RU2809102C1 - Способ сварки дисперсионно-твердеющих сплавов с коррозионностойкими сталями - Google Patents
Способ сварки дисперсионно-твердеющих сплавов с коррозионностойкими сталями 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
Изобретение относится к области технологий лазерной сварки, представляет собой способ соединения дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов и коррозионностойких сталей через переходной слой из бронзовых сплавов и может быть использовано при производстве приборов точной механики, в атомной, космической промышленности и других областях машиностроения. При реализации способа между свариваемыми кромками в качестве переходного металла помещают вставку, выполненную из бронзового сплава, кроме сплава оловянистой бронзы, 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. Обеспечивается повышение надежности сварного соединения. 4 ил., 1 табл.
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.
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.
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.
Данный способ несовместим с точным приборостроением из-за термической обработки деталей под сварку, особенностей технологии аргонодуговой сварки и ввиду отрицательного результата проведенного исследования.
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.
Техническим результатом является повышение надежности сварного соединения.
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.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 2 представлена схема соединения деталей из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава и коррозионностойкой стали со вставной из бронзового сплава, где:
1 – деталь из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава;
2 – деталь из коррозионностойкой стали;
3 – вставка из бронзового сплава.
На фиг. 3 представлена схема соединения деталей из дисперсионно-твердеющего жаропрочного сплава 36НХТЮ и коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т со вставной из бронзового сплава БрБ2, где:
4 – деталь из сплава 36НХТЮ;
5 – вставка из бронзового сплава БрБ2;
6 – деталь из стали 12Х18Н10Т.
На фиг. 4 представлены изображения микрошлифов образцов сварки различными способами.
Способ сварки дисперсионно-твердеющих сплавов с деталями из коррозионностойких сталей реализуется следующим образом (фиг. 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.
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.
Выбор бронзового сплава в качестве переходного металла для сварки обусловлен его свойствами.
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.
2. Высокое сопротивление коррозии. Материал не реагирует на воздействие влаги, что определяет длительный срок службы при эксплуатации в сложных условиях.
3. Хорошая свариваемость.
При этом следует учитывать, что указанные характеристики отсутствуют у оловянистых бронзовых сплавов, что делает применение их в данном способе сварки невозможным.
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.
Режимы сварки приведены в таблице, где:
E – энергия лазерного луча (Дж);
t – длительность импульса (мс);
f – частота следования импульсов (Гц);
N – диаметр пятна по шкале Лимба.
Примеры микрошлифов швов, полученных при различных режимах сварки, представлены на фиг. 4:
а – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ без присадки;
б – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ через никелевую присадку НП2;
в – сварное соединение деталей из 12Х18Н10Т и 36НХТЮ через бронзовую присадку БрБ2.
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.
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.
Изобретение расширяет границы применения дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов при производстве приборов точной механики, в атомной, космической промышленности, а также в других областях машиностроения.
Claims (1)
- Способ сварки дисперсионно-твердеющих стальных сплавов с коррозионностойкими сталями, заключающийся в том, что между кромками свариваемых деталей в качестве переходного металла помещают вставку, выполненную из бронзы, кроме оловянистой бронзы, таким образом, чтобы она выступала над поверхностью каждой из свариваемых деталей, после 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.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809102C1 true RU2809102C1 (ru) | 2023-12-06 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU585927A1 (ru) * | 1975-07-25 | 1977-12-30 | Предприятие П/Я В-2616 | Способ сварки высоколегированных сталей |
| SU1722733A1 (ru) * | 1988-07-26 | 1992-03-30 | Предприятие П/Я А-1897 | Горелка дл дуговой сварки плав щимс электродом |
| RU2325252C2 (ru) * | 2006-05-24 | 2008-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ сварки плавлением меди и ее сплавов со сталями |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU585927A1 (ru) * | 1975-07-25 | 1977-12-30 | Предприятие П/Я В-2616 | Способ сварки высоколегированных сталей |
| SU1722733A1 (ru) * | 1988-07-26 | 1992-03-30 | Предприятие П/Я А-1897 | Горелка дл дуговой сварки плав щимс электродом |
| RU2325252C2 (ru) * | 2006-05-24 | 2008-05-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ сварки плавлением меди и ее сплавов со сталями |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Influence of processing parameters on the characteristics of stainless steel/copper laser welding | |
| Liedl et al. | Joining of aluminum and steel in car body manufacturing | |
| JP2007075895A (ja) | 爆発溶接で形成される中間片を備えた材料複合体 | |
| KR20010110152A (ko) | 고탄소강재, 고장력 저합금강재의 프로젝션 용접 방법 | |
| Nekouie Esfahani et al. | Microstructural and mechanical characterisation of laser-welded high-carbon and stainless steel | |
| RU2809102C1 (ru) | Способ сварки дисперсионно-твердеющих сплавов с коррозионностойкими сталями | |
| Kumar et al. | Investigation and enhancement of mechanical properties of SS-316 weldment using TiO2-SiO2-Al2O3 hybrid flux | |
| 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 | |
| Višniakov et al. | Laser welding of copper‐niobium microcomposite wires for pulsed power applications | |
| RU2450197C1 (ru) | Узел соединения трубопровода из нержавеющей стали с сосудом из титанового сплава и способ его изготовления | |
| CN109848643B (zh) | 一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法 | |
| 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 (ru) | Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов | |
| 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 | |
| JP3705171B2 (ja) | レーザ溶接された鋼構造部材及びその鋼構造部材に用いる鋼材 | |
| JP2000102890A (ja) | 溶接方法，溶接継手及び溶接構造物 | |
| 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 |