Способ изготовления сварно-паяной конструкции

 

Способ изготовления сварно-паяных конструкций может найти применение в ракетостроении при изготовлении жидкостных ракетных двигателей. При изготовлении конструкции применяют автоматическую дуговую сварку плавящимся, неплавящимся электродом, с присадкой и без, в среде защитных газов гелия или аргона, или их сочетания, ручную сварку, электронно-лучевую и пайку, которые применены в различных сочетаниях для соединения входящих в статор узлов. Способ позволяет предотвратить образование трещин, поскольку детали статора изготовлены из сталей с большим объемом полиморфного превращения, медных сплавов, которые требуют определенных условий для сварки. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области сварки, в частности к способам изготовления сварно-паяных конструкций, и может найти применение при изготовлении различных блоков ракетных двигателей.

Одним из важнейших блоков жидкостного ракетного двигателя является сварно-паяный блок генераторов, в состав которого входит статор, состоящий из множества сварных и паяных узлов, изготовленных из высококачественной мартенситностареющей стали ВНС 25 и медных сплавов и жаропрочных сталей и сплавов. Для соединения деталей статора блока генераторов применяются различные виды пайки и сварки.

Задача изобретения - разработка такой технологии сборки и соединения деталей, которая позволяет получить статор с высокой прочностью и герметичностью сварных швов, поскольку материалы, из которых изготовлен статор, относится к группе металлов с большим объемным эффектом полиморфного превращения, что при сварке или пайке может быть причиной возникновения трещин в шве и околошовной зоне.

Цель изобретения - получение сварно-паяных конструкций с высокими прочностными характеристиками.

Для этого был разработан способ изготовления сварно-паяных конструкции статора блока генератора, состоящего из корпуса, коллектора подвода, соплового аппарата, проставки, крышки и втулки, который характеризуется тем, что корпус статора, состоящего из наружной и внутренней стенок, изготавливают сварно-паяным, при этом сначала варят наружную стенку, для чего сферу статора сваривают с двумя патрубками, проводят расточку внутреннего диаметра, сваривают с крышкой корпуса, выполняют механическую обработку, приваривают угловыми швами к сфере и патрубками несущей элемент, который затем стыковым швом соединяют с крышкой корпуса статора, после чего крышку корпуса соединяют с другим несущим элементом, в котором установлено серебряное кольцо, для чего часть стыка со стороны серебряного кольца приваривают электронно-лучевой сваркой без присадки, механически обрабатывают с противоположной стороны, выполняя разделку под сварку, и заваривают ее автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия, после чего полученную наружную стенку механически обрабатывают, собирают с внутренней стенкой под пайку и соединяют с ней сначала автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с боковой подачей присадочной проволоки, а затем пайкой при 1015^oC и с выдержкой в течение 5 - 7 мин, и предварительным нанесением на внутреннюю стенку никелевого покрытия; полученный корпус статора соединяют с проставкой сваркой, предварительно собрав с ней на прихватках, причем внутреннюю стенку корпус сваривают с проставкой стыковым швом автоматической аргонодуговой сваркой в один проход с продувкой внутренней полости аргоном, а наружную стенку сваривают с ней многопроходной сваркой; затем корпус статора собирают на прихватках с сопловым аппаратом и сваривают многопроходной сваркой, причем при выполнении первых двух проходов осуществляют поддув с внутренней стороны шва аргоном; сопловой аппарат соединяют с проставкой, осуществляя сборку стыка на прихватках с предварительной продувкой внутренней полости гелием и многопроходную сварку, при этом первый проход выполняют автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся с продувкой внутренней полости гелием, второй проход - автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия с продувкой внутренней полости аргоном и последующие проходы - автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия; втулку соединяют с проставкой, предварительно собрав на прихватках, многопроходной сваркой и соединяют ее с корпусом статора через промежуточный элемент, который сваривают с втулкой и с корпусом, предварительно собрав с ними на прихватках, многопроходной сваркой; коллектор подвода соединяют с корпусом статора многопроходной сваркой, предварительно собрав стык на прихватках, выполняя первый проход автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочной проволокой и продувкой внутренней полости аргоном, а второй проход - ручной аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой, и соединяют его с сопловым аппаратом многопроходной сваркой, выполняя первый проход автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргона, второй проход - автоматической аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой и последующие проходы - автоматической аргонодуговой сваркой с вибрацией присадочной проволоки; крышку статора соединяют с корпусом, предварительно собрав на прихватках, многопроходной дуговой автоматической сваркой плавящимся электродом в среде гелия с продувкой аргоном внутренней полости при выполнении первого прохода.

При сборке корпуса статора с проставкой, соплового аппарата с проставкой, втулки с корпусом статора, промежуточного элемента с корпусом, коллектора подвода и крышки статора с корпусом прихватки выполняют ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргоном.

При сборке втулки с проставкой и корпуса с сопловым аппаратом прихватки выполняют ручной аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой и продувкой внутренней полости аргоном.

Сферу с двумя патрубками и с крышкой, а также корпус с сопловым аппаратом варят автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия.

Несущий элемент приваривают к сфере и патрубками и крышке корпуса статора ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

Наружную стенку с проставкой, промежуточный элемент с корпусом, втулку с проставкой и корпусом статора сваривают, выполняя первый проход ручной аргонодуговой сваркой присадочной проволокой с продувкой внутренней полости аргоном и последующие проходы - автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия.

Технология способа согласно изобретению была применена при изготовлении статора блока генераторов.

На фиг. 1 представлена сварно-паяная конструкция статора, разрез; на фиг. 2 - 11 представлены виды разделок кромок, применяющихся при изготовлении статора.

Статор состоит из коллектора подвода 1, корпуса 2, соплового аппарата 3, проставки 4, крышки 5 и втулки 6.

Корпус статора представляет собой сварно-паяную сборочную единицу, состоит из наружной стенки (рубашки) и внутренней стенки. Материалы ВНС 25 + ЭИ 435.

Наружная рубашка представляет собой сварную сборочную единицу, в которой выполняются швы: NN 17, 18, 25, 22, 23, 24.

Швом N 18 сваривалась сфера 7 статора с двумя патрубками 8 автоматической сваркой плавящимся электродом в защитной среде. Защитная среда - гелий. Свариваемая пара ВНС 25 + ВНС 25. Присадочные проволоки: ЭП 647 и ЭП 659. Корень шва (1-ый проход) выполнялся присадочной проволокой ЭП 647. Последующие проходы (полное заполнение разделки) выполнялись присадочной проволокой ЭП 659. Формирование и разделка сварочных кромок представлены на фиг. 2. После сварки производилась механическая расточка внутреннего диаметра.

Швом N 17 сваривалась сфера 7 с крышкой 5 автоматической сваркой плавящимся электродом в защитной среде. Защитная среда - гелий. Свариваемая пара ВНС 25 + ВНС 25. Присадочные проволоки: ЭП 647 и ЭП 659. Корень шва (1-ый проход) выполнялся присадочной проволокой ЭП 647. Последующие проходы (полное заполнение разделки) выполнялись присадочной проволокой ЭП 659. Формирование и разделка под сварку представлены на фиг. 3. После производилась механическая обработка для выполнения швов NN 22, 23 и 24.

К сфере 7 и патрубкам 8 приваривали несущий элемент 9 швами N 22 и 23, которые выполняли ручной сваркой неплавящимся электродом в защитном газе - аргоне. Присадочная проволока - ЭП 647. Формирование и разделка сварочных кромок представлены на фиг. 4. Свариваемая пара ВНС 25 + ВНС 25.

Затем несущий элемент 9 приваривали к корпусу 3 статора швом N 24 ручной сваркой неплавящимся электродом в защитном газе - аргоне. Присадочная проволока ЭП 647. Формирование и разделка сварочных кромок представлена на фиг. 5. Свариваемая пара - ВНС 25 ± ВНС 25.

Швом N 25 приваривали корпус 2 статора к другому несущему элементу 10, в котором запрессовано серебряное кольцо. Выполняли комбинированную автоматическую сварку. Половину свариваемой толщины выполняли электронно-лучевой сваркой с последующей механической обработкой под сварку, автоматическую плавящимся электродом, в среде защитного газа - гелия. Электронно-лучевая сварка выполнялась без присадочной проволоки. Автоматическая сварка плавящимся электродом выполнялась присадочной проволокой ЭП 367. Свариваемая пара ЭИ 435 + ВНС 25. Формирование и разделка сварочных кромок представлена на фиг. 6.

Далее рубашка проходила механическую обработку под сборку с внутренней стенкой из сплава ЭИ 435 под пайку; температура пайки 1015^oC, выдержка 5 - 7 мин, припой ПМ17, предварительно на внутреннюю стенку из БрХО8 наносили покрытие из сплавов никеля. Перед пайкой рубашку сваривали со стенкой швом N 19. Шов выполнялся автоматической сваркой неплавящимся электродом с боковой подачей присадочной проволоки ЭП 367 в защитной среде. Защитная среда - аргон. Во время сварки производилась продувка внутренней полости аргоном. Формирование и разделка сварочных кромок представлена на фиг. 7. Свариваемая пара ЭИ 435 + ВНС 25.

На поверхность корпуса 2 статора в местах соединения с несущим элементом 10 и с втулкой и крышкой проводили наплавку, которую выполняли автоматическим способом плавящимся электродом ЭП 367 в защитной среде. Защитная среда - гелий.

Проставку 4 и корпус 2 статора сваривали швом N 6 (фиг. 8). Свариваемый материал: ЭИ 435 + ЭП 202. Сборка выполнялась на прихватках ручной аргонодуговой сваркой без присадки с продувкой внутренней полости аргона. Сварку выполняли автоматическую аргонодуговую без присадочной проволоки в I проход с продувкой внутренней полости аргоном. Затем выполняли контроль сварного шва: цветная дефектоскопия; испытание на прочность и герметичность.

Наружную стенку корпуса 2 сваривали с проставкой 4 швом N 5 (фиг. 9). Свариваемые материалы ВНС 25 + ЭП 202. Сборка велась на прихватках ручной аргонодуговой сваркой с продувкой аргоном. Присадочная проволока ЭП 367. Сварку выполняли многопроходную: ручная аргонодуговая сварка с поддувом обратной стороны шва аргоном I прохода, присадочная проволока ЭП 367, и автоматическая сварка плавящимся электродом в гелии II-го и III-го проходов, присадочная проволока ЭП 367. Затем выполняли контроль сварного шва; цветная дефектоскопия, гаммаграфирование, испытание на прочность и герметичность.

Сопловой аппарат 3 сваривали с корпусом 2 швом N 1 (фиг. 10). Свариваемые материалы ВНС 25 + ЭП 202. Сборку вели на прихватках ручной аргонодуговой сваркой с поддувом внутренней стороны шва аргоном. Присадочная проволока ЭП 642. Автоматическую сварку выполняли плавящимся электродом в среде гелия за 5 проходов. Присадочная проволока ЭП 642. При выполнении первых двух проходов осуществляли поддув внутренней стороны шва аргоном. Контроль сварного шва; рентгеноконтроль, цветная дефектоскопия после проточки шва.

Сопловой аппарат 3 сваривали с проставкой 4 швом N 3 (фиг. 11), свариваемые материалы; ЭП 202 + ЭП 202. Сборка сварного стыка велась на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой без присадочной проволоки. Перед началом сварки проводили продувку внутренней полости гелием не менее 10 мин. Сварку выполняли многопроходную; автоматическая сварка неплавящимся электродом в аргоне без присадки с продувкой внутренней полости гелием I-го прохода; автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия с продувкой внутренней полости аргоном II-го прохода, присадочная проволока - ЭП 642; автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия III-го, IV-го и V-го проходов, присадочная проволока - ЭП 642. Контроль сварного шва: рентгеноконтроль, цветная дефектоскопия с двух сторон.

Втулка 6 с проставкой 4 сваривали швом N 20 (фиг. 9), свариваемые материалы: ЭП 202 + ЭП 202. Сборка велась на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой, присадочная проволока - ЭП 642. Поддув обратной стороны шва. Сварку выполняли многопроходную: ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргоном, присадочная проволока - ЭП 642, I-го прохода; автоматическая сварка плавящимся электродом в гелии II-го и III-го проходов, присадочная проволока - ЭП 642. Контроль сварного шва; гаммаграфирование, цветная дефектоскопия.

Коллектор подвода 1 приваривали к статору 2 швом N 2a и сопловому аппарату 3 швом N 2 (фиг. 11). Свариваемые материалы: ВНС 25 + ВНС 25. Сборка сварного стыка велась на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой без присадочной проволоки с продувкой внутренней полости аргоном. Сваркой шва N 2a выполнялась многопроходная: автоматическая сварка I-го прохода неплавящимся электродом в среде аргона с присадочной проволокой ЭП 659 с продувкой внутренней полости аргоном; ручная аргонодуговая сварка II-го прохода с присадочной проволокой ЭП 659. Сварка шва N 2, материалы: ЭП 202 + ВНС 25, осуществлялась следующим образом; автоматическая аргонодуговая сварка I-го прохода неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргоном без присадочной проволоки; автоматическая аргонодуговая сварка с присадочной проволокой ЭП 642; автоматическая аргонодуговая сварка с присадочной проволокой ЭП 642 с применением вибратора. Затем выполняли контроль сварного шва: осмотр проплавов, цветная дефектоскопия.

Приварку втулки 6 к корпусу 2 выполняли через промежуточный элемент 11 швами N 7 и 4. Шов N 7 выполняли следующим образом: материалы ЭП 915 + ВНС 25; сборка на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой без присадочной проволоки с продувкой внутренней полости аргоном; сварка многопроходная: ручная аргонодуговая сварка I-го прохода с присадочной проволокой ЭП 367 с продувкой внутренней полости аргоном; автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия II-го и последующих проходов до полного заполнения разделки, присадочная проволока - ЭП 367. Контроль сварного шва: цветная дефектоскопия. Шов N 4 (фиг. 5) выполняли следующим образом: материалы ЭП 915 + ЭП 202; сборка на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой без присадочной проволоки с продувкой внутренней полости аргоном; сварка многопроходная; ручная аргонодуговая сварка I-го прохода с продувкой внутренней полости аргона, присадочная проволока - ЭП 642; автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия II-го и последующих проходов до полного заполнения разделки, присадочная проволока - ЭП 642. Контроль сварных швов: цветная дефектоскопия.

Крышку 5 к статору 2 приваривали швами N 8 и 9, материалы: ВНС 25 + ЭП 202. Сборка велась на прихватках, выполненных ручной аргонодуговой сваркой без присадочной проволоки с продувкой внутренней полости аргоном. Сварка выполнялась многопроходная: автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия с продувкой внутренней полости аргоном I-го прохода, присадочная проволока - ЭП 367, и далее автоматическая сварка плавящимся электродом в среде гелия, присадочная проволока - ЭП 367. Контроль сварных швов: внешний осмотр эндоскопом, цветная дефектоскопия.

Полученная сварно-паяная конструкция статора отвечала всем техническим требованиям, трещины в сварных швах отсутствовали.

Источники информации: 1. Справочник по сварке под ред. И.А.Акулова, том 4, М.: Машиностроение, 1971, с. 7, 8, 46 - 84, 107.

2. Горев И. И. Основы производства жидкостных ракетных двигателей. М.: Машиностроение, 1969, с. 3 - 9.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварно-паяной конструкции статора блока генераторов, состоящего из корпуса, коллектора подвода, соплового аппарата, проставки, крышки и втулки, характеризующийся тем, что корпус статора, состоящий из наружной и внутренней стенок, изготавливают сварно-паяным, при этом наружную стенку сваривают из сферы, двух патрубков, крышки и несущих элементов, причем сферу статора сваривают с двумя патрубками, проводят расточку внутреннего диаметра, сваривают с крышкой корпуса, выполняют механическую обработку, приваривают угловыми швами к сфере и патрубкам несущий элемент, который затем стыковым швом соединяют с крышкой корпуса статора, после чего крышку корпуса соединяют с другим несущим элементом, в котором запрессовано серебряное кольцо, для чего часть стыка со стороны серебряного кольца проваривают электронно-лучевой сваркой без присадки, механически обрабатывают с противоположной стороны, выполняя разделку под сварку и заваривают ее автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в гелиевой среде, после чего полученную наружную стенку механически обрабатывают, собирают с внутренней стенкой под пайку и соединяют с ней сначала автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с боковой подачей присадочной проволоки, а затем пайкой при 1015^oС и с выдержкой в течение 5 - 7 мин с предварительным нанесением на внутреннюю стенку никелевого покрытия, полученный корпус статора соединяют с проставкой сваркой, предварительно собрав с ней на прихватках, причем внутреннюю стенку корпуса сваривают с проставкой стыковым швом автоматической аргонодуговой сваркой в один проход с продувкой внутренней полости аргоном, а наружную стенку сваривают с ней многопроходной сваркой, затем корпус статора собирают на прихватках с сопловым аппаратом и сваривают многопроходной сваркой, причем при выполнении первых двух проходов осуществляют поддув с внутренней стороны шва аргоном, сопловый аппарат соединяют с проставкой, осуществляя сборку стыка на прихватках с предварительной продувкой внутренней полости гелием и многопроходную сварку, при этом первый проход выполняют автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости гелием, второй проход - автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия с продувкой внутренней полости аргоном и последующие проходы - автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия, втулку соединяют с проставкой, предварительно собранных на прихватках, многопроходной сваркой и соединяют ее с корпусом статора через промежуточный элемент, который сваривают с втулкой и с корпусом многопроходной сваркой, предварительно собрав с ними на прихватках, коллектор подвода соединяют с корпусом статора многопроходной сваркой, предварительно собрав стык на прихватках, выполняя первый проход автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочной проволокой и продувкой внутренней полости аргоном, а второй проход - ручной аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой и соединяют его с сопловым аппаратом многопроходной сваркой, выполняя первый проход автоматической аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргоном, второй проход - автоматической аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой и последующие проходы - автоматической аргонодуговой сваркой с вибрацией сварочной горелки, крышку статора соединяют с корпусом, предварительно собрав на прихватках, многопроходной дуговой автоматической сваркой плавящимся электродом в среде гелия с продувкой аргоном внутренней полости при выполнении первого прохода.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сборке корпуса статора с проставкой, соплового аппарата с проставкой, втулки с корпусом статора, промежуточного элемента с корпусом, коллектора подвода с корпусом и крышки статора с корпусом прихватки выполняют ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом с продувкой внутренней полости аргоном.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сборке втулки с проставкой и корпуса с сопловым аппаратом прихватки выполняют ручной аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой и продувкой внутренней полости аргоном.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сферу с двумя патрубками и с крышкой, а также корпус с сопловым аппаратом варят автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что несущий элемент приваривают к сфере, патрубкам и крышке корпуса статора ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что наружную стенку с проставкой, промежуточный элемент с корпусом, втулку с проставкой и с корпусом статора сваривают, выполняя первый проход ручной аргонодуговой сваркой присадочной проволокой с продувкой внутренней полости аргоном, и последующие проходы автоматической дуговой сваркой плавящимся электродом в среде гелия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.11.2010

Извещение опубликовано: 20.11.2010        БИ: 32/2010

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.04.2011

Дата публикации: 10.02.2012

---