RU2809102C1 - Method for welding dispersion-hardening alloys with corrosion-resistant steels - Google Patents
Method for welding dispersion-hardening alloys with corrosion-resistant steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809102C1 RU2809102C1 RU2023114345A RU2023114345A RU2809102C1 RU 2809102 C1 RU2809102 C1 RU 2809102C1 RU 2023114345 A RU2023114345 A RU 2023114345A RU 2023114345 A RU2023114345 A RU 2023114345A RU 2809102 C1 RU2809102 C1 RU 2809102C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insert
- welded
- parts
- welding
- corrosion
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 20
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 20
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологий лазерной сварки и может быть использовано для соединения дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов и коррозионностойких сталей через переходной слой из бронзовых сплавов, в частности при производстве приборов точной механики, в атомной, космической промышленности и других областях машиностроения.The invention relates to the field of laser welding technologies and can be used for joining dispersion-hardening heat-resistant alloys and corrosion-resistant steels through a transition layer of bronze alloys, in particular in the production of precision mechanics instruments, in the nuclear, space industry and other fields of mechanical engineering.
Актуальность решаемой проблемы основана на трудностях, связанных со сваркой дисперсионно-твердеющих сталей и коррозионностойкой стали. Дисперсионно-твердеющие стали и сплавы требуют проведения сварки в строго определенных условиях нагрева и охлаждения, они склонны к образованию трещин как при сварке, так и при термической обработке. Сварку проводят после закалки материала на твердый раствор.The relevance of the problem being solved is based on the difficulties associated with welding dispersion-hardening steels and corrosion-resistant steel. Dispersion-hardening steels and alloys require welding under strictly defined heating and cooling conditions; they are prone to crack formation both during welding and during heat treatment. Welding is carried out after hardening the material into a solid solution.
Известны исследования, проводимые в Томском политехническом университете технологии ручной аргонодуговой сварки сплава 36НХТЮ со сталью 12Х18Н10Т (фиг. 1а) (Свяжина Н.В., Хамматов А.Н. Томский политехнический университет, г. Томск. Научный руководитель: Хайдарова А.А., к.т.н., доцент кафедры оборудования и технология сварочного производства, издательство ТПУ 2016). Перед аргонодуговой сваркой деталей выполняли предварительный подогрев до 200-220 °С. После сварки соединение помещали в разогретую до 200 °С электропечь и охлаждали вместе с печью. В процессе сварки следили за тем, чтобы деталь из сплава 36НХТЮ не перегревалась выше 400 °С. По результатам исследований был сделан вывод: при аргонодуговой сварке в металле шва формируются дефекты в виде окисных пленок и участков пониженной коррозионной стойкости. С обратной стороны шва наблюдается разветвленный трещиноподобный дефект протяженностью 180 мкм (фиг. 1б). Для предотвращения данных дефектов необходима дальнейшая отработка технологии сварки.There are known studies carried out at Tomsk Polytechnic University on the technology of manual argon arc welding of alloy 36НХТУ with steel 12Х18Н10Т (Fig. 1a) (Svyazhina N.V., Khammatov A.N. Tomsk Polytechnic University, Tomsk. Scientific supervisor: Khaidarova A.A. , Ph.D., Associate Professor of the Department of Equipment and Welding Technology, TPU Publishing House 2016). Before argon arc welding of parts, preheating was performed to 200-220°C. After welding, the joint was placed in an electric furnace heated to 200°C and cooled along with the furnace. During the welding process, care was taken to ensure that the part made of alloy 36НХТУ did not overheat above 400°C. Based on the research results, it was concluded that during argon arc welding, defects in the form of oxide films and areas of reduced corrosion resistance are formed in the weld metal. On the reverse side of the weld, a branched crack-like defect with a length of 180 μm is observed (Fig. 1b). To prevent these defects, further development of welding technology is necessary.
Данный способ несовместим с точным приборостроением из-за термической обработки деталей под сварку, особенностей технологии аргонодуговой сварки и ввиду отрицательного результата проведенного исследования.This method is incompatible with precision instrument making due to the heat treatment of parts for welding, the peculiarities of argon arc welding technology and due to the negative result of the study.
Известен способ аргонодуговой сварки меди со сталями, при котором на кромку стальной свариваемой детали наплавляется промежуточный слой из медного сплава, доля основного металла в котором не превышает 0,08, а затем сваривают промежуточный слой из медного сплава с деталью из меди или ее сплава. Патент РФ № 2325252, МПК B23K 9/00, B23K 9/23, B23K 103/22, 27.05.2008. Таким образом, обеспечивается минимальный переход железа в металл шва, уменьшение химической и структурной неоднородности. Недостатком способа является его ограниченная область применения ввиду особенностей технологии аргонодуговой сварки, затрудняющих ее применение в точном приборостроении.There is a known method of argon arc welding of copper with steels, in which an intermediate layer of copper alloy is fused onto the edge of the steel part being welded, the proportion of the base metal in which does not exceed 0.08, and then the intermediate layer of copper alloy is welded to a part made of copper or its alloy. RF Patent No. 2325252, IPC B23K 9/00, B23K 9/23, B23K 103/22, 05.27.2008. This ensures minimal transfer of iron into the weld metal, reducing chemical and structural heterogeneity. The disadvantage of this method is its limited scope due to the peculiarities of argon arc welding technology, which complicate its use in precision instrument making.
Техническим результатом является повышение надежности сварного соединения.The technical result is to increase the reliability of the welded joint.
Технический результат достигается тем, что при сварке деталей из дисперсионно-твердеющих сплавов с деталями из коррозионностойких сталей между свариваемыми кромками в качестве переходного металла помещают вставку, выполненную из бронзового сплава, кроме оловянистых бронз, таким образом, чтобы она выступала над поверхностью каждой из свариваемых деталей, после чего фокусируют лазерный луч на выступающей поверхности вставки, импульсно воздействуют лазером на вставку, при этом энергию лазера, частоту, длительность импульсов выбирают таким образом, чтобы наплавить вставку на обе свариваемые детали.The technical result is achieved by the fact that when welding parts made of dispersion-hardening alloys with parts made of corrosion-resistant steels, an insert made of a bronze alloy, except tin bronzes, is placed between the welded edges as a transition metal, so that it protrudes above the surface of each of the parts being welded , after which the laser beam is focused on the protruding surface of the insert, the laser is pulsed on the insert, and the laser energy, frequency, and pulse duration are selected in such a way as to fuse the insert onto both parts to be welded.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фиг. 2 представлена схема соединения деталей из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава и коррозионностойкой стали со вставной из бронзового сплава, где:In fig. Figure 2 shows a diagram of the connection of parts made of a dispersion-hardening heat-resistant alloy and corrosion-resistant steel with an insert made of a bronze alloy, where:
1 – деталь из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава;1 – part made of dispersion-hardening heat-resistant alloy;
2 – деталь из коррозионностойкой стали;2 – part made of corrosion-resistant steel;
3 – вставка из бронзового сплава.3 – insert made of bronze alloy.
На фиг. 3 представлена схема соединения деталей из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава 36НХТЮ и коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т со вставной из бронзового сплава БрБ2, где:In fig. Figure 3 shows a diagram of the connection of parts made of dispersion-hardening heat-resistant alloy 36НХТУ and corrosion-resistant steel 12Х18Н10Т with an insert made of bronze alloy BrB2, where:
4 – деталь из сплава 36НХТЮ;4 – part made of alloy 36НХТУ;
5 – вставка из бронзового сплава БрБ2;5 – insert made of bronze alloy BrB2;
6 – деталь из стали 12Х18Н10Т.6 – part made of steel 12Х18Н10Т.
На фиг. 4 представлены изображения микрошлифов образцов сварки различными способами.In fig. Figure 4 shows images of microsections of welding samples using various methods.
Способ сварки дисперсионно-твердеющих сплавов с деталями из коррозионностойких сталей реализуется следующим образом (фиг. 2).The method of welding dispersion-hardening alloys with parts made of corrosion-resistant steels is implemented as follows (Fig. 2).
Между кромками свариваемых деталей 1, 2 в качестве переходного металла помещают вставку 3, выполненную из бронзового сплава, таким образом, чтобы она выступала над поверхностью каждой из свариваемых деталей. Фокусируют лазерный луч на вершине вставки, таким образом, чтобы наплавить ее равномерно на свариваемые детали. Размеры вставки, а также величину выступания подбирают в каждом конкретном случае в зависимости от конфигурации и габаритов свариваемых деталей. При этом расплавление вставки приводит к равномерному натеканию бронзового сплава на свариваемые кромки деталей и образованию сварной ванны, в которой стальные сплавы имеют минимальный переход в металл шва. Таким образом, предотвращается перемешивание в сварной ванне дисперсионно-твердеющих сплавов с коррозионностойкими сталями, которое влечет за собой образование трещин и других дефектов в сварном шве.Between the edges of the parts to be welded 1, 2, an insert 3 made of a bronze alloy is placed as a transition metal, so that it protrudes above the surface of each of the parts to be welded. Focus the laser beam on the top of the insert so as to fuse it evenly onto the parts to be welded. The dimensions of the insert, as well as the amount of protrusion, are selected in each specific case depending on the configuration and dimensions of the parts being welded. In this case, the melting of the insert leads to a uniform flow of the bronze alloy onto the welded edges of the parts and the formation of a weld pool in which the steel alloys have minimal transition into the weld metal. Thus, mixing of dispersion-hardening alloys with corrosion-resistant steels in the weld pool, which entails the formation of cracks and other defects in the weld, is prevented.
Если при сварке происходит равномерное перемешивание стальных сплавов с бронзовыми сплавами, из-за незначительной растворимости железа в бронзовых сплавах в металле шва образуется новая фаза – железистая составляющая ӕ-фаза, которая отсутствовала в исходных металлах. Образующаяся в металле шва ӕ-фаза обладает высокой твердостью и очень низкими пластическими свойствами. Ее содержание прямо противоположно влияет на стойкость к деформациям, ударную вязкость сварных соединений. Поэтому при сварке нужно минимизировать переход стали в металл шва.If during welding there is a uniform mixing of steel alloys with bronze alloys, due to the insignificant solubility of iron in bronze alloys, a new phase is formed in the weld metal - the ferrous component ӕ-phase, which was absent in the original metals. The ӕ-phase formed in the weld metal has high hardness and very low plastic properties. Its content directly affects the resistance to deformation and impact strength of welded joints. Therefore, when welding, it is necessary to minimize the transition of steel to weld metal.
Выбор бронзового сплава в качестве переходного металла для сварки обусловлен его свойствами.The choice of bronze alloy as a transition metal for welding is due to its properties.
1. Высокая упругость. Этот параметр определяет то, что изготовленные детали из рассматриваемого сплава могут выдерживать воздействие различной деформационной нагрузки, направленной перпендикулярно или под другим углом относительно оси.1. High elasticity. This parameter determines that manufactured parts from the alloy in question can withstand the effects of various deformation loads directed perpendicularly or at a different angle relative to the axis.
2. Высокое сопротивление коррозии. Материал не реагирует на воздействие влаги, что определяет длительный срок службы при эксплуатации в сложных условиях.2. High corrosion resistance. The material does not react to moisture, which determines a long service life when used in difficult conditions.
3. Хорошая свариваемость.3. Good weldability.
При этом следует учитывать, что указанные характеристики отсутствуют у оловянистых бронзовых сплавов, что делает применение их в данном способе сварки невозможным.It should be taken into account that the indicated characteristics are absent in tin bronze alloys, which makes their use in this welding method impossible.
Была осуществлена лазерная сварка мембраны из дисперсионно-твердеющих жаропрочного сплава и основания их коррозионностойкой стали различными способами: без использования переходного материала (фиг. 3а) и использованием вставок (фиг. 3б) из различных материалов путем наплавления их на свариваемые кромки мембраны с основанием. Сварка осуществлялась внахлёст в защитной среде аргона импульсами прямоугольной формы на установке LRS300. В качестве образцов использовались тонкостенная пластина 4 из сплава 36НХТЮ толщиной 0,2 мм в качестве мембраны и пластина 5 из 12Х18Н10Т толщиной 2 мм в качестве основания. В качестве вставки 6 (присадки) использовалась проволока из никелевого сплава НП2 и бронзового сплава БрБ2.Laser welding of a membrane made of a dispersion-hardening heat-resistant alloy and a base of their corrosion-resistant steel was carried out in various ways: without the use of a transition material (Fig. 3a) and using inserts (Fig. 3b) from various materials by fusing them onto the welded edges of the membrane with the base. Welding was carried out overlapping in a protective atmosphere of argon with rectangular pulses on an LRS300 installation. The samples used were thin-walled plate 4 made of alloy 36НХТУ with a thickness of 0.2 mm as a membrane and plate 5 made of 12Х18Н10Т with a thickness of 2 mm as a base. Wire made of nickel alloy NP2 and bronze alloy BrB2 was used as insert 6 (additive).
Режимы сварки приведены в таблице, где:Welding modes are given in the table, where:
E – энергия лазерного луча (Дж);E – laser beam energy (J);
t – длительность импульса (мс);t – pulse duration (ms);
f – частота следования импульсов (Гц);f – pulse repetition frequency (Hz);
N – диаметр пятна по шкале Лимба.N is the diameter of the spot on the Limb scale.
Примеры микрошлифов швов, полученных при различных режимах сварки, представлены на фиг. 4:Examples of microsections of seams obtained under different welding modes are presented in Fig. 4:
а – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ без присадки;a – welded connection of parts made of 12Х18Н10Т and 36НХТУ without additive;
б – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ через никелевую присадку НП2;b – welded connection of parts made of 12Х18Н10Т and 36НХТУ through the nickel additive NP2;
в – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ через бронзовую присадку БрБ2.c – welded connection of parts made of 12Х18Н10Т and 36НХТУ through the bronze additive BrB2.
В результате испытаний полностью подтверждено повышение надежности сварного соединения сплава 36НХТЮ со сталью 12Х18Н10Т через присадку из бронзовых сплавов, в частности БрБ2, по сравнению с соединением деталей без присадок и через присадки из иных материалов.As a result of the tests, the increased reliability of the welded joint of the 36NHTYU alloy with 12Х18Н10Т steel through an additive made of bronze alloys, in particular BrB2, was fully confirmed, compared to the connection of parts without additives and through additives made of other materials.
Также в результате испытаний полностью подтверждено повышение надежности сварного соединения сплавов 42НХТЮА, 40КХНМ со сталью 14Х18Н10Т через присадку из бронзовых сплавов, в частности БрКМц, по сравнению с соединением деталей без присадок и через присадки из иных материалов.Also, as a result of the tests, the increase in the reliability of the welded connection of alloys 42НХТУА, 40КХНМ with steel 14Х18Н10Т through an additive made of bronze alloys, in particular BrKMts, was fully confirmed, compared to the connection of parts without additives and through additives made of other materials.
Изобретение расширяет границы применения дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов при производстве приборов точной механики, в атомной, космической промышленности, а также в других областях машиностроения.The invention expands the scope of application of dispersion-hardening heat-resistant alloys in the production of precision mechanics instruments, in the nuclear and space industries, as well as in other areas of mechanical engineering.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809102C1 true RU2809102C1 (en) | 2023-12-06 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU585927A1 (en) * | 1975-07-25 | 1977-12-30 | Предприятие П/Я В-2616 | Method of welding high-alloy steels |
| SU1722733A1 (en) * | 1988-07-26 | 1992-03-30 | Предприятие П/Я А-1897 | Consumable electrode arc welding burner |
| RU2325252C2 (en) * | 2006-05-24 | 2008-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Method of fusion welding of copper and its alloys with steel |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU585927A1 (en) * | 1975-07-25 | 1977-12-30 | Предприятие П/Я В-2616 | Method of welding high-alloy steels |
| SU1722733A1 (en) * | 1988-07-26 | 1992-03-30 | Предприятие П/Я А-1897 | Consumable electrode arc welding burner |
| RU2325252C2 (en) * | 2006-05-24 | 2008-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Method of fusion welding of copper and its alloys with steel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Influence of processing parameters on the characteristics of stainless steel/copper laser welding | |
| CN105855705B (en) | A kind of stainless steel titanium alloy dissimilar metal method for laser welding | |
| Liedl et al. | Joining of aluminum and steel in car body manufacturing | |
| P’ng et al. | Q-switch Nd: YAG laser welding of AISI 304 stainless steel foils | |
| JP2007075895A (en) | Material composite provided with intermediate piece formed by explosive welding | |
| KR20010110152A (en) | Method for the projection welding of high-carbon steels and high-tension low-alloy steels | |
| Nekouie Esfahani et al. | Microstructural and mechanical characterisation of laser-welded high-carbon and stainless steel | |
| RU2809102C1 (en) | Method for welding dispersion-hardening alloys with corrosion-resistant steels | |
| Huang et al. | Effect of Swing-Spiral-Trajectory on pulsed fiber laser welding stainless steel/Copper dissimilar metals | |
| Manh et al. | Successful joining of ultra-thin AA3003 aluminum alloy sheets by the novel GTAW process | |
| Zhang et al. | Microstructure and mechanical property improvement in laser-welded TC4 titanium alloy and 301L stainless steel joints without filler metal | |
| Weigl et al. | Modulated laser spot welding of dissimilar copper-aluminum connections | |
| Różowicz et al. | An analysis of the microstructure, macrostructure and microhardness of NiCr-Ir joints produced by laser welding with and without preheat | |
| Dasgupta et al. | Alloying based laser welding of galvanized steel | |
| Habib et al. | Experimental study of spot weld parameters in resistance spot welding process | |
| Višniakov et al. | Laser welding of copper‐niobium microcomposite wires for pulsed power applications | |
| RU2450197C1 (en) | Joint of pipeline from stainless steel with vessel from titanium alloy and method of its realisation | |
| CN109848643B (en) | Method for improving corrosion resistance of 7075 aluminum alloy friction stir welding joint | |
| Chaturvedi et al. | Welding: An Overview | |
| Mezher et al. | Modelling and experimental study of dissimilar arc stud welding of AISI 304L to AISI 316L stainless steel | |
| EA028399B1 (en) | Method for laser welding of parts made of dissimilar metals | |
| Pieters et al. | Laser welding of zinc coated steel in overlap configuration with zero gap | |
| Spina et al. | Laser welding of aluminium-steel clad materials for naval applications | |
| Theron et al. | CW Nd: YAG laser welding of dissimilar sheet metals | |
| Safta et al. | STUDY ON THE EFFICIENCY OF SPOT WELDING TECHNOLOGIES FOR STAINLESS STEEL THIN SHEETS USING CONCENTRATED ENERGIES |