Способ сварки толстостенных крупногабаритных деталей



Способ сварки толстостенных крупногабаритных деталей
Способ сварки толстостенных крупногабаритных деталей
Способ сварки толстостенных крупногабаритных деталей

 


Владельцы патента RU 2606144:

Семенов Виктор Никонорович (RU)

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД. Способ включает V-образную разделку кромок свариваемых деталей, установку свариваемых деталей на подкладку, многослойную сварку с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм. Затем осуществляют закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С. Далее деталь охлаждают со скоростью 30-40°С/мин, а по достижении при охлаждении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и затем дальнейшее охлаждение. Изобретение позволяет предотвратить появление трещин в зоне термического влияния свариваемых деталей. 3 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения сварного соединения жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе Ni-Сr без трещин в зоне термического влияния (ЗТВ) и может быть использовано при автоматической сварке конструкций из крупногабаритных толстостенных деталей, применительно в производстве жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известен способ сварки деталей из сплавов на основе Ni-Cr, раскрытый в патенте RU 2053078 (кл. В23К 11/06, 1996), согласно которому проводят сборку свариваемых элементов, предварительную контактную роликовую сварку по их торцам и последующую приварку к арматуре. При этом перед сборкой на внешнюю и внутреннюю поверхности каждого элемента наносят слои никелевого покрытия. Однако данный способ применим для сварки тонкостенных элементов, например сильфонов, с деталями сложной конфигурации, а не для крупногабаритных толстостенных деталей.

Из патента RU 2265505 (кл. В23К 9/23, 2005) известен способ сварки изделий из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля, в котором предварительно нагревают всю зону сварного шва и область, примыкающую к зоне сварного шва изделия, до температуры максимальной пластичности, которая выше температуры старения и ниже начальной температуры плавления, и поддерживают такую температуру во время сварки и отверждения сварного шва. Затем увеличивают температуру сварного изделия до температуры снятия механических напряжений и охлаждают сварное изделие до температуры ниже диапазона дисперсного твердения первичной гамма-фазы со скоростью, эффективной для уменьшения выделения первичной гамма-фазы. Способ направлен на снижение образования трещин в сварном шве и в сплаве в результате сварки. Однако в указанном патенте нет данных о том, что таким способом можно снизить образование трещин в зоне термического влияния в случае сварки толстослойных деталей между собой.

В свою очередь, недостатком известных способов сварки толстостенных деталей является то, что в результате появляются трещины (Фиг.1) в ЗТВ. Причиной тому служит появившийся концентратор напряжений вследствие образовавшегося в этой зоне повышенного содержания частиц γ'-фазы в мелкодисперсном виде, карбидной фазы (Ме23 С6), дисклокаций и резкого снижения пластичности сплавов.

Причем обе эти фазы при их интенсивном выделении в ЗТВ располагаются преимущественно по границам зерен. А дисклокации, за счет их заторможенности в зоне размещения скопившихся фаз, переплетаются, образуя клубки сплетений, увеличивая при этом также уровень напряжения в ЗТВ. Это происходит вследствие высокого тепловложения в ЗТВ при повышенной массе сварочной ванны, создаваемой при использовании большого диаметра сварочной проволоки (∅≥4 мм), и уменьшения количества проходов при сварке. Заторможенность выхода дисклокаций на поверхность, а также ограниченность зернограничного проскальзывания границ зерен и их миграции - вот те основные факторы, которые лежат в основе появления концентратора напряжений и резкого снижения высокотемпературной ползучести сплава.

А, как известно, ползучесть совершается преимущественно благодаря свободному перемещению дисклокаций и отсутствию в структуре металла каких-либо ограничений, в том числе частиц фаз, препятствующих перемещению зерен и их миграции.

Изобретение направлено на предотвращение появления трещин в зоне термического влияния свариваемых деталей. Технический результат - снижение критических напряжений в ЗТВ в процессе сварки толстостенных крупногабаритных деталей из высокопрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе Ni-Cr, применяемых в конструкциях ЖРД.

Предлагаемый способ автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей в инертном газе включает V-образную разделку кромок свариваемых деталей из сплава на основе Ni-Cr, установку свариваемых деталей на подкладку, осуществление многослойной сварки с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм, последующую закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С, дальнейшее охлаждение детали со скоростью 30-40°С/мин. При этом по достижении при охлаждении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и дальнейшее охлаждение.

Сварное соединение, полученное с помощью предлагаемого способа, обладает высокой работоспособностью в условиях динамических нагрузок и при воздействии высокой агрессивной среды, например жидкого кислорода.

Процесс сварки осуществляют следующим образом. Вначале на свариваемых деталях делают V-образную разделку кромок. Затем детали устанавливают в приспособление, соблюдая их соосность и совпадение кромок. Сварку деталей проводят в последовательности: 1 проход - корневой шов, варят без присадки, последующие слои с присадкой. В качестве присадки используют проволоку того же состава, что и свариваемые детали.

Сварку выполняют в автоматическом режиме. Защитная среда - чистый аргон. Подают его в горелку и в корень шва - на поддув. Сварку осуществляют на подкладке, устанавливаемой под корень шва свариваемых деталей. Расход аргона в горелку 12-15 л/мин, на подкладку в корень шва 2-3 л/мин. Диаметр присадочной проволоки 2-2,5 мм. После выполнения корневого шва осуществляют оценку отсутствия дефектов в сварном шве и ЗТВ с помощью R-контроля. При отсутствии дефектов начинают производить последующую сварку детали. Для предотвращения появления трещин в ЗТВ сварку проводят с минимальным нагревом металла в ЗТВ, увеличивая количество проходов сварки и скорость сварки. Это позволяет сохранять первоначальную однородную структуру в ЗТВ и предотвращать появление здесь же критических напряжений и соответственно трещин. Последующие слои сваривают по той же технологии что и второй проход. Режимы сварки устанавливают в пределах: ток 200-250 А, напряжение дуги 20-25 Вт. Число проходов определяют экспериментально, не прибегая к изменению структуры в ЗТВ в зависимости от толщины стенки свариваемых деталей. Для выравнивания механических свойств сварного соединения производят термообработку сварного соединения. Закалку осуществляют при 1050±10°С; выдержку при этой температуре устанавливают 30-40 мин (после полного прогрева деталей конструкции). Охлаждают конструкцию с температуры закалки в пределах 30-40°С в минуту. При температуре 700-780°С в процессе охлаждения делают выдержку в течение 60±10 мин. Далее охлаждают конструкцию с той же скоростью.

Закалка обеспечивает создание однородного твердого раствора в сварном соединении и позволяет релаксировать напряжение.

Выдержка при температуре 700-780°С позволяет выделить из γ-твердого раствора частицы γ'-фазы в мелкодисперсном виде, провести их частичную коагуляцию, релаксировать напряжения и обеспечить требуемые механические свойства сварного соединения.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

В сварной конструкции, включающей две обечайки, с толщиной стенки 15 мм, со стороны торца в местах сварки обечаек механическим путем делают разделку, при стыковке которых разделки образуют V-образную форму, представленную на Фиг.2. Устанавливают обечайки на подкладку. Материал обечаек и подкладки - жаропрочный дисперсионно-твердеющий сплав на основе Ni-Cr (ЭП-202, ЭК-61).

Первый проход (корневой шов) варят без присадки; последующие слои с присадкой того же химического состава, что и свариваемый сплав. Защитная среда - чистый аргон. Защиту газом осуществляли также со стороны подкладки. Расход аргона в горелку составлял 13 л/мин, в подкладку - 2,5 л/мин. Диаметр присадочной проволоки из сплава ЭП-642 составлял 2,5 мм, а количество проходов составляло 8; материал проволоки - сплав на основе никель-хром. Фрагмент сварного соединения представлен на Фиг.3.

После сварки осуществляли термообработку сварного соединения при температуре 1050±10°С. Охлаждение производили в аргоне. Время выдержки при температуре 1050±10°С составляло 60 мин. Скорость охлаждения сварной конструкции не превышала 35°С в минуту. При температуре 750±10°С (в процессе охлаждения конструкции с температуры закалки) осуществляли выдержку в течение 50 мин. Затем охлаждали конструкцию с той же скоростью.

Применение способа, как показали исследования, позволило получить качественное соединение из трудносвариваемого сплава без трещин и имеющее механические свойства в соответствии с требованиями конструкторской документации на сварное соединение.

Способ автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr, включающий сварку в инертном газе с использованием присадочной проволоки, отличающийся тем, что вначале на свариваемых деталях выполняют V-образную разделку кромок, устанавливают свариваемые детали на подкладку и осуществляют многослойную сварку с использованием присадочной проволоки из сплава на основе Ni-Cr диаметром 2-2,5 мм, затем выполняют закалку сварного соединения при температуре 1050±10°С и охлаждение со скоростью 30-40°С/мин, при котором по достижении температуры 700-780°С проводят выдержку в течение 60±10 мин и осуществляют дальнейшее охлаждение с той же скоростью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сварки, а именно к технологии сварки толстостенных конструкций. Для повышения стойкости к появлениям трещин во время эксплуатации за счет улучшения механических свойств способ включает наложение циклической нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны.

Изобретение относится к высокопрочной стальной трубе с низким отношением предела текучести к пределу прочности, сваренной электрической контактной сваркой, с отношением предела текучести к пределу прочности 80% или менее и TS 655 МПа или более и способ ее изготовления.

Изобретение относится к способу снижения остаточных напряжений и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Воздействуют потоком дроби направленным на поверхность сварного соединения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой оплавлением стальной детали, в частности подшипникового кольца. При осуществлении стыковой сварки производят оплавление и осадку с получением сварного шва (24).

Изобретение относится к области термической обработки сварных рельсовых стыков и может быть использовано на железнодорожном транспорте. Устройство для обработки сварного рельсового стыка содержит установочный зажимной и центрирующий узел для захвата головки рельса.

Изобретение относится к области изготовления ротора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из двух и более деталей, изготовленных преимущественно из никелевого жаропрочного сплава с применением электронно-лучевой сварки.

Изобретение относится к области термической обработки и предназначено для термообработки сварных соединений контейнерного оборудования и узлов, работающих в условиях длительной эксплуатации под воздействием ударного нагружения и пониженных температур.

Стыковочная машина может быть использована для соединения контактной сваркой концов последовательных полос (11, 12) в установке обработки полос. Две симметрично расположенные пары зажимных губок (22, 32, 31, 21) устройства для сварки первого конца одной полосы (11) со вторым концом другой полосы (12) предназначены для удержания и позиционирования с целью соединения сваркой концов полос (11, 12).

Изобретение может быть использовано для термической обработки сварных соединений, полученных линейной сваркой трением, в частности, соединения диска и лопаток блисков.

Изобретение относится к способам термической обработки рельсов. Способ включает повторный нагрев сварной зоны рельсов в области P, расположенной на расстоянии С от центра Q сварного шва, причем 0,2Lh≤C≤3Lh, где Lh - длина зоны термического воздействия (HAZ) в сварной зоне рельса.

Изобретение относится к способу изготовлению сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей. Вначале получают тонкостенную оболочку путем резки труб из стали типа 28Х3СНМВФА на заготовки, калибровки, рекристаллизационного отжига, механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с промежуточными отжигами деформирующими роликами с треугольным профилем со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленными с различными зазорами относительно оправки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам сварки ферритных сталей, и может быть использовано в конструкциях трубопроводов, имеющих деформированное состояние.

Изобретение относится к способу сварки плавлением изделия из молибдена с изделием из железоникелевого сплава с образованием нахлесточного соединения. Предварительно на поверхности изделия из молибдена под центром образования сварочной ванны выполняют канавку.

Изобретение может быть использовано при изготовлении тонкостенных осесимметричных сварных оболочек с утолщенными кромками и приваренными к ним кольцами, работающих под высоким давлением.

Изобретение относится к способу сварки трубопроводов из высокопрочных труб. Разделывают кромки соединяющих торцов труб под сварку с соотношением суммарной ширины разделки кромок к толщине свариваемых элементов в диапазоне от 1,3 до 2,0.

Способ относится к изготовлению осесимметричных сварных оболочек, работающих под высоким давлением. Трубные заготовки обечайки изготавливают из конструкционных легированных сталей для холодного деформирования.

Изобретение относится к способу подготовки кромок листовых заготовок резанием для сварки листовых сварных заготовок и для получения из них методами холодной листовой штамповки корпусных деталей.

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.

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 изготовления из разнородных материалов высокопрочной тонкостенной сварной конструкции, работающей под давлением, состоящей из обечайки со сферическим дном и горловины.

Изобретение относится к способу и устройству сварки плавлением деталей и может быть использовано во всех отраслях промышленности при сварке плавлением по щелевой разделке деталей большой толщины.
Наверх