Способ диффузионной сварки на воздухе с наложением циклической нагрузки

Авторы патента:

Минкевич Вадим Андреевич (RU)

Каретников Денис Владимирович (RU)

Ибрагимов Ильдус Гамирович (RU)

Файрушин Айрат Миннуллович (RU)

B23K20/14 - предотвращение или доведение до минимума доступа газа или использование защитных газов или вакуума при сварке (при помощи материала, размещаемого между свариваемыми деталями B23K 20/18)

Владельцы патента RU 2503528:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении аппаратов для нефтегазопереработки и сварки технологических трубопроводов. После механической обработки поверхностей деталей их покрывают защитной консервирующей смазкой и соединяют между собой обработанными поверхностями. Осуществляют нагрев зоны сварки до температуры 0,7-0,8 температуры плавления металла деталей и прикладывают к ним давление. В процессе сварки на соединяемые детали накладывают циклическую нагрузку низкочастотными колебаниями от 100 до 250 Гц с амплитудой 0,1-0,2 мм в круговом направлении в плоскости, параллельной плоскости продольной оси сварного шва. Низкочастотные колебания оказывают положительное воздействие на ускорение развития физического контакта за счет увеличения скорости ползучести материала. Кроме того, переменные напряжения вызывают генерирование новых источников дислокации и увеличение подвижности последних, что интенсифицирует взаимную диффузию металлов. 2 ил.

Изобретение относится к области технологии сварки давлением, а именно к диффузионной сварке и может быть применимо в машиностроении, станкостроении, автомобилестроении, в том числе при изготовлении аппаратов для нефтегазопереработки и сварки технологических трубопроводов.

Известны несколько способов диффузионной сварки. Основным способом данного вида приварки является диффузионная сварка в вакууме [Казаков Н.Ф., Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976. - 312 с.]. Этот способ заключается в том, что две детали устанавливают в «вакуумно плотной» камере. Из этой камеры вакуумным насосом откачивается воздух до получения в ней давления равного 10^-4-10^-5 мм.рт. столба. Далее с помощью гидравлической (механической) системы на свариваемые детали подается давление. Обе детали нагреваются с помощью электронагревателей до заданной температуры. В зоне сопряжения свариваемых деталей - под влиянием давления Р=10-15 МПа, температуры - 0,8…0,9 Т_пл и времени выдержки при этой температуре 20-40 минут идет процесс взаимодействия атомов свариваемых деталей (их взаимопроникновение) и формируется качественное сварное соединение. К недостаткам диффузионной сварки в вакууме следует отнести значительную длительность процесса, сложность оборудования, определенные трудности с загрузкой заготовок и выгрузкой готовых изделий из рабочей камеры при организации непрерывного процесса изготовления сварных изделий, требования достаточно высокой точности сборки и чистоты обработки свариваемых поверхностей, необходимость контроля температуры заготовки в зоне шва.

Известен способ диффузионной сварки в среде защитных газов [Гельман А.С., Основы сварки давлением. - М.: Машиностроение, 1970 г.]. Главным отличием данного способа от способа, рассмотренного выше, является то, что вместо вакуумной камеры применяется камера, наполненная инертным газом. К недостаткам этого способа можно отнести то, что размер свариваемых изделий ограничивается размерами камеры, ограничена геометрия сварных соединений.

В качестве прототипа принят способ диффузионной сварки на воздухе, включающий механическую обработку торцов заготовок деталей, их покрытие углеводородным соединением, соединение между собой обработанными торцами, сжатие соединенных деталей и нагрев зоны стыка токами высокой частоты (см. патент RU №2264898, МПК В23К 13/01). Недостатком данного изобретения является науглероживание зоны сварки. Науглероживание шва в свою очередь способствует снижению коррозионных свойств изделий из легированных сталей. Так же при сварке этим методом происходит образование по границам зерен карбидов, что приводит к охрупчиванию сварного шва и к снижению ресурса и надежности конструкции при воздействии циклической нагрузки.

Техническим результатом изобретения является уменьшение науглероживания в зоне сварного шва, снижения образования карбидов, повышение зоны контакта при сварке и соответственно повышение качества получаемых сварных изделий.

Технический результат достигается тем, что диффузионная сварка на воздухе включает механическую обработку поверхности заготовок деталей, покрытие их защитной консервирующей смазкой, соединение между собой обработанными поверхностями, придание давления месту сварки и нагрев зоны стыка. Отличающийся тем, что нагрев производят до температуры 0,7-0,8 температуры плавления металла, в процессе приварки на сварные соединения накладывают циклическую нагрузку низкочастотными колебаниями в круговом направлении в плоскости, параллельной продольной оси сварного шва. В свою очередь действие циклической нагрузки и нагрева оказывает наибольшее влияние на образование зон обезуглероживания. В области сваривания деталей наблюдается некоторое снижение скорости образования этих зон.

Низкочастотные колебания оказывают положительное воздействие на ускорение развития физического контакта за счет увеличения скорости ползучести материала. Кроме того, переменные напряжения вызывают генерирование новых источников дислокации и увеличение подвижности последних, что интенсифицирует взаимную диффузию металлов.

Способ поясняется чертежом. На фиг.1 представлена схема возможного наложения вибрационной нагрузки. Вибрационное устройство 1 устанавливается на бандаже на свариваемых деталях 2. На данные детали помещается коврик нагревательный 3. Расстояние S от нагревательного коврика до бандажа рекомендуется брать 100-200 мм. Наложение колебаний осуществляется в круговом направлении в плоскости параллельной оси шва 4.

На фиг.2 - Зависимость температуры сварки Т_св от частоты виброобработки f в процессе сварки.

А - без вибрационной обработки;

В - вибрационная обработка на частоте 50 Гц амплитудой до 0,2 мм;

С - то же на частоте 100 Гц;

D - то же на частоте 150 Гц;

Е - то же на частоте 200 Гц;

F - то же на частоте 250 Гц;

G - то же на частоте 300 Гц;

J - то же на частоте 350 Гц;

Из фигуры 2 видно, что Т_св ниже в диапазоне частот вводимых колебаний от 100 до 250 Гц.

Данный способ позволяет снизить температуру процесса сварки, уменьшить науглероживание в зоне сварного шва, повысить зону контакта при сварке и, соответственно, повысив качество сварки, снизить ее время.

Способ диффузионной сварки на воздухе, включающий механическую обработку поверхностей деталей, покрытие их защитной консервирующей смазкой, соединение между собой обработанными поверхностями, нагрев зоны сварки и придание давления, отличающийся тем, что нагрев зоны сварки производят до температуры 0,7-0,8 температуры плавления металла деталей, при этом в процессе сварки на соединяемые детали накладывают циклическую нагрузку низкочастотными колебаниями от 100 до 250 Гц с амплитудой 0,1-0,2 мм в круговом направлении в плоскости, параллельной плоскости продольной оси сварного шва.

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 изготовления детали из литейных никелевых сплавов жс32 и жс32моно // 2494161

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.

Способ диффузионной сварки многослойного пакета из стекла и монокристаллического кремния // 2491158

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например, чувствительных элементов интегральных датчиков.

Способ сварки изделий из сплавов на основе никелида титана (варианты) // 2478027

Изобретение относится к способам неразъемного соединения изделий из сплавов на основе никелида титана (TiNi, нитинол) и представляет собой диффузионную сварку с использованием жидкой фазы.

Способ изготовления слоистого композиционного материала титановый сплав-алюминид титана // 2477203

Изобретение относится к области изготовления слоистого композиционного материала посредством диффузионной сварки листовых заготовок. .

Диффузионное соединение // 2455138

Установка для диффузионной сварки // 2397053

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.

Способ диффузионной сварки в вакууме многослойных изделий из разнородных нержавеющих сталей // 2387524

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.

Способ изготовления оболочки // 2380185

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.

Способ изготовления диффузионной сваркой сотовых конструкций с тонкостенным заполнителем // 2364481

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению слоистых сотовых панелей из титановых сплавов. .

Соединение деталей из титана и стали диффузионной сваркой // 2520236

Изобретение может быть использовано при соединении деталей из титана и стали путем диффузионной сварки, в частности, для получения турбинных валов для газотурбинных двигателей. Две тонкие вставки (14, 16) из ниобия или ванадия и меди помещают между титановой деталью (10) и стальной деталью (12) соответственно. Проводят горячее изостатическое сжатие сборки деталей и вставок в вакууме при температуре от 900 до 950°C и давлении от 1000 до 1500 бар в течение приблизительно двух часов. Осуществляют контролируемое охлаждение. Изостатическое сжатие приводит к снижению напряжения сдвига во вставках, обеспечивающего отсутствие их повреждения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ изготовления диффузионной сваркой стоистой тонкостенной конструкции из титановых листовых материалов // 2537407

Изобретение может быть использовано при изготовлении слоистых тонкостенных титановых конструкций из листового материала, в частности, выпускных окон энергетических установок для вывода пучка электронов. Между технологическими листами размещают пакет, содержащий плоские решетки с мелкозернистой пластинчатой структурой и размещенный между ними элемент из фольги с крупнозернистой пластинчатой структурой. Устанавливают пакет в сварочной камере и осуществляют диффузионную сварку. При этом проводят нагрев в атмосфере нейтрального газа до температуры сварки с изотермической выдержкой при этой температуре в течение 15-20 минут. Сварочное давление создают за счет вакуумирования сварочной камеры. Проводят последующее охлаждение. Нагрев с изотермической выдержкой и охлаждение осуществляют при атмосферном давлении нейтрального газа. Вакуумирование сварочной камеры для создания сварочного давления осуществляют до разряжения 0,1-1 Па. Способ обеспечивает получение высоких механических свойств изготавливаемого изделия. 1 пр.

Способ изготовления многослойных металлических панелей // 2537980

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам. Сваренные листы заполнителя размещают в штампе между листами обшивок и нагревают. Производят формование ячеек заполнителя путем подачи газа под давлением между листами заполнителя с осуществлением диффузионной сварки ячеек между собой и с листами обшивок. Одновременно с этим в полость штампа подают аргон с температурой 400-600°C для осуществления пластической деформации титанового сплава при температуре ниже 700°C, что связано с изменением диффузионной подвижности легирующих элементов замещения и их перераспределением в твердых α- и β-растворах титана. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик металлических панелей и уменьшение нестабильности геометрических размеров. 2 ил.

Способ изготовления многослойных металлических панелей // 2545854

Изобретение может быть использовано для изготовления сваркой давлением с подогревом многослойных металлических панелей корпусов летательных аппаратов. Локально соединяют листы заполнителя и собирают пакет в штампе с размещением их между листами обшивок. Нагревают пакет до температуры сварки. При нагреве осуществляют диффузионную водородную обработку титанового сплава за счет размещения в крышке печи рефлектора-отражателя из титанового сплава, имеющего большее атомарное процентное содержание водорода по отношению к титановому сплаву листов заполнителя. Проводят формование ячеек заполнителя за счет подачи газа под давлением между листами заполнителя и диффузионную сварку ячеек между собой и с листами обшивок. За счет диффузионного напыления происходит дополнительное легирование титанового сплава водородом, что приводит к изменению микроструктуры сплава. Способ обеспечивает повышение прочностных характеристик готовых панелей. 3 ил.

Способ диффузионной сварки в вакууме без приложения внешнего давления // 2549786

Изобретение относится к способу диффузионной сварки изделий из разнородных материалов и может быть использовано для бронзирования внутренних, глубоких отверстий корпусов плунжерных гидронасосов, работающих в условиях трения-скольжения. Охватываемую деталь в виде втулки устанавливают в охватывающую деталь с зазором 0,02-0,05 мм. При этом охватываемую деталь выполняют из металла с коэффициентом термического расширения, большим, чем коэффициент термического расширения металла охватывающей детали. Охватываемую деталь, установленную в охватывающую деталь, подвергают дорнованию с натягом 0,25-0,75 мм. Затем осуществляют нагрев деталей в вакууме не ниже 1-10-5 мм р.ст. до температуры 0,5-0,7 Тпл, где Тпл - температура плавления менее тугоплавкого металла. 1 з.п. ф- лы, 2 ил., 2 табл.

Способ изготовления многослойных панелей // 2555260

Изобретение может быть использовано в аэрокосмическом машиностроении для изготовления многослойных панелей из титанового сплава ВТ-23. После предварительного отжига листов заполнителя при температуре 680°C с последующей выдержкой на воздухе в течение 25 минут осуществляют сборку в пакет упомянутых листовых заготовок. Соединяют листы локально между собой электроконтактной сваркой рядом непрерывных ортогональных швов и герметизируют пакет по периметру. Располагают пакет между листами обшивок, его нагревают до температуры 875°C и производят формовку и сварку заполнителя с обшивкой путем подачи газа под давлением. Предварительный отжиг листов с соблюдением указанных режимов увеличивает значение показателя скоростной чувствительности напряжения, что позволяет повысить прочностные характеристики готовых изделий из титанового сплава. 2 ил.

Способ диффузионной сварки порошкового жаропрочного сплава на никелевой основе // 2555279

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом диффузионной сварки, например, при изготовлении рабочих лопаток и дисков газовых турбин. После сборки элементов под сварку проводят вакуумирование и нагрев их до температуры, не превышающей температуру сольвуса более чем на 10°C. Прикладывают сварочное усилие, составляющее 1,5-2,5 кг/мм2 с выдержкой в течение 1,5-2 ч. Затем снимают сварочное усилие и проводят выдержку в течение 2 ч. Осуществляют ступенчатое охлаждение сначала до температуры 800°C со скоростью не ниже 50°С/мин и выдержкой 8 ч, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°С/мин с выдержкой 8 ч, а затем до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин. Способ обеспечивает получение сварного соединения с прочностью не менее 90% от прочности основного материала и с сохранением однородной мелкозернистой рекристаллизованной структуры, что позволяет проводить дальнейшую механическую обработку деталей. При этом сохраняется жаропрочность сварного соединения при высоких температурах, а также значительно увеличивается ресурс и надежность деталей, работающих в условиях нагружения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Способ диффузионной сварки литейного жаропрочного сплава на никелевой основе // 2558692

Изобретение относится к способу диффузионной сварки элементов из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих лопаток, дисков газовых турбин и др., которые работают при высоких нагрузках и температурах. Собирают элементы под сварку, вакуумируют. Нагревают элементы до температуры, определяемой из следующего соотношения: 0,987Тs<Тсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляют сварочным усилием 1-3,5 кг/мм2, обеспечивающим макропластическую деформацию в течение времени, требуемого на осуществление процесса сварки, 0,5-2,5 часа. Затем снимают сварочное усилие и охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°C/мин. Изобретение позволяет получить сварное соединение требуемого качества с необходимой прочностью не менее 90% от прочности основного материала и с сохранением однородной мелкозернистой рекристаллизованной структуры, что позволяет проводить дальнейшую механическую обработку деталей. Кроме того, применение диффузионной сварки позволяет упростить конструкцию изделий, повысить технологичность и уменьшить массу конструкций. 1 табл.

Способ изготовления деталей из титановых сплавов // 2569441

Изобретение может быть использовано при изготовлении сверхпластической формовки изделий сложной формы, в частности лопаток компрессора. Изготавливают лопатки компрессора из высокопрочного титанового сплава ВТ6 на основе эвтектоидной системы легирования. Производят горячую деформацию газовой формовкой с использованием эффекта сверхпластичности при температуре от 870°C до 1000°C и скорости деформации 10-4 с-1. Проводят термическую обработку готовых лопаток компрессора при температуре от 870 до 950°C с продолжительностью выдержки при гомогенизации и старении от 450 до 600°C. Изобретение обеспечивает оптимизацию технологического процесса при улучшении механических свойств лопаток, а именно прочности, жаропрочности, вязкости разрушения.

Способ изготовления деталей из титановых сплавов // 2574160

Изобретение может быть использовано для оптимизации технологического процесса сверхпластической формовки при изготовлении ответственных силовых деталей, в частности шпангоутов, силовых нервюр, балок шассийных и т.д. Осуществляют горячую газовую формовку заготовок из титанового сплава ВТ22 с использованием сверхпластической деформации при температуре от 870 до 960°С и скорости деформации 10-3 с-1. Готовые детали дополнительно подвергают термической обработке в (α+β)-области при температуре от 860 до 880°С. Способ обеспечивает улучшение прочностных свойств изделий из титанового сплава ВТ22, в частности трещиностойкости.