариваемых кромок деталей, нанесенный гальваническим способом.

Совокупность отличительных признаков обеспечивает гарантированное получение герметичного сварного соединения и повышает качество и долговечность сварных конструкций за счет устранения в металле шва окисных плен, включений и пор.

П р и м е р. Способ осуществлен при аргонно-дуговой сварке вольфрамовым электродом торцовых соединений мембранных датчиков в количестве 10 штук из дисперсионно-твердеющего сплава 36НХТЮ (ЭИ702). Торцовое соединение (фиг. 2) состоит из трех соединяемых деталей 1, 2, 3. Гальванический никель 4 наносят на поверхности деталей 1, 2, находящиеся при сварке в контакте. Для оценки эффективности защитного слоя контактные поверхности деталей 2 и 3 не покрывают никелем. Толщина деталей 1-3 составляет 0,3 мм, а толщина слоя никеля 0,005-0,006 мм (≈0,02 δ) и 0,019-0,021 мм (≈0,07 δ). Обезводороживающую вакуумную обработку проводили при температуре 700 ± 10^оС в течение 1 ч, совмещенную с дисперсионным старением сплава 36НХТЮ.

Сварку выполняли на режиме: Сварочный ток, А 24 Напряжение дуги, В 11 Скорость сварки, м/ч 20 Герметичность выполненных сварных соединений контролировали с помощью гелиевого течеискателя ПТИ-10 методом "щупа". В полости между деталями 1-2 и 2-3 поочередно подавали гелий, а с наружней стороны сварного шва 5 "щупом" проводили отбор среды. Контроль сварных узлов показал, что все исследуемые полости между деталями 1 и 2 по сварному шву 5 герметичны, в то время как полости между деталями 2 и 3 на восьми датчиках оказались не герметичны. Причиной негерметичности является наличие окисных плен 6 в сварных швах.

Предлагаемый способ сварки сильфонных, мембранных и диафрагменных узлов обеспечивает получение сварных соединений с гарантированной герметичностью и высоким качеством, что позволяет использовать его для изготовления ответственных сварных конструкций из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сталей и никелевых сплавов.

Формула изобретения

СПОСОБ СВАРКИ ГИБКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕЖДУ СОБОЙ И С ДЕТАЛЯМИ АРМАТУРЫ СИЛЬФОННЫХ, МЕМБРАННЫХ И ДИАФРАГМЕННЫХ УЗЛОВ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ И ЖАРОПРОЧНЫХ ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ, включающий аргонодуговую сварку вольфрамовым электродом или микроплазменную сварку, отличающийся тем, что перед сваркой на поверхность свариваемых кромок деталей наносят гальваническим способом защитный слой металла, окислы которого расплавляются или восстанавливаются в металле сварочной ванны в процессе сварки, при этом толщина защитного слоя составляет 0,02 - 0,07 толщины сильфона, мембраны или диафрагмы, а далее проводят обезводороживающую вакуумную обработку в интервале температур 100 - 1000^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2