Способ диффузионной сварки заготовок из титанового сплава от4-1


 

B23K103/14 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2496622:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ВГТУ", ВГТУ) (RU)

Изобретение относится к сварке давлением, а именно к диффузионной сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием, и может быть использовано для изготовления тонкостенных конструкций из титанового сплава ОТ4-1. Способ диффузионной сварки заготовок из титановых сплавов включает нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления. На первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия: τ=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa, где k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75·10-7 сек, р - численное значение сварочного давления, МПа, n -эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2, Е - энергия активации, Дж/моль, R - газовая постоянная, Дж/(К-моль), Т - температура нагрева. К, Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, мкм. Снижается накопленная деформация в заготовках, а также энергоемкость изготовления тонкостенных титановых конструкций. 1 пр.

 

Изобретение относится к сварке давлением, а именно к диффузионной сварке с низкоинтенсивным силовым воздействием, и может быть использовано для изготовления тонкостенных конструкций из титанового сплава ОТ4-1.

Процесс образования диффузионного соединения в условиях с низкоинтенсивным силовым воздействием титановых сплавов лимитируется стадией формирования физического контакта, в процессе которого происходит сближение свариваемых поверхностей. Формирование физического контакта сопровождается смятием микронеровностей на соединяемых поверхностях и образованием несплошностей. Для дальнейшего развития контакта требуются большие деформации, приводящие к накоплению остаточных деформаций свариваемыми заготовками.

Снижение накопленной деформации свариваемых заготовок является одним из факторов, определяющих качество и эксплутационные свойства сварного соединения.

Повысить качество и эксплутационные свойства сварного соединения возможно, управляя процессами приложения давления (Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1986, 280 с.).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сварки давлением заготовок из титанового сплава ОТ4-1, включающий размещение между заготовками промежуточной прокладки из титанового сплава с исходным размером зерен менее 1 мкм и соединение заготовок и прокладки путем приложения давления к заготовкам. Соединение заготовок и прокладки осуществляют за два этапа. На первом этапе давление прикладывают при температуре ниже температуры второго этапа и близкой к нижней границе температурного интервала, обеспечивающего соответствующую условиям сверхпластичности скорость деформации, в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок и прокладки. Второй этап проводят при температуре и времени, необходимыми для развития объемного взаимодействия (описание к патенту RU 2415738 МПК B23K 20/16 (2006.01) B23K 20/22 (2006.01), опубликовано 10.04.2011).

В известном способе процессы образования физического контакта и развитие объемного взаимодействия между соединяемыми поверхностями заготовок и прокладки сопровождается контактным упрочнением последней, которое является следствием приложения давления и трения.

Кроме того, получение промежуточной прокладки с размером зерен менее 1 мкм термодеформационной обработкой операция энергоемкая и трудоемкая.

Задача изобретения - упрощение технологии получения и повышение качества сварного соединения в изготавливаемых титановых тонкостенных сварных конструкциях.

Технический результат - снижение накопленной деформации в свариваемых заготовках и снижение энергоемкости и трудоемкости изготовления.

Технический результат достигается в заявленном способе диффузионной сварки заготовок из титановых сплавов. Способ включает нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления. При этом на первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия:

τсв=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa, где

k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75·10-7 сек;

р - численное значение сварочного давления, измеренного в МПа;

n - эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2;

Е - энергия активации, Дж/моль;

R - газовая постоянная, Дж/(K·моль);

Т - температура нагрева, K;

Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, измеренное в мкм.

Зависимость установлена из условия сближения на первом этапе свариваемых поверхностей на расстояние, соизмеримое с высотой деформационных рельефов, образующихся под действием собственных (внутренних) напряжений. Выбранное время при выбранной температуре нагрева обеспечивает создание в контактном зазоре центров (очагов), вокруг которых развиваются процессы, протекающие при спекании металлов. Контактные несплошности, образованные в результате смятия микровыступов, в результате развития деформационных рельефов под действием внутренних напряжений разделяются на более мелкие, которые соизмеримы с высотой субструктурного рельефа и залечиваются за счет вязкого течения вещества матрицы в пору без приложения давления на втором этапе сварки.

Пример осуществления способа. Сваривали цилиндрические образцы высотой 30 мм и диаметром 16 мм из сплава ОТ4, у которых шероховатость свариваемых поверхность определена равной Ra=10 мкм.

Процесс диффузионной сварки ведут в два этапа по режиму:

1 этап - нагрев до температуры сварки Т=950°C, сварочное давление р=2 МПа поддерживают в течение времени τсв, рассчитанного по зависимости τсв=k·p-n·exp(E/RT)·lnRa., принимая для вычислений расчетное значение коэффициентов k=1,75·10-7 сек и n=1,2, также значения Е=230000 Дж/моль, R=8,3 Дж/(K·моль) и Т=1223 K.

Рассчитывают значения коэффициентов k и n путем изучения закономерностей высокотемпературной деформации для конкретного титанового сплава при сжатии по известной методике, описанной в кн. Диффузионная сварка титана авт.: Э.С. Каракозов, Л.М. Орлова, В.В. Пешков, В.И. Григорьевский, «Металлургия», 1977, с.42-47. Для каждого конкретного титанового сплава эмпирические коэффициенты k и n соответствуют аппроксимирующим коэффициентам уравнения изменения скорости ползучести вида ε = k p n exp ( E / R T ) .

Согласно численному расчету время выдержки 20 минут.

τсв=1,75·10-7-2-1,2·ехр(230000/(8,3·1223)·ln 10≈1198 сек≈20 минут

2 этап - сварочное давление снимают, нагрев при температуре сварки продолжают в течение 40 минут - времени, необходимого для образования сварного соединения.

Способ диффузионной сварки заготовок из титанового сплава ОТ4-1, включающий нагрев до температуры сварки, соединение заготовок в два этапа в течение времени, достаточного для образования физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок на первом этапе с приложением сварочного давления и для развития объемного взаимодействия на втором этапе без приложения сварочного давления, отличающийся тем, что на первом этапе нагрев осуществляют в интервале температуры α+β→β превращения и в течение времени τсв, которое определяют из условия: τсв=k·р-n·exp(E/RT)·lnRa, где
k - эмпирический коэффициент, характеризующий кинетику развития площади физического контакта между соединяемыми поверхностями заготовок, равный 1,75-10-7 с;
р - численное значение сварочного давления, измеренного в МПа;
n - эмпирический коэффициент, характеризующий ползучесть материала заготовки, равный 1,2;
Е - энергия активации, Дж/моль;
R - газовая постоянная, Дж/(К·моль);
Т - температура нагрева, К;
Ra - численное значение шероховатости свариваемых поверхностей, измеренное в мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству изделий из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, в особенности полых тонкостенных лопаток турбины.
Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например, чувствительных элементов интегральных датчиков.

Изобретение относится к способам неразъемного соединения изделий из сплавов на основе никелида титана (TiNi, нитинол) и представляет собой диффузионную сварку с использованием жидкой фазы.
Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. .

Изобретение относится к оборудованию для сварки с подогревом, в частности к установкам для диффузионной сварки полупроводников с диэлектриками, и может быть использовано в радиотехнической, электронной и приборостроительной промышленности.

Изобретение относится к технологии диффузионной сварки многослойных изделий из разнородных нержавеющих сталей, преимущественно из нержавеющих мартенситных сталей типа марки 09X17H и нержавеющих аустенитных сталей типа марки 0Х18Н10Т.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек путем свободной формовки из листовых заготовок из титанового сплава в условиях сверхпластичности, широко используемых в технике в качестве таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов, баллоны для транспортировки сжиженных газов, буи радиоантенн, поплавки для уровнемеров.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .

Изобретение относится к способу малодеформирующей диффузионной сварки керамических элементов, к изготовленным таким способом монолитам и их применениям. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству изделий из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, в особенности полых тонкостенных лопаток турбины.
Изобретение относится к изготовлению электросваркой, преимущественно, тонколистовых изделий из разнотолщинных и разнородных по химическому составу труб. Трубы соосно устанавливают.

Изобретение относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и может найти применение при изготовлении оборудования для переработки нефти, в частности при сборке крупноразмерных металлических резервуаров типа сепараторов, отстойников, емкостей для хранения и подготовки нефти.

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях, в том числе и при сварке трубопроводов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости наружных цилиндрических поверхностей изделий. .

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к сварке титановых сплавов, и может использоваться при изготовлении сложных конструкций. .

Изобретение относится к области машиностроения. .

Изобретение относится к технологии получения изделий с внутренними полостями с помощью энергии взрыва и может быть использовано при изготовлении, например, деталей термического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п.

Изобретение относится к технологии получения изделий с внутренними полостями с помощью энергии взрыва и может быть использовано при изготовлении, например, деталей термического и химического оборудования, теплорегуляторов и т.п., эксплуатируемых в окислительных газовых средах.

Изобретение относится к способу изготовления вала для турбины и/или генератора посредством сварного соединения и к валу, изготовленному упомянутым способом. Осуществляют удаление по меньшей мере с одной стороны основной ограничивающей круговой поверхности соответственно одной центральной части соответствующего элемента (5) вала относительно оси вращения (2) для получения соответственно одной открытой полости (11) по меньшей мере в одном цилиндре (3) в пределах оставшегося трубообразного ребра (13). Размещают два элемента (5) вала вдоль оси вращения (2) коаксиально друг другу с образованием полого пространства (15). Получают первый трубчатый кольцевой шов (17) посредством электродуговой сварки в узкий зазор. В одном из двух элементов (5) вала выполняют сквозное отверстие (18) снаружи в полое пространство (15). Осуществляют оценку качества первого трубчатого кольцевого шва (17) изнутри полого пространства (15) во время и/или после сварки посредством введенного через сквозное отверстие (18) в полое пространство (15) воспринимающего устройства (19) или источника (19а) излучения. Таким образом, можно непосредственно регулировать процесс сварки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх