Способ диффузионной сварки литейного жаропрочного сплава на никелевой основе


 

B23K103/08 - 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 2558692:

Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (RU)

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: 0,987Тsсв<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.

 

Изобретение относится к сварке, а именно к способам соединения деталей из литейного жаропрочного сплава на никелевой основе методом диффузионной сварки, и может быть использовано для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах, реактивных двигателях, атомно-энергетических установках и т.д.

Прототипом данного изобретения является способ диффузионной сварки сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. - М.: Машиностроение, 1976 г., 312 с.). Способ заключается в том, диффузионную сварку проводят при температуре 1000°С, удельное давление сжатия 2 кг/мм2, с последующей выдержкой при 1200°С в течение 20 мин.

Недостатком этого способа является, то что за время сварки при указанной температуре (не более 20 мин) не успевает сформироваться прочное соединение. Температура 1000°С для сварки литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе низкая для диффузионной активности. Свойства, характеризующие пластичность, по сравнению со свойствами основного металла занижены. Сварное соединение имеет низкую прочность на разрыв.

Известен способ изготовления детали из литейных никелевых сплавов ЖС32 и ЖС32МОНО (патент №2494161, МПК С22С 19/00, В23К 20/14, В23К 103/08, дата публикации 27.09.2013 г.), по которому изготовляют детали из литейных никелевых сплавов ЖС32 или ЖС32МОНО, которые в себя включают не менее двух фрагментов детали из упомянутых сплавов путем диффузионной конгломерации с приложением нагрузки 11 г/мм2 в вакууме при температуре 1320°С в течение 40 мин - 1 ч.

Недостатком этого способа является то, что для двигателестроения, где предъявляются высокие требования к характеристикам сварных соединений, химическому составу и микроструктуре зоны сварки приложенная нагрузка 11 г/мм2 недопустима, т.к. эксплуатационные и прочностные характеристики сварных деталей по этой причине снижаются. Отсутствие требуемой нагрузки не позволяет стабилизировать и повысить прочностные свойства соединений, т.к. крайне низкая диффузионная активность.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа диффузионной сварки литейного жаропрочного сплава на никелевой основе без промежуточных прослоек в вакууме с оптимальным подбором режимов сварки. Это позволяет:

- исключить изменения в структуре свариваемого материала;

- минимизировать пластическую деформацию детали;

- обеспечить необходимую стабильную прочность соединения.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе диффузионной сварки из литейного жаропрочного сплава на никелевой основе, включающем сборку элементов под сварку, вакуумирование, температуру сварки выбирают из соотношения 0,987Tsсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляют сварочным усилием 1-3 кг/мм2, обеспечивающим макропластическую деформацию в течение времени, которое требуется на осуществление процесса сварки, 0,5-2,5 часа, затем снимают сварочное усилие и охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°С/мин.

Экспериментально установлено, что при таком удельном давлении и за это время пластическая деформация свариваемых деталей не превышает 5%, что указывает на то, что происходит лишь деформация микровыступов на свариваемых поверхностях. А это, в свою очередь, не приводит к структурным изменениям в сплаве, что положительно влияет на прочность сварного соединения. Кроме того, для повышения технологических характеристик после снятия сварочного усилия охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°С/мин.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выбранный режим диффузионной сварки, позволяет активизировать диффузионные процессы, протекающие в зоне контакта. А выбранная скорость охлаждения способствует выделению упрочняющих частиц, стабилизации структуры сплава, что обеспечивает высокий уровень прочности и неизменность микроструктуры материала. Все это увеличивает ресурс и надежность сварной конструкции, работающей в условиях жесткого нагружения.

Пример 1

Были изготовлены детали из сплава ЖС32 с размерами 17×40 каждая. Детали под сварку собирались торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку. Рабочую камеру установки вакуумировали, нагревали до температуры сварки, определяемой из следующего соотношения: 0,987Tsсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки, Тсв=1328°С, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляли сварочным усилием 1 кг/мм2, обеспечивающим макропластическую деформацию в течение времени, которое требуется на осуществление процесса сварки, 1,5 часа. Затем снимают сварочное усилие и охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°С/мин.

Пример 2

Были изготовлены детали из сплава ЖС32 с размерами 17×40 каждая. Детали под сварку собирались торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку. Рабочую камеру установки вакуумировали, нагревали до температуры сварки, определяемой из следующего соотношения 0,987Tsсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки, Тсв=1290°С, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляли сварочным усилием 2,5 кг/мм2, обеспечивающим макропластическую деформацию в течение времени, которое требуется на осуществление процесса сварки, 2,5 часа. Затем снимали сварочное усилие и охлаждали до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°С/мин.

Пример 3

Были изготовлены детали из сплава ЖС32 с размерами 17×40 каждая. Детали под сварку собирались торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку. Рабочую камеру установки вакуумировали, нагревали до температуры сварки, определяемой из следующего соотношения 0,987Tsсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки Тсв=1322°С, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляли сварочным усилием 2 кг/мм2, обеспечивающим макропластическую деформацию в течение времени, которое требуется на осуществление процесса сварки, 1 час. Затем снимали сварочное усилие и охлаждали до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°С/мин.

Результаты испытаний механических свойств деталей из ЖС32 при температуре 20°С и рабочей температуре 650°С по стандартным методикам испытания представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает на деталях при рабочей температуре 650°С получение жаропрочности гораздо выше по сравнению с прототипом и более высокий уровень прочности, сохранение высокой пластичности. Сварные соединения имеют механические свойства, равноценные основному металлу.

В результате применения предлагаемого способа сварки деталей из литейного жаропрочного сплава на никелевой основе методом диффузионной сварки значительно повышается их ресурс и надежность. Кроме того, возможность получения сварных соединений из таких сплавов может привести к изменению конструкций двигателей, уменьшению их массы.

Способ диффузионной сварки элементов из литейного жаропрочного сплава на никелевой основе, включающий сборку элементов под сварку и вакуумирование, отличающийся тем, что температуру сварки выбирают из соотношения: 0,987Tsсв<1,001Тлп, где Тлп - температура локального плавления литейного сплава, Тсв - температура сварки, Ts - температура солидуса свариваемого материала, а сжатие осуществляют сварочным усилием 1-3 кг/мм2 с обеспечением макропластической деформации в течение 0,5-2,5 часа, а затем снимают сварочное усилие и охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30-50°C/мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом диффузионной сварки, например, при изготовлении рабочих лопаток и дисков газовых турбин.

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.

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.

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.

Изобретение может быть использовано для изготовления многослойных металлических панелей, например, в аэрокосмическом машиностроении. Предварительно листы заполнителя локально соединяют между собой по пересекающимся зонам.
Изобретение может быть использовано при изготовлении слоистых тонкостенных титановых конструкций из листового материала, в частности, выпускных окон энергетических установок для вывода пучка электронов.

Изобретение может быть использовано при соединении деталей из титана и стали путем диффузионной сварки, в частности, для получения турбинных валов для газотурбинных двигателей.

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.

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.

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 способу контактной точечной сварки меди и медных сплавов. Изобретение может быть использовано в приборостроении, при контактной сварке металлов с высокой теплопроводностью, в частности меди и ее сплавов, и металлов с покрытием на их основе.

Изобретение относится к способу изготовления листовых стальных изделий из заготовок из стального листа или стальных лент различной толщины и/или материалов. Заготовки свариваются друг с другом вдоль стыка с получением сварного шва (7), образованного кромками заготовок из стального листа или стальными лентами.

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.

Изобретение может быть использовано при контактной стыковой сварке длинномерных изделий, в т.ч. профильного проката и труб.
Изобретение может быть использовано при контактной стыковой сварке труб из углеродистых и легированных сталей. Во внутреннюю полость труб перед сваркой подают инертный газ, в который вводят газообразные галогениды при следующем соотношении инертного газа и газообразных галогенидов, мас.%: инертный газ 80…97, газообразные галогениды 3…20.

Способ может быть использован при получении сварных изделий, имеющих протяженную поверхность с привариваемыми ребрами, в частности, оребренных труб, например, при изготовлении теплообменных аппаратов.

Изобретение относится к способу импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов. Изобретение может быть использовано в судостроении, авиастроении, ракетостроении и других отраслях машиностроения.
Способ может быть использован для соединения алюминиевых деталей пайкой, например, при изготовлении радиотехнических устройств. Осуществляют предварительную подготовку деталей путем нанесения гальванического покрытия из никеля, меди и олово-цинка.

Изобретение относится к способу изготовления сваренной лазером стальной трубы. Лазерная сварка включает испускание двух лазерных лучей вдоль краев на верхней поверхности открытой трубы.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу получения сварного сталеалюминиевого соединения, и может быть использовано в судостроении, при строительстве железнодорожного транспорта и автомобилестроении.

Изобретение относится к способу соединения двух элементов посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (варианты). Свариваемые элементы состоят из самозакаливающегося стального сплава, например из материала T23 или T24. Между соединяемыми элементами создают стык, который расширяется, например, от внутренней стороны к наружной. Сначала на участке внутренней стороны наплавляют слой в корне шва. Затем наплавляют слой, примыкающий к слою корня шва, заполняя стык по меньшей мере на 90%. Наплавляют по меньшей мере один покрывающий слой, примыкающий к заполняющему слою, на участке с наружной стороны стыка. Используют силу тока сварки, при которой с внутренней стороны участка слоя в корне шва обеспечивается температура, соответствующая температуре AC3 для конкретного материала свариваемых элементов, или температура приблизительно 600°C или 700°C, или температура AC1 для каждого конкретного материала свариваемых элементов. Получают сварное соединение с высокой трещиностойкостью. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх