СБОРКА ДЛЯ СВАРНО-ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ТОНКОЛИСТОВОЙ КОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области сварки, предназначено для сварки крупногабаритных конструкций из молибдена и его сплавов и может быть использовано, например, при сварко-пайке обечаек экранов муфелей высокотемпературных (до 1700°С) газостатических установок, где длина обечаек порядка 1500 мм.
Известна тонколистовая конструкция из молибдена и его сплавов для сварки крупногабаритных конструкций, включающая отформованные листы с отбортованными кромками, предназначенными для сварки между собой (см. напр. SU 248108 A1, B23K 9/16, 10.08.1969).
Недостатками известной конструкции являются причины, возникающие при изготовлении тонколистовых конструкций из молибдена и его сплавов в процессе сварки. Полное проплавление на всю высоту стыка не только не устраняет, но наоборот, по всей его высоте способствует образованию закалочных структур. Нерасплавленная часть отбортовки из-за ее малой толщины незначительно увеличивает жесткость конструкции. Полное проплавление кромок по их высоте не только не устраняет, но наоборот способствует образованию закалочных структур на всю высоту стыка. Высокие скорости сварки, порядка 0,017 м/с, в значительной степени увеличивают остаточные сварочные напряжения. Такое сварное соединение сохраняет устойчивость только в статических условиях и не может работать при действии динамических нагрузок (изгиб, растяжение, вибрация и испытания на циклическую усталость (малоцикловая устойчивость)). В диапазоне изменения усилий 0,1…0,7 кН, показали, что разрушение соединений происходит при первом цикле нагружения.
Поставленные задачи решаются тем, что в предложенной тонколистовой конструкции из молибдена и его сплавов для сварки крупногабаритных конструкций, включающей отформованные листы с отбортованными кромками, предназначенными для сварки между собой, кромки отбортованы на листах параллельно друг другу и между кромками установлена Т-образная медная вставка, при этом при толщине листа b отбортованные кромки выполнены высотой 4,0-5,0 b, высота Т-образной ножки медной вставки, расположенной между отбортованными кромками, составляет 1,0-2,5 b, а ее толщина 0,4-0,5 Ь.
Поскольку кромки отбортованы на листах параллельно друг другу и между кромками установлена Т-образная медная вставка, при этом при толщине листа b отбортованные кромки выполнены высотой 4,0-5,0 b, высота Т-образной ножки медной вставки, расположенной между отбортованными кромками составляет 1,0-2,5 b, а ее толщина 0,4-0,5 b, обеспечивается упрощение отбортовки кромок, повышение жесткости конструкции, отсутствие образования закалочных структур на всю высоту стыка, уменьшение остаточных сварочных напряжений, повышение устойчивости в статических условиях и возможность работы под действием динамических нагрузок, снижение хрупкости и повышение пластичности сварно-паяных соединений.
На графическом материале изображена тонколистовая конструкция из молибдена и его сплавов для сварки крупногабаритных конструкций, общий вид.
Конструкция, собранная для последующей сварки и пайки, включает в себя отформованные листы 1 и 2 с соответствующими отбортованными кромками 3 и 4. Между кромками 3 и 4 установлена Т-образной медная вставка 5. При толщине b листов 1 и 2 высота отбортованных кромок 3 и 4 составляет 4…5 b, а высота ножки Т-образной медной вставки 5, которая расположена между кромками 3 и 4, равна 2,5 b. Зазор между отбортованными кромками 3 и 4 находится в диапазоне 0,4…0,5 b.
Тонколистовая конструкция из молибдена и его сплавов для сварки крупногабаритных конструкций собирается и сваривается следующим образом.
Листы 1 и 2 тонколистовой заготовки изгибают под заданным радиусом и производят отбортовку кромок 3 и 4 без отклонения кромок от вертикальной оси, т.е. параллельно друг другу. Между двумя отбортованными кромками 3 и 4 отформованных листов 1 и 2 укладывают Т-образную медную вставку 5 заданной толщины для образования зазора между отбортованными кромками 3 и 4. Сварку проводят с неполным проплавом по высоте отбортованных кромок 3 и 4. Затем непроваренная часть кромок 3 и 4 посредством повторного нагрева пропаивается посредством уложенной между кромками Т-образной медной вставкой 5.
Процесс образования соединения ведется за два прохода: первый - сварка; второй - пропайка.
Режимы сварки выбираются такими, чтобы было частичное оплавление кромок 3 и 4 (1,2…1,5) b. Так для толщины b=1,5 мм соответствует следующий режим:
U, кВ
I, мА
V, м/с
d, мм
22
100…120
0,00035
2…3
,где U - ускоряющее напряжение; I - ток сварки; V - скорость сварки,; d - диаметр электронного луча.
Частичное оплавление кромок 3 и 4 значительно уменьшает область закалочных структур, увеличивает жесткость конструкции, снижает остаточные сварочные напряжения. Снижение остаточных напряжений происходит также в связи с малыми скоростями сварки.
После сварки производится пропайка медью оставшейся нерасплавленной части отбортовки с заполнением свободного пространства между медной вставкой 5 и оплавленной частью отбортованных кромок 3 и 4. Оптимальные условия пайки достигаются при температуре 1300…1350°C с выдержкой по времени 10...30 с.Для обеспечения этих условий методом математического планирования эксперимента определены режимы электроннолучевой пайки для толщины b=1,5 мм.
U, кВ
I, мА
V, м/с
d, мм
22
60…64
0,003
2
2
Пропайка сваренного соединения медью блокирует - упрочняет металл шва и рекристаллизованную зону термического влияния. При этом нагрев при пайке снижает остаточные сварочные напряжения и производит термообработку шва и зоны термического влияния, очищая границы зерен, переводя грубые выделения второй фазы в более мелкие и пластичные выделения, при этом выпадает карбид (Mo, Ta, Fe) который более пластичен, чем карбид MoC. Карбид (Mo, Ta, Fe) не смачивает границы зерен, поэтому выпадает в глобулярной форме. Все это значительно снижает хрупкость и повышает пластичность сварно-паяных соединений.
Высокотемпературные испытания сварно-паяных соединений показали, что до температур 500°C разрушение происходит по молибдену, а при более высоких - по месту спая, что свидетельствует о сохранении прочности конструкции до температур значительно превышающих температуру хрупкого перехода молибденовых сплавов. Испытания на циклическую долговечность (малоцикловая усталость) проводили на резонансной машине РМ-700 с диапазоном изменения усилий 0,1…7,0 кН. Установлено, что циклическая долговечность образцов в диапазоне 0,8…3,2 кН составила 234 тыс. циклов, а в диапазоне 1,5…4,2 кН - 221 тыс. циклов, что свидетельствует о возможности работы конструкции при вибрационных нагрузках.
По разработанной технологии были изготовлены муфеля из высокоуглеродистого сплава молибдена ТСМ-7С, которые проходили различные технологические переделы (рихтовку, правку и калибровку) в интервале температур от 20 до 550°C, успешно работали без дефектов при температурах до 1500°C, давлении до 1000 атм. и по своим свойствам превосходили муфели без пропайки.