Способ диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов

Изобретение относится к сварке, а именно к диффузионной сварке слоистых конструкций из титановых сплавов, преимущественно криволинейного профиля, и может быть использовано, например, при изготовлении теплообменников энергетических силовых установок. В процессе диффузионной сварки наружную поверхность свариваемых деталей азотируют с получением нитридного слоя не более 1 мкм, создавая при этом сварочное давление активной средой, состоящей из смеси 1 мас.% азота и 99 мас.% аргона. Это позволяет в процессе диффузионной сварки предотвратить образование хрупких нитридных слоев на наружной поверхности конструкции.

 

Изобретение относится к сварке, а именно к диффузионной сварке слоистых конструкций из титановых сплавов, преимущественно криволинейного профиля, и может быть использовано, например, при изготовлении теплообменников энергетических силовых установок.

Известен способ диффузионной сварки слоистых конструкций, при котором сварочное давление создают активной средой в виде смеси 60% азота и 40% аргона, взаимодействующей с наружной поверхностью свариваемых деталей и упрочняющей ее путем азотирования с получением нитридного слоя (описание SU 679359, МКИ2 В28К 19/00, 18.08.1979).

В известном способе реализуется комбинированная высокотемпературная обработка, при которой имеет место сочетание азотирования и диффузионного соединения деталей конструкции. При этом азот выполняет функцию не только активной газовой среды, упрочняющей металл, повышая сопротивление высокотемпературной деформации титана, но и среды, обеспечивающей создание давления на поверхности соединяемых деталей для их сближения.

Благодаря высокому содержанию в активной среде N2 при температурах диффузионной сварки процесс взаимодействия титана с газообразным азотом сопровождается формированием на наружной поверхности свариваемых деталей не контролируемого по толщине азотированного слоя, внешняя часть которого представляет собой нитридный слой, характеризуемый высокой хрупкостью и склонностью к выкрашиванию. Наличие нитридного слоя приводит к зарождению усталостных трещин на наружной поверхности получаемых конструкций и снижает их циклическую прочность.

Восстановить пластичность и повысить долговечность титановых конструкций, содержащих на своей поверхности нитридные «охрупченные» слои, возможно путем длительного отжига в вакууме или инертной среде. Проведение восстановительного отжига усложняет технологический процесс изготовления конструкций, снижая производительность и повышая энергоемкость производства.

Задача изобретения - упрощение технологического процесса изготовления диффузионной сваркой слоистых сварных конструкций из титановых сплавов.

Технический результат от использования изобретения - предотвращение образования хрупких нитридных зон на наружной поверхности конструкции.

Технический результат достигается тем, что в способе диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов, при котором наружную поверхность свариваемых деталей азотируют, создавая сварочное давление активной средой, состоящей из смеси азота с аргоном, азотирование осуществляют с получением нитридного слоя толщиной не более 1 мкм, используя при этом смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

азот - 1

аргон - остальное.

Нитридный слой толщиной не более 1 мкм представляет собой сплошную пленку нитрида титана, которая не только эффективно препятствует развитию деформации и прогибу на неподкрепленных участках соединяемых тонкостенных деталей при сварочном давлении, но улучшает ресурсные характеристики изготавливаемых конструкций.

Нитридный слой толщиной более 1 мкм содержит хрупкие нитридные зоны, устранение которых требует проведения дополнительной операции восстановительного отжига.

Создание сварочного давления смесью активной газовой среды с содержанием азота 1%, обеспечивает проведение процесса азотирования титановых сплавов в режиме диффузионной сварки при оптимальном парциальном давлении N2, исключающем критическое газонасыщение азотом поверхностного слоя деталей, при котором металл становится хрупким.

Содержание азота в активной газовой смеси, меньшее 1%, не позволяет формировать сплошной нитридный слой на наружной поверхности свариваемых деталей, а большее приводит к формированию хрупких нитридных слоев.

Для осуществления способа перед сваркой проводят традиционные подготовительные операции, в т.ч. сборку, герметизацию и вакуумирование зоны соединения свариваемых деталей. Процесс диффузионного соединения ведут в активной среде, состоящей из смеси 1% азота и остальное аргона. Сварочные режимы выбирают из условия формирования на наружной поверхности свариваемых деталей нитридного слоя толщиной не более 1 мкм в виде сплошной пленки нитрида титана, при этом величину сварочного давления регулируют подачей газовой смеси, поддерживая в смеси выбранное соотношение азота и аргона 1:99 соответственно. Например, при изготовлении теплообменника из листового титанового сплава ОТ-4 путем совместной штамповки сварных заготовок, включающих внешнюю оболочку толщиной 0,8 мм и внутреннюю толщиной 3 мм с ребрами каналов для охлаждающей жидкости, полученных фрезерованием с шагом 5 мм при толщине ребра 1 мм, процесс диффузионной сварки ведут по режиму: нагрев до температуры сварки Т=940-950°С, сварочное давление создают активной газовой смесью, состоящей из 1 мас.% азота и 99 мас.% аргона при давлении до Р=0,4-0,5 МПа. Завершают процесс после изотермической выдержки, необходимой для образования сварного соединения. В течение 20-60 минут выдержки на наружной поверхности обшивок образуется более пластичная сплошная нитридная пленка толщиной 0,85-0,96 мкм.

Способ диффузионной сварки тонкостенных слоистых конструкций из титановых сплавов, при котором наружную поверхность свариваемых деталей азотируют, создавая сварочное давление активной средой, состоящей из смеси азота с аргоном, отличающийся тем, что азотирование осуществляют с получением нитридного слоя не более 1 мкм, при этом используют смесь со следующим соотношением компонентов, мас.%:

азот 1
аргон 99



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для химико-термической обработки сталей и сплавов в газовых средах с использованием автоматического управления. .

Изобретение относится к способам изготовления деталей с упрочненной рабочей поверхностью, в частности к способу получения многослойного покрытия на стальной или чугунной поверхности.

Изобретение относится к области поверхностного упрочнения путем азотирования деталей и может быть использовано при изготовлении широкой номенклатуры деталей и инструмента.
Изобретение относится к порошковой металлургии и способам газовой низкотемпературной химико-термической обработки, в частности к способам азотирования металлических материалов на основе железа.

Изобретение относится к порошковой металлургии и способам газовой низкотемпературной химико-термической обработки, в частности к способам азотирования металлических материалов на основе железа.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для газового азотирования в кипящем слое катализатора для низкотемпературной и высокотемпературной упрочняющей обработки поверхностей сталей и сплавов.

Изобретение относится к металлургии, а именно термической обработке высокохромистых сталей при изготовлении инструментов и деталей машин. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам азотирования, и может быть использовано для получения высокопрочных и износостойких покрытий на изделиях из тугоплавких металлов и их сплавов.

Изобретение относится к области металлургии сталей, а именно к способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей из жаропрочных сплавов, работающих под нагрузкой при температурах до 1100oC.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления оружия (клинков, сабель, ножей и т.д.), а также для изготовления инструмента для обработки различных материалов (кожи, пластмассы, древесины).

Изобретение относится к области диффузионной сварки, а именно к сварке труб из разнородных материалов, обладающих различной пластичностью при температуре сварки. .
Изобретение относится к сварке, а именно диффузионной сварке тонкостенных слоистых конструкций сложного криволинейного профиля, состоящих из наружной и внутренней обшивок, собранных коаксиально.
Изобретение относится к области получения трубчатых соединений из разнородных металлов и сплавов и может быть использовано, в частности, при изготовлении переходников "нержавеющая сталь - циркониевый сплав" для технологических каналов энергетических реакторов.

Изобретение относится к диффузионной сварке в вакууме коротких труб из разнородных материалов методом роликовой раскатки охватываемой трубы при температуре диффузионной сварки.

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при изготовлении элементов конструкций из материалов, обладающих высокими пластическими свойствами в зоне температур рекристаллизации, и, в частности, при изготовлении элементов каркаса тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, изготавливаемых из сплавов циркония.

Изобретение относится к сварочной технике, а именно к вакуумным установкам для диффузионной сварки коротких трубчатых переходников цирконий-сталь, в которых втулка из циркония является охватываемой.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления плоских многослойных заготовок и листов из разнородных титановых сплавов широкого размерного сортамента по толщине и соотношению толщин слоев.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению оснастки оборудования для неразрушающего контроля диффузионной сваркой, и может быть использовано для получения титановых образцов с искусственными дефектами, преимущественно плоскодонных отражателей для ультразвука с широким диапазоном диаметров плоского дна отверстия - имитатора дефекта.

Изобретение относится к диффузионной сварке, в частности к оснастке для ее осуществления, и может быть использовано в авиационной и других отраслях промышленности.
Наверх