СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКОЙ ТРУБЧАТЫХ ПЕРЕХОДНИКОВ ТИТАН - НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ
METHOD FOR MANUFACTURE BY DIFFUSION WELDING OF TUBULAR ADAPTERS TITANIUM - STAINLESS STEEL

Изобретение относится к области сварки, а более конкретно к технологии изготовления диффузионной сваркой в вакууме трубчатых переходников титан - нержавеющая сталь.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ диффузионной сварки трубчатых переходников титан-нержавеющая сталь, заключающийся в том, что 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 с глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61% до 80% (Патент РФ №2617807, МПК В23К 20/16, В23К 20/22, В23К 101/06, опубл. 26.04.2017).
Недостатком вышеуказанного способа является то, что в процессе сварки металл трубчатой детали переходника из титана сохраняет высокую твердость и происходит разрушение профиля кольцевых канавок на внутренней поверхности трубчатой детали переходника из нержавеющей стали в процессе сварочной деформации. В результате не происходит удовлетворительного механического сцепления свариваемых трубчатых деталей переходника, снижается их конструкционная прочность.
Помимо этого недостатка при применении известного способа распределение суспензии из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля происходит неравномерно по поверхностям свариваемых деталей и, как следствие, размер диффузионной зоны и механические свойства дифференциальны на различных участках сварного соединения.
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 повышении качества механического сцепления свариваемых деталей трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь.
Указанный технический результат достигается благодаря использованию способа изготовления диффузионной сваркой трубчатых переходников титан-нержавеющая сталь, заключающегося в том, что 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 с глубиной не более 0,5 мм, которые перед сваркой заполняют суспензией из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, с содержанием ультрадисперсного порошка никеля от 61% до 80%, диффузионную сварку проводят в два этапа, на первом этапе диффузионную сварку проводят при температуре 950-975°С, а на заключительном - при температуре 765-815°С, при этом интервал между этапами выбирают равными от 300 до 600 секунд, а время выдержки на заключительном этапе -в диапазоне 61-158 секунд.
Экспериментальным путем было установлено, что для снижения твердости трубчатой детали переходника из титана необходимо диффузионную сварку необходимо проводить в два этапа. Каждый этап подразумевает пластическую деформацию свариваемых деталей переходника путем приложения сварочного давления. Сварка в два этапа необходима для устранения технологических зазоров между свариваемыми деталями переходника и деталями оснастки, а также для заполнения профиля кольцевых канавок металлом трубчатой детали переходника из титана.
На первом этапе следует поднять температуру сварки до 950°С, но при этом следует учесть, что для того, чтобы избежать образование эвтектики между нержавеющей сталью и титановым сплавом при длительном контакте в местах соприкосновения плоских площадок профиля кольцевых канавок и внутренней детали переходника из титана температура сварки не должна превышать 975°С, т.е. диффузионную сварку на первом этапе следует проводить в интервале температур 950-975°С.
На заключительном этапе диффузионную сварку надо проводить в интервале температур от 765 до 815°С, при которых происходит сближение атомов соединяемых материалов на расстояние образования межатомных связей и возникает физическое взаимодействие. Что касается граничных значений температур указанного диапазона, то они обусловлены тем, что при температуре выше 815°С будет образовываться эвтектика между титаном и никелем, а для сохранения высокой пластичности внутренней детали переходника из титана температура диффузионной сварки не должна опускаться ниже 765°С.
Интервалы времени от 300 до 600 секунд между этапами установлены экспериментальным путем.
2
Для получения качественного надежного сварного соединения трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь время выдержки на заключительном этапе должно составлять 61-158 секунд, т.к., как это было установлено экспериментальным путем, за это время обеспечивается полнота протекания диффузионных процессов и не происходит образования равновесной интерметаллидной фазы TiNi, охрупчивающей соединение. 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 с глубиной 0,3 мм, которые затем заполняют суспензией, состоящей из поливинилбутираля и ультрадисперсного порошка никеля, масса которого в суспензии равна 75%. Далее осуществляют сборку деталей, состоящую из трубчатой детали переходника из нержавеющей стали, которую располагают снаружи трубчатой детали переходника из титана с образованием телескопического соединения. Диффузионную сварку проводят в 2 этапа. На первом этапе осуществляют индукционный нагрев сборки под сварку в сварочной камере в вакууме до температуры 965°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. Затем с интервалом 400 секунд температуру сварки снижают до 790°С и проводят второй - заключительный этап сварки - путем окончательной запрессовки дорна. 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 на заключительном этапе при температуре 790°С в течение 120 секунд. После охлаждения трубчатого переходника титан-нержавеющая сталь конусный дорн выбивают.
Сваренные по данному способу переходники прошли радиографический, ультразвуковой контроль и испытания на герметичность с положительным результатом. Кроме того, металлографический контроль переходников показал, что помимо сварки произошло и механическое сцепление деталей по всей соединяемой поверхности.