CS262413B2 - Method for metal elements connection by diffusion welding - Google Patents
Method for metal elements connection by diffusion welding Download PDFInfo
- Publication number
- CS262413B2 CS262413B2 CS837479A CS747983A CS262413B2 CS 262413 B2 CS262413 B2 CS 262413B2 CS 837479 A CS837479 A CS 837479A CS 747983 A CS747983 A CS 747983A CS 262413 B2 CS262413 B2 CS 262413B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- joint
- parts
- cavity
- welding
- joined
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
Vynález se týká způsobu spojování kovových dílů difúzním svařováním, při němž se mezi protilehlými omezovacími plochami svařovaných dílů vytvoří spára, díly se zahřejí na požadovanou teplotu alespoň v oblastech sousedících se spárou, spojí se přitisknutím' k sobě a ochladí.The invention relates to a method of joining metal parts by diffusion welding, wherein a gap is formed between opposing limiting surfaces of the welded parts, the parts are heated to a desired temperature at least in the areas adjacent to the joint, pressed together and cooled.
Přednosti a nedostatky difúzního svařování jsou popsány například v publikaci Welding Handbook, 7. vydání, svazek III, str. 312 a další. Jako výhodu lze uvést skutečnost, že lze vytvářet spoje, jejichž vlastnosti a mikrostruktura jsou velice podobné základnímu materiálu, a že lze spojovat i tehdy, když tvar spojovaných dílů ztěžuje použití jiných způsobů. Mimoto lze vyrábět spoje s minimální deformací, které tedy není třeba dodatečně opracovávat ani tvářet.Advantages and drawbacks of diffusion welding are described, for example, in Welding Handbook, 7th Edition, Volume III, p. 312 et seq. An advantage is that joints can be formed whose properties and microstructure are very similar to the base material, and that they can be joined even if the shape of the parts to be joined makes it difficult to use other methods. In addition, joints with minimal deformation can be produced, which means that there is no need for additional machining or forming.
Mezi nedostatky patří velmi vysoká cena zařízení, což omezuje rozměr předmětů, které se dají hospodárně svařovat difúzním svařováním. Nezbytný přívod tepla a vysoká přítlačná síla v definovaných podmínkách, například v.e vakuu nebo ochranné atmosféře, vyvolávají těžko řešitelné problémy, pokud jde o nezbytné zařízení, a představují proto podstatné omezení použitelnosti způsobu. Mimoto panuje domněnka, že způsob vyžaduje velice pečlivou a důkladnou úpravu povrchu a že zabírá víc času než jiné běžné způsoby.The drawbacks include the very high cost of the device, which limits the size of the items that can be economically diffusion welded. The necessary heat supply and high contact force under defined conditions, for example in a vacuum or a protective atmosphere, create difficult-to-solve problems with the necessary equipment and therefore constitute a significant limitation of the applicability of the process. In addition, it is believed that the method requires very careful and thorough surface treatment and that it takes more time than other conventional methods.
Účelem vynálezu je odstranit tyto nedostatky a přizpůsobit způsob difúzního svařování pro výrobu potrubí sloužícího k dopravě plynu a ropy mimo pevninu. Takové potrubí se v současné době vyrábí tak, že se sekce potrubí svařují k sobě buď ručně, nebo automatickým zařízením k obloukovému svařování v ochranné atmosféře CO2 na palubě lodi určené k pokládání potrubí. Zpravidla probíhá svařování potrubí současně v několika stanicích, aby se zvýšila rychlost kladení potrubí. Z praktických důvodů jsou svařovací stanice umístěny ve vodorovné čáře a v každé stanici může pracovat současně několik svářečů. Hotové potrubí se spouští z plavidla přes tzv. „žihadlo“, které brání zlomení potrubí přímo za plavidlem a probíhá v esovité křivce dolů k mořskému dnu. V položeném potrubí se udržuje jisté napětí, a proto musí mít plavidlo k pokládání potrubí kotvy, kterými se během pokládání potrubí přitahuje postupně dopředu. Kotvy se musejí čas od času přemisťovat před plavidlo a k tomu se musí používat dalších pomocných lodí.The purpose of the invention is to overcome these drawbacks and to adapt the diffusion welding method to the production of pipelines for the transport of gas and oil offshore. Such pipelines are currently manufactured by welding the pipeline sections together either manually or by automatic arc-welding equipment in CO2 shielding on board the vessel to be laid. As a rule, pipe welding takes place simultaneously in several stations to increase the pipe laying speed. For practical reasons, the welding stations are located in a horizontal line and several welders can work simultaneously in each station. The finished pipeline is lowered from the vessel via the so-called “sting”, which prevents the pipeline from breaking directly behind the vessel and runs in an S-curve down to the seabed. The laid pipeline maintains a certain tension, and therefore the vessel must have anchors to draw it forward gradually during the laying of the pipeline. The anchors must be moved in front of the vessel from time to time and additional auxiliary ships shall be used.
Z různých důvodů by bylo žádoucí spouštět potrubí svisle dolů z plavidla tak, aby probíhalo v jediném oblouku dolů k mořskému dnu. To by mimo jiné umožnilo lepší regulaci napětí v položeném potrubí a mohly by odpadnout kotvy a pomocná plavidla a místo nich by se dalo využít dynamického přemísťování plavidla. Při svislé orientaci potrubí na palubě lodi sloužící k pokládání potrubí by však bylo velice obtížné použít více než jedné svařovací stanice. Při současných pomalých způsobech svařování by tedy rychlé pokládání potrubí nebylo realizovatelné do té míry, aby bylo prakticky použitelné.For various reasons, it would be desirable to lower the pipe vertically from the vessel so that it runs in a single arc down to the seabed. This would, inter alia, allow for better regulation of the stresses in the pipeline laid down, and anchors and auxiliary vessels could be eliminated, and instead a dynamic displacement of the vessel could be used. However, it would be very difficult to use more than one welding station in the vertical orientation of the pipeline on board the vessel used for laying the pipeline. Thus, in today's slow welding processes, rapid pipe laying would not be feasible enough to be practically applicable.
Způsob podle vynálezu umožňuje provádět svařování dvou úseků potrubí tak rychle, že rychlost kladení potrubí je dostatečně velká i při svislé orientaci potrubí na palubě plavidla, takže lze využít všech výhod spojených s takovou orientací.The method according to the invention makes it possible to carry out welding of two pipe sections so quickly that the pipe laying speed is sufficiently high even with the pipe vertical orientation on board the vessel, so that all the advantages associated with such orientation can be realized.
Způsob podle vynálezu spočívá v tom, že spára mezi omezovacími protilehlými plochami spojovaných dílů se vytvoří ve tvaru dutiny, jejíž výška se od obvodu ke středu zvětšuje, a opatří se nejméně jedním spojovacím kanálem, během zahřívání dílů se do dutiny zavádí nejprve inertní nebo redukční proplachovací plyn až do těsného uzavřeňí spoje po obvodu, poté se dutina spoje přes spojovací kanál evakuuje a spoj se stlačí předem stanovenou rychlostí pro další difúzní svaření.The method according to the invention is characterized in that the gap between the limiting opposing faces of the parts to be joined is formed in the form of a cavity whose height increases from circumference to the center and provided with at least one connecting channel. gas until the sealing of the joint is circumferentially closed, then the joint cavity is evacuated through the connecting channel and the joint is compressed at a predetermined rate for further diffusion welding.
V důsledku uvedeného tvaru spáry působí na začátku svařování po obvodu spoje vysoký plošný tlak. V důsledku toho může difúze začít po obvodu při tak nízkých teplotách, že nedochází k oxidaci povrchů. Proplachování netečným plynem zabraňuje přístupu kyslíku a tedy nedochází k oxidaci. Použije-11 se redukčního plynu, dají se odstranit oxidy, které se mohly případně dřív vytvořit na plochách spoje. Po uzavření dutiny po obvodu, což se projeví tím, žej proplachovací plyn přestane unikat, lze připojit spojovací kanál ke zdroji vakua, takže dutina se evakuuje. Tím se odstraní zbytkové plyny a vyvolá se nucená disociace oxidů a ostatních nečistot do jisté míry při vzrůstající teplotě. V důsledku teploty a tlaku se spára uzavře současně po celém obvodu rychle a za. krátkou dobu proběhne úplné difúzní svaření. Rychlé stlačení je výhodné proto, že vyvolává v místě spoje vyšší tlak, což je vyvoláno tím, že namáhání materiálu na mezi tečení se zvyšuje rychlostí deformace.Due to the shape of the joint, high surface pressure is applied at the beginning of the welding at the periphery of the joint. As a result, diffusion can begin around the periphery at such low temperatures that surface oxidation does not occur. Purging with inert gas prevents oxygen from entering and thus does not oxidize. If a reducing gas is used, it is possible to remove the oxides which may have formed previously on the joint surfaces. After the circumference of the cavity is closed, which results in the purging gas ceasing to escape, a connection channel can be connected to the vacuum source so that the cavity is evacuated. This removes residual gases and induces forced dissociation of oxides and other impurities to some extent at increasing temperatures. Due to the temperature and the pressure, the joint closes simultaneously and quickly over the entire perimeter. complete diffusion welding takes place for a short time. Rapid compression is advantageous because it exerts a higher pressure at the joint, which is due to the fact that the stress on the creep rupture increases with the rate of deformation.
Podle výhodného provedení vynálezu je alespoň jedna z omezovačích ploch dutiny opatřena po obvodu vrubovým ozubením. To zajišťuje dostatečně rychlé unikání proplachovacího plynu během prvních fází spojování.According to a preferred embodiment of the invention, at least one of the cavity limiting surfaces is notched circumferentially. This ensures a sufficiently rapid escape of the purge gas during the first bonding phases.
Dále je podle vynálezu velmi výhodné vytvořit jednu z omezovačích ploch spáry ve vydutém tvaru. Tím se vytvoří výhodné rozložení napětí během konečného stlačování dílů a zajistí se tedy dokonalé svaření po celé ploše spoje.It is furthermore very advantageous according to the invention to provide one of the gap limiting surfaces in a concave shape. This creates an advantageous stress distribution during the final compression of the parts and thus ensures perfect welding over the entire joint surface.
Další výhodné provedení podle vynálezu spočívá v tom, že nejméně jedna a s výhodou obě omezovači protilehlé plochy se vytvoří v kuželovém tvaru. Kuželový tvar se totiž opracovává strojně podstatně přesněji; když jsou kuželové obě plochy, a to jedna vydutá a jedna vypuklá, vznikne mezi oběma díly při přitlačování samočinný stře262413A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that at least one and preferably both of the confining opposing surfaces are formed in a conical shape. The cone shape is machined much more precisely by machine; when the two surfaces are conical, one concave and one convex, a self-opening roof is created between the two parts when pressed.
S dici efekt. Takový tvar svařovaných ploch rovněž zajišťuje jejich úplné svaření.With dici effect. Such a shape of the welded surfaces also ensures their complete welding.
Aby se zvýšil kontaktní tlak na ploše spoje během stlačování, zmenší se podle vynálezu průřez dílů v oblasti spoje. Tím se přítlačný tlak na ploše spoje zvýší podstatně nad hodnotu jednoosé napjatosti při namáhání na mezi tečení materiálu při panující teplotě; výsledkem je rychlejší a dokonalejší difúze.In order to increase the contact pressure on the joint surface during compression, according to the invention, the cross-section of the parts in the joint region is reduced. As a result, the contact pressure on the joint surface increases substantially above the uniaxial stress value under the stress at the material flow at the prevailing temperature; the result is faster and more perfect diffusion.
K proplachování lze použít různých netečných plynů, podle vynálezu se však dává přednost héliu, protože se při výrobě ochlazuje na takovou teplotu, že je prakticky zaručeně prosté kyslíku. Mimoto lze ke kontrole, zda obvod spoje je dokonale uzavřen před evakuací, použít spolehlivých detektorů hélia, které jsou běžně na trhu.Various inert gases can be used for flushing, but helium is preferred according to the invention, since it is cooled to a temperature that is virtually oxygen-free during production. In addition, reliable helium detectors, which are commercially available, can be used to check that the circuit of the joint is perfectly sealed before evacuation.
Když se k proplachování použije redukčního plynu, je k tomu účelu velmi výhodný vodík. Nejen odstraňuje oxidové vrstvy, ale umožňuje i zrakovou kontrolu uzavření spoje, protože unikající vodík na povrchu spoje hoří. Vodík nemá na měkké konstrukční oceli, spojované způsobem podle vynálezu, naprosto žádný škodlivý vliv.When a reducing gas is used for purging, hydrogen is very preferred for this purpose. It not only removes the oxide layers, but also allows visual inspection of the closure of the joint, because the leaking hydrogen on the joint surface burns. Hydrogen has absolutely no harmful effect on the soft structural steels joined by the process of the invention.
Podle vynálezu se navrhuje opatřit spoje aktivační slitinou, například slitinou paládia a niklu 40/60. Slitina se může zavádět jako te;nký proužek materiálu nebo se může nanést na jednu nebo obě svařované plochy galvanicky. Tím se mimo jiné krátí doba potřebná k difúznímu svaření. Spojovací kanál pro přívod proplachovacího plynu a k vypouštění plynu a evakuaci může být s výhodou upraven v jednom ze spojovaných dílů, s výhodou v blízkosti jeho obvodu. Při takovém uspořádání lze kanál uzavřít okamžitě po difúzním svaření hlubokozávarovou elektrodou nebo plasmovým svařením s neodtavující se elektrodou, dokud je teplota svařovaných dílů dostatečně vysoká, například 400 až 600 °C.According to the invention, it is proposed to provide the joints with an activating alloy, for example a palladium-nickel 40/60 alloy. The alloy may be introduced as a thin strip of material or may be applied to one or both of the welded surfaces by electroplating. This also reduces the time required for diffusion welding. The connection channel for the purging gas supply and for the gas discharge and evacuation can advantageously be provided in one of the parts to be connected, preferably near its periphery. In such an arrangement, the channel can be closed immediately after diffusion welding by deep-welding electrode or by non-melting electrode plasma welding, as long as the temperature of the welded parts is sufficiently high, for example 400 to 600 ° C.
Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady znázorněnými na výkrese, kde obr. 1 a 2 znázorňují schematicky první provedení dvou dílů určených ke svaření na začátku a po skončeném difúzním svaření, obr. 3 a druhé provedení dvou svařovaných dílů na začátku a po provedeném svaření, obr.The invention will be explained in connection with the examples shown in the drawing, wherein Figures 1 and 2 show schematically a first embodiment of two parts to be welded at the beginning and after diffusion welding, Fig. 3 and a second embodiment of two parts to be welded at the beginning and after welding. giant.
a 6 další příklad dvou svařovaných dílů na začátku svařování a po jeho skončení a obr. 7 díly podle obr. 6 po dalším stlačování.and 6 shows another example of two welded parts at the beginning of the welding and after it is finished and FIG. 7 shows the parts according to FIG. 6 after further compression.
Na výkrese jsou vzájemně odpovídající části označeny stejnými vztahovými značkami.In the drawing, corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
Obr. 1 ukazuje řez částí dvou dílů 1, 2, což mohou být například svorníky z konstrukční oceli ST — 52-3. Obr. 1 lze rovněž považovat za osový řez tlustostěnnou troubou, jejíž osa je na levé straně výkresu. Mezi oběma díly 1, 2 je spára ve tvaru dutiny 3, která je omezena vydutou omezovači plochou 4 na dílu 1 a rovinnou omezovači plochou 5 na dílu 2. V dílu 1 je vytvořen spojovací kanál 6, který ústí do dutiny 3 spoje, jehož druhý konec lze připojit alternativně ke zdroji proplachovacího plynu a ke zdroji vakua, které nejsou znázorněny. Šipky F znázorňují proměnlivou přítlačnou sílu, zatímco zvonovitá křivka nalevo od dílů 1, 2 udává rozložení teploty v axiálním směru obou dílů 1, 2.Giant. 1 shows a cross-section of a portion of two parts 1, 2, which may be, for example, ST-52-3 structural steel bolts. Giant. 1 can also be considered as an axial section of a thick-walled pipe, the axis of which is on the left side of the drawing. Between the two parts 1, 2 there is a gap in the form of a cavity 3, which is limited by a concave limiting surface 4 on part 1 and a planar limiting surface 5 on part 2. In part 1 a connecting channel 6 is formed. the end may alternatively be connected to a purge gas source and a vacuum source not shown. The arrows F show the variable contact force, while the bell curve to the left of the parts 1, 2 indicates the temperature distribution in the axial direction of the two parts 1, 2.
Když se mají díly 1, 2 spojovat, uvedou se nejprve do polohy podle obr. 1 a podrobí se přítlačné síle F. Tuto sílu může vyvolávat neznázorněný hydraulický systém, který může například obsahovat upínací prstenec na každém z obou spojovaných dílů 1, 2, přičemž upínací prstence jsou vzájemně propojeny hydraulickými válci. Lze samozřejmě použít i jiných provedení, což závisí na tvaru a průřezu spojvaných dílů. Potom začne zahřívání, například pomocí neznázorněné indukční cívky. Současně se přivádí spojovacím kanálem proplachovací plyn. Proplachovací plyn nejprve uniká po obvodu 7 dutiny 3 v důsledku menších nepravidelností nebo vroubků na omezovačích plochách 4, 5 spoje. Očelem proplachování je odstranění kyslíku od spojovaných ploch, aby se zabránilo jejich oxidací během zahřívání a případně aby se odstranily přítomné oxidy. Nezávisle na tom, jak byly omezovači plochy 4, 5 očištěny před svařováním, způsobí totiž i krátkodobé působení vzduchového kyslíku vznik oxidové vrstvy tloušťky 350 až 1 000 x 10-4 ,um, což závisí na teplotě a vlhkosti vzduchu.When the parts 1, 2 are to be joined, they are first brought into position according to FIG. 1 and subjected to a thrust force F. This force may be exerted by a hydraulic system (not shown), which may for example comprise a clamping ring on each of the two parts 1, 2 the clamping rings are interconnected by hydraulic cylinders. Of course, other embodiments may be used, depending on the shape and cross-section of the parts to be joined. Heating then begins, for example by means of an induction coil (not shown). At the same time, purging gas is supplied through the connecting channel. The flushing gas first leaks around the perimeter 7 of the cavity 3 due to minor irregularities or indentations on the limiting surfaces 4, 5 of the joint. The purpose of the flushing is to remove oxygen from the surfaces to be joined to prevent oxidation thereof during heating and optionally to remove the oxides present. Indeed, irrespective of how the limiting surfaces 4, 5 have been cleaned prior to welding, the short-term action of air oxygen also results in the formation of an oxide layer of 350 to 1000 x 10 -4 µm, depending on the temperature and humidity of the air.
Když teplota materiálu v blízkosti obvodu 7 dutiny 3 vzroste na 600 až 800 °C, přičemž rozložení teploty probíhá podle schematické křivky na levé straně obr. 1, dochází působením vhodné přítlačné síly F k difúzi mezi díly 1, 2 tak, že dutina 3 se po obvodu 7 uzavře. To lze sledovat různými způsoby, například tím, že plyn přestane unikat z obvodu 7, nebo že tlak v dutině 3 spoje přestane klesat.When the temperature of the material near the periphery 7 of the cavity 3 rises to 600-800 ° C, and the temperature distribution follows the schematic curve on the left side of Fig. 1, the appropriate pressure force F causes diffusion between the parts 1, 2 so that the cavity 3 closes around circumference 7. This can be monitored in various ways, for example by stopping the gas from escaping from the circuit 7 or by decreasing the pressure in the cavity 3 of the joint.
Jakmile je spoj po obvodu 7 uzavřen, připojí se spojovací kanál 6 ke zdroji vakua, kterým se sníží tlak v dutině 3 na hodnotu přibližně 0,0133 Pa. Současně se teplota dílů 1, 2 zvyšuje, jak je schematicky znázorněno na křivce vlevo na obr. 2, na teplotu asi 1 350 °C. Při vhodné přítlačné síle F se dutina 3 uzavře během několika sekund. Výsledek je schematicky znázorněn na obr. 2. Během 15 až 30 minut dojde k úplnému difúznímu svaření. Dokonalé svary byly vytvořeny dokonce během tak krátké doby difúze, jako je 8 minut, při teplotě kolem 1 350 stupňů Celsia. Potom se díly 1, 2 ochladí v klidném vzduchu asi na 600 °C, což při tloušťce materiálu 40 mm trvá asi 4 minuty. Při této teplotě lze uzavřít přívodní kanál 6, například hlubokozávarovou elektrodou nebo plasmovým svařením s neodtavující se elektrodou.Once the joint is closed at the periphery 7, the connecting duct 6 is connected to a vacuum source to reduce the pressure in the cavity 3 to about 0.0133 Pa. At the same time, the temperature of the parts 1, 2 increases, as shown schematically in the curve to the left in FIG. 2, to a temperature of about 1350 ° C. With a suitable contact force F, the cavity 3 closes within a few seconds. The result is shown schematically in FIG. 2. Complete diffusion welding occurs within 15 to 30 minutes. Perfect welds were formed even within as short a diffusion time as 8 minutes at a temperature of about 1350 degrees Celsius. Then, the parts 1, 2 are cooled in still air to about 600 ° C, which takes about 4 minutes at a material thickness of 40 mm. At this temperature, the feed channel 6 can be closed, for example by deep-welding electrode or by plasma welding with a non-consumable electrode.
Obr. 3 znázorňuje 2 díly 1, 2 obecně stejného vnějšího tvaru jako na obr. 1. Svařovací dutina 3 však má odlišný tvar a její omezovači plochy 4, 5 jsou obě kuželové, jedna vypuklá a jedna vydutá. Vrcholové úhly dvou kuželů jsou nestejné, takže dutina 3 má směrem ke středu vzrůstající výšku. Vzdálenost mezi vrcholy omezovačích ploch 4, 5 dutiny 3 může být asi 10 % tloušťky dílů 1, 2. Kuželový tvar omezovačích ploch 4, 5 způsobuje, že při přitlačení dílů 1, 2 k sobě dochází k samočinnému vyrovnání do osy. Kuželový tvar rovněž brání nedostatečné difúzi ve středu spoje, což by mohlo snadno nastat, kdyby dolní omezovači plocha S byla rovinná a horní omezovači plocha 4 kuželově vypuklá.Giant. 3 shows 2 parts 1, 2 of generally the same external shape as in FIG. 1. However, the welding cavity 3 has a different shape and its limiting surfaces 4, 5 are both conical, one convex and one concave. The apex angles of the two cones are unequal so that the cavity 3 has an increasing height toward the center. The distance between the apexes of the confining surfaces 4, 5 of the cavity 3 can be about 10% of the thickness of the parts 1, 2. The conical shape of the confining surfaces 4, 5 causes self-alignment to the axis when the parts 1, 2 are pressed together. The conical shape also prevents insufficient diffusion in the center of the joint, which could easily occur if the lower limiting surface S were planar and the upper limiting surface 4 conically convex.
Jinak probíhá spojování dílů 1, 2 stejným způsobem, jak bylo popsáno v souvislosti s obr. 1 a 2. Konečný výsledek ukazuje obr.Otherwise the joining of the parts 1, 2 proceeds in the same manner as described in connection with FIGS. 1 and 2. The final result is shown in FIG.
4.4.
Tlak během difúzního svařování představuje velice důležitý parametr, který se dá jen obtížně regulovat. Podle shora uvedené publikace se předpokládá, že tlak se nedá zvýšit nad hodnotu namáhání na mezi tečení materiálu při teplotě panující během svařování, aniž by se použilo forem zabraňujících vzájemnému přemístění spojovaných dílů. Použití takových forem je obtížné a zvyšuje cenu zařízení, a v některých oborech takových forem vůbec nelze použít, protože svařovaná místa jsou nepřístupná. Protože rychlost difúze se obecně zvyšuje se čtvercem tlaku, lze zvýšením tlaku na dvojnásobek až trojnásobek namáhání na mezi tečení snížit dobu difúze asi na čtvrtinu až devítinu odpovídající doby difúze při jednoosém tlaku. Alternativně lze připustit podstatně větší množství oxidů na spojovaných plochách a tím případně vynechat proplachování dutiny redukčním plynem.The pressure during diffusion welding is a very important parameter that is difficult to control. According to the above publication, it is assumed that the pressure cannot be increased beyond the creep stress at the temperature prevailing during welding without the use of molds to prevent the parts from moving together. The use of such molds is difficult and increases the cost of the device, and in some fields of such molds it is not possible to use them at all because the welded areas are inaccessible. Since the diffusion rate generally increases with a square of pressure, increasing the pressure to two to three times the creep stress can reduce the diffusion time to about a quarter to ninth of the corresponding diffusion time at uniaxial pressure. Alternatively, considerably larger amounts of oxides can be admitted on the surfaces to be joined, thereby possibly avoiding purging the cavity with reducing gas.
K vytvoření tak vysokých tlaků se podle vynálezu navrhuje, aby se v oblasti spoje vytvořilo trojosé napětí. Je známo, že při tahových zkouškách materiálu ve formě silných zkušebních tyčí dochází ke smrštění smykovou deformací, přičemž ve střední části vzniká štěpný lom. Štěpný lom je způsoben tím, že axiální napětí uprostřed tyče je mnohem vyšší než mez kluzu materiálu, přičemž materiál po obou stranách smrštění drží v důsledku radiálních napětí. Následkem toho axiální napětí vzrůstá a deformace klesá, když rozdíl mezi axiálním a radiálním napětím klesne pod hodnotu meze kluzu, jak učí Trescasův, princip.In order to create such high pressures, it is proposed according to the invention that a triaxial stress is created in the region of the joint. It is known that tensile tests of material in the form of strong test rods cause shrinkage due to shear deformation, with a fracture fracture in the central part. The fracture fracture is due to the fact that the axial stress in the center of the rod is much higher than the yield strength of the material, while the material holds on both sides of the shrinkage due to radial stresses. As a result, the axial stress increases and the deformation decreases when the difference between the axial and radial stresses falls below the yield strength value, as the Trescas principle teaches.
Podle vynálezu lze vytvořit trojosou napjatost tím, že na dílech 1, 2 se vytvoří v oblasti spoje značné zúžení průřezu oproti sousednímu materiálu. Příklad je znázorněn na obr. 5, kde se jako proplachovacího plynu používá vodíku, což se projevuje vznikem plamenů zakreslených po obvodu spoje.According to the invention, a triaxial state of stress can be created by providing a considerable taper of the cross-section relative to the adjacent material in the joint area 1, 2. An example is shown in Fig. 5, where hydrogen is used as the purge gas, which results in the formation of flames drawn around the perimeter of the joint.
Jakmile plameny zmizí, je spára uzavřena, takže k tomuto zjištění nemusí sloužit žádné detekční zařízení. Když se dutina 3 uzavře po obvodu, působení plné stlačovací síly F vyvolá uzavření celé dutiny 3 za velice složitých podmínek namáhání, které jsou dynamického charakteru. Trojosé napětí, působící přesně v okamžiku uzavření, vyvolává v důsledku zúžení průřezu a poměrně chladného okolního materiálu napětí, která probíhají napříč k dutině 3 a jsou 5- až 6-násobkem napětí na mezi tečení stejně silných dílů. Tato situace je zakreslena na obr. 6. Potom se díly 1, 2 přitlačí k sobě poměrně malou přítlačnou silou působící tak dlouho, až zúžené místo nabyde stejný průřez jako ostatní části dílů. Oba díly 1, 2 pak mají po celé délce stejnou tloušťku, jak znázorňuje obr. 7.Once the flames have disappeared, the gap is closed so that no detection device may be used to detect this. When the cavity 3 is closed circumferentially, the application of full compression force F causes the entire cavity 3 to close under very difficult stress conditions that are of a dynamic nature. The triaxial stress, acting exactly at the moment of closure, causes stresses that run transversely to the cavity 3 and are 5 to 6 times the creep stress of equally thick parts due to the cross-sectional narrowing and relatively cold surrounding material. This situation is illustrated in FIG. 6. Thereafter, the parts 1, 2 are pressed against each other by a relatively small contact force applied until the constricted area has the same cross section as the other parts of the parts. The two parts 1, 2 then have the same thickness along the entire length as shown in FIG. 7.
Bez použití vnější formy mají tedy svařené díly 1, 2 správný tvar, v důležité fázi svařování panuje vysoký přítlačný tlak, oxidy, které mohly být na svařovaných plochách, se rozloží na dvojnásobnou nebo několikanásobnou plochu, takže oxidová vrstva je podstatně tenčí, a dochází ke zvýšené globulární konverzi a k urychlení rekrystalizace.Thus, without the use of an external mold, the welded parts 1, 2 have the correct shape, in the important phase of the welding there is a high contact pressure, the oxides that may have been on the welded surfaces decompose into double or multiple surfaces, so the oxide layer is substantially thinner and increased globular conversion and accelerated recrystallization.
Když se dosáhne požadované tloušťky spoje, může přítlačná síla ustat a udržuje se doba a teplota difúze tak dlouho, až se zbývající póry uzavřou rekrystalizací. Má-li být spojování mnohem rychlejší, lez galvanicky pokovovat omezovači plochy 4, 5 nebo mezi ně vložit proužek aktivační slitiny, například slitiny Pd/Ni 60/40.When the desired joint thickness is reached, the pressing force can be stopped and the diffusion time and temperature are maintained until the remaining pores are closed by recrystallization. If the joining is to be much faster, the limiting surfaces 4, 5 can be electroplated or a strip of activating alloy, for example Pd / Ni 60/40 alloy, can be interposed therebetween.
V důsledku velmi vysokých napětí, která vznikají v oblasti spoje při zmenšení průřezu podle obr. 5, lze předpokládat, že původní tvar dutiny 3 a předběžná povrchová úprava jejích ploch je méně kritická než v jiných případech.Due to the very high stresses that occur in the region of the joint when reducing the cross-section of FIG. 5, it can be assumed that the original shape of the cavity 3 and the pretreatment of its surfaces is less critical than in other cases.
Zkoušky prováděné způsobem podle vynálezu při svařování svorníků z konstrukční oceli ST 52-3, které měly průměr 40 mm, přinesly vynikající výsledky, zejména pokud jde o tažnost a pevnost v tahu. V oblasti vystavované působení tepla ve svornících, které byly ohnuty do tvaru vlásenky, bylo naměřeno více než 60% prodloužení. Povrch zlomu jasně ukazoval smykový lom.The tests carried out according to the invention in the welding of ST 52-3 structural steel bolts having a diameter of 40 mm produced excellent results, in particular in terms of ductility and tensile strength. More than 60% elongation was measured in the heat-exposed area of the studs that were bent to the hairpin shape. The break surface clearly showed a shear fracture.
Je samozřejmé, že vynález lze použít i pro jiné účely než pro svařování potrubí s velkým průměrem. Například je způsob použitelný ke svařování příhradových nosníků při stavbě mostů a mořských plošin.It goes without saying that the invention can be used for purposes other than welding large diameter pipes. For example, the method is applicable to welding trusses in the construction of bridges and marine platforms.
Jak bylo uvedeno, lze na jedné nebo na obou omezovačích plochách dutiny vytvořit po obvodu vroubkování, aby se zajistilo unikání proplachovacího plynu během prvních fází svařování. V jistých případech může být výhodné vytvořit mírné vroubkování na celé omezovači ploše spoje. Takové vroubkování pak dává ozvěnu při pozdějším ultrazvukovém zkoušení, když spoj není úplně svařen.As noted, serrations may be formed on one or both of the confinement surfaces of the cavity to provide a purge gas leakage during the first welding phases. In certain cases, it may be advantageous to provide a slight indentation over the entire limiting surface of the joint. Such indentations then echo in later ultrasonic testing when the joint is not fully welded.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS837479A CS262413B2 (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Method for metal elements connection by diffusion welding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS837479A CS262413B2 (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Method for metal elements connection by diffusion welding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CS747983A2 CS747983A2 (en) | 1988-08-16 |
CS262413B2 true CS262413B2 (en) | 1989-03-14 |
Family
ID=5424003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CS837479A CS262413B2 (en) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | Method for metal elements connection by diffusion welding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CS (1) | CS262413B2 (en) |
-
1983
- 1983-10-11 CS CS837479A patent/CS262413B2/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CS747983A2 (en) | 1988-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI74227C (en) | ADJUSTMENT OF DIFFUSIONSSVETSNING. | |
AU567774B2 (en) | A method for joining tubular parts of metal by forge/ diffusion welding | |
EP0847826A1 (en) | Method of diffusion-welding metal materials | |
Della Rovere et al. | Local mechanical properties of radial friction welded supermartensitic stainless steel pipes | |
Toguyeni et al. | High strength carbon steel and CRA lined pipe for reel-lay installation | |
CN110076526A (en) | A kind of composite steel tube manufacture technique of three layers of stainless steel and carbon steel | |
CS262413B2 (en) | Method for metal elements connection by diffusion welding | |
JPS5936145B2 (en) | pressure vessel | |
JP2000190027A (en) | Stainless steel pipe and its processing method | |
North et al. | Weldability of High Strength Line Pipe Steels. | |
CA1210081A (en) | Method for diffusion welding | |
US6222148B1 (en) | Method for producing a multilayer thin-walled bellows of stainless steel | |
Suzumura et al. | Braze pressure welding (BPW)-A new method for high quality pressure welding | |
JPH0275478A (en) | Method for joining bar materials | |
RU2384787C1 (en) | Procedure for pipe connection | |
Roos et al. | New approach on solid state joining of stainless steel tube to tube sheet joints | |
KR100906146B1 (en) | Brazing-welding system of nuclear fuel rod and method there of | |
Honma et al. | Effect of Residual Stress on High Temperature Hydrogen Attack for Pressure Vessels | |
JPS58167089A (en) | Manufacture of clad pipe | |
CN220134867U (en) | Pipeline connection structure of refrigerating system | |
Mohr et al. | Material Tensile Properties for Strain-Based Design of Clad Pipelines | |
Sidyakin et al. | Butt welding of steel–titanium pipe transition pieces | |
Aristotele et al. | Welding X100 steels for gas pipelines | |
JP2000146030A (en) | Earthquake-resistant conduit | |
RU2267388C2 (en) | Method for welding constructional members with pipeline |