СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ТРУБЧАТЫХ ПЕРЕХОДНИКОВ ТИТАН - НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ
METHOD OF DIFFUSION WELDING OF TUBE TITAN-STAINLESS STEEL ADAPTORS

Изобретение относится к области сварки, а более конкретно к технологии диффузионной сварки в вакууме трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ диффузионной сварки трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь, в котором телескопически соединяют, нагревают, деформируют и выдерживают при температуре диффузионной сварки трубчатую деталь переходника из титана и расположенную снаружи нее трубчатую деталь переходника из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевые канавки (патент РФ №2205732, МПК В23К 20/14, В23K 101/06, опубл. 10.06.2003).
В известном способе на внутренней поверхности втулки из нержавеющей стали выполняют кольцевые канавки и размещают ее снаружи втулки из титанового сплава. В процессе деформации втулок во время сварки кольцевые канавки заполняются титановым сплавом.
Недостатком известного способа является то, что в некоторых переходниках в процессе сварки металл титановой втулки не всегда полностью заполняет кольцевые канавки. Это связано с технологическими ошибками при нарезке канавок, а также с недогревом внутренней детали во время сварки, из-за чего титановая втулка не достигает необходимого уровня пластичности и поэтому не происходит полное заполнение профиля канавки. В результате не обеспечивается сварка по всей контактной поверхности, что является браком.
Помимо этого недостатком известного способа является применение температурных режимов диффузионной сварки, условия которых способствуют скоротечному протеканию диффузионных процессов и, как следствие, нарастанию хрупкой интерметаллидной прослойки в соединении.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и качества сварного соединения трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь.
Технический результат, который достигается при использовании настоящего изобретения, заключается в снижении величины пластической деформации трубчатой детали переходника из титана и уменьшении количества хрупких интерметаллидных фаз в диффузионном соединении.
Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с заявленным способом диффузионной сварки трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь, при котором телескопически соединяют, нагревают, деформируют и выдерживают при температуре диффузионной сварки трубчатую деталь переходника из титана и расположенную снаружи нее трубчатую деталь переходника из нержавеющей стали, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевые канавки, перед сваркой кольцевые канавки трубчатой детали переходника из нержавеющей стали заполняют суспензией из поливинилбутирали и ультрадисперсного порошка никеля, причем содержание ультрадисперсного порошка никеля в суспензии составляет от 61 до 80%, диффузионную сварку проводят при температуре 700-764°С, время выдержки выбирают не более 1 мин, а кольцевые канавки выполняют с глубиной не более 0,5 мм
2
Экспериментальным путем было установлено, что при содержании ультрадисперсного порошка никеля в суспензии менее 61% в соединении были обнаружены недопрессовки. При значениях содержания ультрадисперсного порошка никеля, превышающих 80%, недостаточно поливинилбутирали для связывания всей массы порошка для образования суспензии. Поэтому содержание ультрадисперсного порошка никеля в суспензии должно составлять от 61 до 80%. Согласно диаграмме состояния Ni-Ti температура образования равновесной интерметаллидной фазы TiNi равняется 765°С, т.е. при температуре сварки ниже данного значения создаются условия, при которых образование интерметаллидных фаз существенно уменьшается. При этом температура диффузионной сварки должна быть не ниже 700°С (в зависимости от марки применяемого сплава титана) из-за увеличения предела текучести титановых сплавов с понижением температуры диффузионной сварки. Поэтому диффузионную сварку следует проводить в интервале температур 700-764°С. Однако следует учесть тот факт, что с увеличением времени выдержки трубчатых переходников количество хрупких интерметаллидных фаз в диффузионном соединении будет возрастать со временем. Экспериментальным путем было установлено, что для получения надежного сварного соединения время выдержки трубчатого переходника титан - нержавеющая сталь при температуре диффузионной сварки не должно превышать 1 мин. Расчетно-экспериментальным путем было также установлено, что при заданных параметрах режима диффузионной сварки глубина канавки должна составлять не более 0,5 мм, т.к. при глубине канавки более 0,5 мм металл трубчатой детали переходника из сплава титана в процессе сварки не заполняет до конца объем канавок, и в местах контакта образуются пустоты.
Пример осуществления способа.
Для выполнения диффузионной сварки трубчатой детали переходника, например из сплава титана ПТ-ЗВ, и трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, например, из аустенитной стали 08Х18Н10Т, предварительно перед сборкой трубчатых деталей переходника на внутренней поверхности трубчатой детали переходника из нержавеющей стали нарезают кольцевые канавки. Кольцевые канавки выполняют с глубиной 0,3 мм. После выполнения кольцевых канавок их заполняют суспензией, состоящей из поливинилбутирали и 61% ультрадисперсного порошка никеля. Далее осуществляют сборку деталей, состоящую из трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, которую располагают снаружи трубчатой детали переходника из титана с образованием телескопического соединения. Осуществляют индукционный нагрев сборки под сварку в сварочной камере в вакууме до температуры 760°С, в процессе которого поливинилбутираль полностью испаряется с последующей его откачкой вакуумной системой. В кольцевых канавках остается только ультрадисперсный порошок никеля. В процессе сварки трубчатую деталь переходника из титана раздают за счет запрессовки конусного дорна в сборку на заданную глубину. При раздаче трубчатой детали переходника из титана происходит деформация свариваемых поверхностей и уплотнение ультрадисперсного порошка никеля с полным сплошным заполнением им кольцевых канавок. В результате происходит объемное взаимодействие металлов с образованием металлической связи между деталями и между деталями и промежуточным слоем. Переходная диффузионная зона образуется по контактной поверхности, которая окончательно формируется в процессе выдержки при температуре 760°С в течение 41 с. После охлаждения трубчатого переходника титан - нержавеющая сталь конусный дорн выбивают.
Сваренные по данному способу переходники прошли радиографический и ультразвуковой контроль с положительным результатом. Кроме того, металлографический контроль переходников показал, что сварка произошла по всей соединяемой поверхности (кольцевые канавки были полностью заполнены).