RU2106230C1 - Method for manufacture of soldered telescopic construction - Google Patents

Method for manufacture of soldered telescopic construction Download PDF

Info

Publication number
RU2106230C1
RU2106230C1 RU96117594A RU96117594A RU2106230C1 RU 2106230 C1 RU2106230 C1 RU 2106230C1 RU 96117594 A RU96117594 A RU 96117594A RU 96117594 A RU96117594 A RU 96117594A RU 2106230 C1 RU2106230 C1 RU 2106230C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal expansion
coefficient
soldering
outer shell
compensator
Prior art date
Application number
RU96117594A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96117594A (en
Inventor
В.Н. Семенов
Г.Г. Деркач
Original Assignee
Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко filed Critical Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко
Priority to RU96117594A priority Critical patent/RU2106230C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2106230C1 publication Critical patent/RU2106230C1/en
Publication of RU96117594A publication Critical patent/RU96117594A/en

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: method involves making outer shell of construction from two members 1 and 2 welded along joint 3; assembling outer and inner shells and positioning them on thermal compensator having ring 6 and truncated cone 7. Ring 6 is made from material with thermal expansion coefficient equal to that of material of shell 4. Truncated cone 7 is made from material with thermal expansion coefficient exceeding that of material of member 1. Auxiliary thermal compensator 8 positioned on member 1 has thermal expansion coefficient equal to that of material of member 2. Method further involves heating, soldering and cooling assembled unit. Method allows joint free of cracks to be obtained. EFFECT: increased efficiency, simplified method and improved parameters of construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки и пайки, в частности к способам изготовления паяной телескопической конструкции, и может найти применение в энергетическом машиностроении и других отраслях техники. The invention relates to the field of welding and soldering, in particular to methods for manufacturing a soldered telescopic structure, and can find application in power engineering and other industries.

Известен способ изготовления паяной телескопической конструкции, состоящей из разнородных материалов, при котором внутрь собранной конструкции устанавливают кольцо с коэффициентом термического расширения, близким коэффициенту термического расширения материала внутренней оболочки, все это помещают на оправке, выполненной в виде усеченного конуса из материала, коэффициент термического расширения которого равен или больше коэффициента термического расширения материала наружной оболочки. После сборки осуществляют нагрев, при этом паяемые детали опускаются под действием собственного веса или дополнительной нагрузки по конусу, расширяющемуся в меньшем сечении. После пайки конструкцию вместе с оправкой охлаждают. A known method of manufacturing a soldered telescopic structure, consisting of dissimilar materials, in which a ring with a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the material of the inner shell is installed inside the assembled structure, all this is placed on a mandrel made in the form of a truncated cone of material, the coefficient of thermal expansion of which equal to or greater than the coefficient of thermal expansion of the material of the outer shell. After assembly, heating is carried out, while the soldered parts are lowered under the action of their own weight or additional load on the cone, expanding in a smaller section. After soldering, the structure together with the mandrel is cooled.

Однако этот способ не позволяет качественно спаять телескопические конструкции сложной конфигурации, когда, например, наружная оболочка содержит два элемента из разнородных материалов. Причиной является появление трещин в металле наружной оболочки вследствие одновременного воздействия на него расплавленного припоя и растягивающих напряжений, возникающих в процессе сварки двух элементов. However, this method does not allow high-quality soldering of telescopic structures of complex configuration when, for example, the outer shell contains two elements of dissimilar materials. The reason is the appearance of cracks in the metal of the outer shell due to the simultaneous exposure to it of molten solder and tensile stresses arising during the welding of two elements.

Задачей изобретения является получение качественной телескопической конструкции без трещин в основном металле на границе с паяным швом. The objective of the invention is to obtain a high-quality telescopic structure without cracks in the base metal at the border with the soldered seam.

Для этого в способе изготовления паяной телескопической конструкции, состоящей из толстостенной наружной и тонкостенной внутренней оболочек из разнородных материалов, включающем сборку под пайку путем размещения конструкции на термокомпенсаторе, выполненном в виде усеченного конуса с посаженным на нем кольцом из материала с коэффициентом термического расширения, равным коэффициенту термического расширения материала внутренней оболочки, нагрев, пайку и охлаждение, наружную оболочку изготавливают из двух элементов из разнородных материалов, которые сваривают между собой, располагая один из них вне зоны пайки, причем элемент, расположенный вне зоны пайки, выполняют из материала с коэффициентом термического расширения, меньшим коэффициента термического расширения материала элемента, расположенного в зоне пайки, термокомпенсатор в виде усеченного конуса выполняют из материала с коэффициентом термического расширения, равным или большим коэффициента термического расширения материала элемента наружной оболочки, расположенного в зоне пайки, а в процессе сборки под пайку на наружной оболочке размещают с возможностью контактирования его с ее элементами и сварным швом дополнительный термокомпенсатор, выполненный из материала с коэффициентом термического расширения, равным коэффициенту термического расширения элемента, расположенного вне зоны пайки. To this end, in a method of manufacturing a soldered telescopic structure, consisting of a thick-walled outer and thin-walled inner shells made of dissimilar materials, including assembly under soldering by placing the structure on a temperature compensator made in the form of a truncated cone with a ring made of material with a coefficient of thermal expansion equal to the coefficient thermal expansion of the material of the inner shell, heating, soldering and cooling, the outer shell is made of two elements of heterogeneous materials materials that are welded together, placing one of them outside the soldering zone, and the element located outside the soldering zone is made of material with a thermal expansion coefficient less than the thermal expansion coefficient of the material of the element located in the soldering zone, the truncated cone thermal compensator is made of material with a coefficient of thermal expansion equal to or greater than the coefficient of thermal expansion of the material of the element of the outer shell located in the soldering zone, and during assembly under yku placed on the outer shell with the possibility of contacting it with its elements and an additional weld thermal compensator made of a material with a thermal expansion coefficient equal to the coefficient of thermal expansion element arranged outside the soldering area.

На чертеже представлено схематичное изображение корпуса в виде телескопической конструкции, спаянной в соответствии с предложенной технологией. The drawing shows a schematic illustration of the housing in the form of a telescopic structure, welded in accordance with the proposed technology.

Способ в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом. The method in accordance with the invention is as follows.

Собирают корпус в виде телескопической конструкции, содержащей толстостенную наружную оболочку и тонкостенную внутреннюю оболочку 4. Толстостенная наружная оболочка выполнена сварной и содержит элементы 1 и 2 из разнородных материалов, причем коэффициент термического расширения материала элемента 2 меньше коэффициента термического расширения материала элемента 1. Предварительно элементы 1 и 2 наружной оболочки сваривают между собой с образованием толстого сварного шва 3. Сварной шов 3 выполняют с помощью сварочной проволоки, химический состав которой близок к химическому составу элемента 2 наружной оболочки, для того, чтобы получить прочность шва не менее 0,85 прочности основного металла. Между элементом 1 и внутренней оболочкой 4 располагают припой 5. С внутренней ее стороны устанавливают термокомпенсатор, выполненный в виде кольца 6 из материала с коэффициентом термического расширения, равным коэффициенту термического расширения внутренней оболочки 4 и усеченного конуса 7 из материала с коэффициентом термического расширения, равным или большим коэффициента термического расширения материала элемента 1. По наружному диаметру элемента 1 размещают дополнительный термокомпенсатор 8 так, чтобы он граничил с элементом 2 и сварным швом 3. Дополнительный термокомпенсатор 8 выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого равен коэффициенту термического расширения материала элемента 2, а значит, и меньше коэффициента термического расширения материала элемента 1 наружной оболочки корпуса, находящегося в зоне пайки. Необходимость соблюдения этого условия обусловлена следующими соображениями. Элементы 1 и 2 связаны между собой толстым сварным швом 3, граничащим с дополнительным термокомпенсатором 8. Поскольку химический состав и физико-механические свойства материала сварного шва 3 аналогичны свойствам материала элемента 2, то в процессе пайки сварной шов 3 является передаточным звеном от действия элемента 2. В случае несоблюдения условия однотипности материалов элемента 2 и дополнительного термокомпенсатора 8 в последнем в процессе пайки корпуса появятся растягивающие напряжения от действия элементов 1, 2 и шва 3, что приведет к неравномерной деформации дополнительного термокомпенсатора 8 и как следствие к неспаю и появлению трещин в паяном соединении. The housing is assembled in the form of a telescopic structure containing a thick-walled outer shell and a thin-walled inner shell 4. The thick-walled outer shell is welded and contains elements 1 and 2 of dissimilar materials, and the coefficient of thermal expansion of the material of element 2 is less than the coefficient of thermal expansion of the material of element 1. Previously, elements 1 and 2 outer shells are welded together with the formation of a thick weld 3. The weld 3 is performed using a welding wire, chemical the composition of which is close to the chemical composition of the outer shell element 2, in order to obtain a weld strength of at least 0.85 of the strength of the base metal. A solder 5 is arranged between the element 1 and the inner shell 4. On its inner side, a thermal compensator is installed, made in the form of a ring 6 of material with a coefficient of thermal expansion equal to the coefficient of thermal expansion of the inner shell 4 and a truncated cone 7 of material with a coefficient of thermal expansion equal to or large coefficient of thermal expansion of the material of the element 1. On the outer diameter of the element 1 place an additional temperature compensator 8 so that it borders on the element 2 and weld seam 3. An additional temperature compensator 8 is made of a material whose thermal expansion coefficient is equal to the thermal expansion coefficient of the material of element 2, and therefore less than the coefficient of thermal expansion of the material of element 1 of the outer shell of the casing located in the soldering zone. The need to comply with this condition is due to the following considerations. Elements 1 and 2 are interconnected by a thick weld seam 3 bordering an additional temperature compensator 8. Since the chemical composition and physicomechanical properties of the material of the weld seam 3 are similar to the properties of the material of element 2, in the process of soldering, the weld seam 3 is a transmission link from the action of element 2 . In the case of non-compliance with the conditions for the uniformity of the materials of element 2 and the additional temperature compensator 8, tensile stresses from the action of elements 1, 2 and weld 3 will appear in the latter during the soldering process, which will lead to eravnomernoy deformation additional thermal compensator 8, and as a consequence to nespayu and occurrence of cracks in the solder joint.

При изготовлении дополнительного термокомпенсатора 8 предварительно толщину его стенки рассчитывают в зависимости от толщины элемента 1 наружной оболочки и свойств выбранных материалов. Толщина стенки должна быть такой, чтобы в процессе пайки дополнительный термокомпенсатор 8 амортизировал усилия растяжения в элементе 1 от действия сварного шва и элемента 2. Толщину стенки дополнительного термокомпенсатора определяют из соотношения:

Figure 00000002

где δк - толщина стенки компенсатора,
δнар.об. - толщина элемента 1 наружной оболочки,
Eнар.об. - модуль упругости материала элемента 1 наружной оболочки,
αнар.об. - коэффициент термического расширения материала элемента 1 наружной оболочки,
Eк - модуль упругости материала компенсатора,
αк - коэффициент термического расширения материала компенсатора.In the manufacture of an additional temperature compensator 8, the preliminary wall thickness is calculated depending on the thickness of the outer shell element 1 and the properties of the selected materials. The wall thickness should be such that during brazing, the additional thermal compensator 8 absorbs the tensile forces in element 1 from the action of the weld and element 2. The wall thickness of the additional thermal compensator is determined from the ratio:
Figure 00000002

where δ to - the wall thickness of the compensator,
δ nar.ob. - the thickness of the element 1 of the outer shell,
E nar.ob. - the elastic modulus of the material of the element 1 of the outer shell,
α nar.ob. - coefficient of thermal expansion of the material of the element 1 of the outer shell,
E to - the modulus of elasticity of the material of the compensator,
α to - coefficient of thermal expansion of the material of the compensator.

Процессы нагрева и пайки осуществляют в печи в среде защитного газа - аргона под давлением 0,1 - 0,3 кгс/см2. Температуру пайки выбирают в зависимости от материала паяемых оболочек. В процессе охлаждения конструкции с температуры пайки в интервале кристаллизации припоя плотный контакт между элементом 1 наружной оболочки и внутренней оболочкой 4 сохраняется за счет действия термокомпенсатора 7.The heating and soldering processes are carried out in a furnace in a shielding gas - argon atmosphere under a pressure of 0.1 - 0.3 kgf / cm 2 . The soldering temperature is selected depending on the material of the brazed shells. In the process of cooling the structure from the soldering temperature in the interval of solder crystallization, the tight contact between the element 1 of the outer shell and the inner shell 4 is maintained due to the action of the temperature compensator 7.

Анализ паяных соединений конструкции показал на отсутствие в них таких дефектов, как трещины и неспаи. Устранение дефектов обусловлено отсутствием деформации элемента 1, находящегося в зоне пайки. Предотвращение образования дефектов в элементе 1 было достигнуто за счет использования дополнительного термокомпенсатора 8, коэффициент термического расширения материала которого меньше коэффициента термического расширения материала элемента 1 и идентичен коэффициенту термического расширения материала элемента 2 наружной оболочки и материала сварного шва 3. Это обеспечило в процессе пайки увеличение его размера в меньшей степени по сравнению с элементом 1 и в равной степени с элементом 2 и сварным швом 3. Analysis of soldered joints of the structure showed the absence of defects such as cracks and joints. The elimination of defects is due to the absence of deformation of the element 1 located in the soldering zone. The prevention of the formation of defects in element 1 was achieved by using an additional thermal compensator 8, the coefficient of thermal expansion of the material of which is less than the coefficient of thermal expansion of the material of element 1 and is identical to the coefficient of thermal expansion of the material of element 2 of the outer shell and the material of the weld 3. This ensured an increase in the process of soldering size to a lesser extent compared with element 1 and equally with element 2 and weld 3.

Применение данного способа обеспечило 100% выход годной продукции за счет повышения герметичности паяных соединений. The application of this method provided 100% yield by increasing the tightness of soldered joints.

Пример осуществления предложенного способа. Собирали корпус, содержащий наружную оболочку из сваренных между собой элемента 1 из никелевого сплава ЭИ-435 и элемента 2 из высоколегированной стали ВНС-25. Толщина оболочки - 30 мм. Сварной шов выполнен многослойным: с внутренней стороны с помощью электронно-лучевой сварки, с наружной - аргоно-дуговой в среде защитного газа. Сварку осуществляли с помощью сварочной проволоки на основе железа с добавками хрома и никеля и близкой по химическому составу к материалу элемента 2 наружной оболочки корпуса. Внутренняя его оболочка выполнена из серебряного сплава. Между ней и элементом 1 наружной оболочки, находящимся в зоне пайки, располагали припой на основе серебра. С внутренней стороны оболочки устанавливали термокомпенсатор 7, а на наружной оболочке - дополнительный термокомпенсатор 8, выполненный из стали ВНС-25. Толщина стенки его рассчитана с учетом полученных экспериментальных данных и равна 34 мм. Расчет проводили, выбирая характеристики стали ВНС-25 и никелевого сплава ЭИ-435 при температуре 600oC, т.к. начиная с этой температуры их коэффициенты термического расширения максимально отличаются по величине. Зазор между стенками элемента 1 и дополнительным термокомпенсатором 8 составлял 0,1 мм. Пайку осуществляли в печи в атмосфере аргона при температуре 770±5oC с выдержкой при ней 3 - 5 мин.An example implementation of the proposed method. A housing was assembled containing an outer shell of element EI-435 nickel alloy 1 and the element 2 made of high-alloy steel VNS-25 welded together. The shell thickness is 30 mm. The weld is multilayer: from the inside using electron beam welding, from the outside - argon-arc in a shielding gas environment. Welding was carried out using an iron-based welding wire with the addition of chromium and nickel and a chemical composition similar to the material of element 2 of the outer shell of the body. Its inner shell is made of silver alloy. Between it and the element 1 of the outer shell located in the soldering zone, there was a silver based solder. A temperature compensator 7 was installed on the inner side of the shell, and an additional temperature compensator 8, made of VNS-25 steel, was installed on the outer shell. Its wall thickness is calculated taking into account the obtained experimental data and is equal to 34 mm. The calculation was carried out by choosing the characteristics of the VNS-25 steel and the nickel alloy EI-435 at a temperature of 600 o C, because starting from this temperature, their coefficients of thermal expansion differ as much as possible. The gap between the walls of the element 1 and the additional temperature compensator 8 was 0.1 mm. The soldering was carried out in a furnace in an argon atmosphere at a temperature of 770 ± 5 o C with holding it for 3-5 minutes.

Металлографические исследования паяных соединений показали отсутствие в них дефектов: трещин и неспаев. Гидроиспытания не обнаружили негерметичности паяных конструкций. Metallographic studies of soldered joints showed the absence of defects: cracks and joints. Hydrotest did not detect leaks in soldered structures.

Claims (1)

Способ изготовления паяной телескопической конструкции, состоящей из толстостенной наружной и тонкостенной внутренней оболочек из разнородных материалов, включающий сборку под пайку конструкции путем размещения ее на термокомпенсаторе, выполненном в виде усеченного конуса с посаженным на нем кольцом из материала с коэффициентом термического расширения, равным коэффициенту термического расширения внутренней оболочки, пайку и охлаждение, отличающийся тем, что наружную оболочку изготавливают из двух элементов из разнородных материалов, которые сваривают между собой, располагая один из них вне зоны пайки, причем элемент, расположенный вне зоны пайки, выполняют из материала с коэффициентом термического расширения, меньшим коэффициента термического расширения материала элемента, расположенного в зоне пайки, термокомпенсатор в виде усеченного конуса выполняют из материала с коэффициентом термического расширения, равным или большим коэффициента термического расширения материала элемента наружной оболочки, расположенного в зоне пайки, а в процессе сборки под пайку на наружной оболочке размещают с возможностью контактирования с ее элементами и сварным швом дополнительный термокомпенсатор, выполненный из материала с коэффициентом термического расширения, равным коэффициенту термического расширения элемента, расположенного вне зоны пайки. A method of manufacturing a soldered telescopic structure consisting of a thick-walled outer and thin-walled inner shells of dissimilar materials, including assembling for soldering the structure by placing it on a temperature compensator made in the form of a truncated cone with a ring made of material with a coefficient of thermal expansion equal to the coefficient of thermal expansion inner shell, soldering and cooling, characterized in that the outer shell is made of two elements from dissimilar materials s, which are welded together, placing one of them outside the soldering zone, and the element located outside the soldering zone is made of material with a coefficient of thermal expansion less than the coefficient of thermal expansion of the material of the element located in the soldering zone, the temperature compensator in the form of a truncated cone is made of material with a coefficient of thermal expansion equal to or greater than the coefficient of thermal expansion of the material of the element of the outer shell located in the soldering zone, and during assembly under soldering an outer shell disposed to come into contact with its elements and an additional weld thermal compensator made of a material with a thermal expansion coefficient equal to the coefficient of thermal expansion element arranged outside the soldering area.
RU96117594A 1996-09-05 1996-09-05 Method for manufacture of soldered telescopic construction RU2106230C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96117594A RU2106230C1 (en) 1996-09-05 1996-09-05 Method for manufacture of soldered telescopic construction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96117594A RU2106230C1 (en) 1996-09-05 1996-09-05 Method for manufacture of soldered telescopic construction

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2106230C1 true RU2106230C1 (en) 1998-03-10
RU96117594A RU96117594A (en) 1998-08-27

Family

ID=20185046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96117594A RU2106230C1 (en) 1996-09-05 1996-09-05 Method for manufacture of soldered telescopic construction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2106230C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694410C1 (en) * 2018-04-23 2019-07-12 Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (АО "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") Method of heat exchanger soldering
CN112338309A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 西安远航真空钎焊技术有限公司 Workpiece joint vacuum brazing method based on strength compensation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2694410C1 (en) * 2018-04-23 2019-07-12 Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (АО "ГКНПЦ им. М.В. Хруничева") Method of heat exchanger soldering
CN112338309A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 西安远航真空钎焊技术有限公司 Workpiece joint vacuum brazing method based on strength compensation
CN112338309B (en) * 2020-10-23 2022-03-11 西安远航真空钎焊技术有限公司 Workpiece joint vacuum brazing method based on strength compensation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4533806A (en) Method of manufacturing bimetallic tubes
US3025596A (en) Braze bonding of concentric tubes and shells and the like
JPH0724941B2 (en) Semi-finished product for use in manufacturing inner clad tubular product and method of manufacturing inner clad tubular product
US4886203A (en) Method of producing by brazing bimetallic cylindrical articles
US4949895A (en) Process of fixing internally titanium-lined doubled-walled tubing structure to titanium tube sheet
RU2007239C1 (en) Method and blank for manufacturing bimetal tubes and tube itself
US3652237A (en) Composite brazing alloy of titanium, copper and nickel
US2977675A (en) Methods of making copper-aluminum joints
RU2106230C1 (en) Method for manufacture of soldered telescopic construction
US3602978A (en) Method of forming bimetallic transition joints
RU2106941C1 (en) Process of soldering of telescopic structures
GB2308822A (en) Arrangement for welding a basic element to another steel component
JPH08301669A (en) Preparation of thermally highly loadable structural part
JP3419994B2 (en) Joint for liquid phase diffusion joining of steel pipe with high joining strength
US4881679A (en) Subassembly for use in manufacturing a tubular product
JPS6046889A (en) Production of multi-layered roll
RU2207236C1 (en) Titanium-steel reducer
RU2109606C1 (en) Method of making soldered telescopic structures
JPH0138568B2 (en)
RU2106231C1 (en) Method for obtaining welded-soldered telescopic joint from alloy steels
RU2156181C2 (en) Bevel construction manufacturing method
SU1639918A1 (en) Blank for bimetallic pipes manufacture
JPH0144408B2 (en)
RU2098243C1 (en) Method of contact-reaction soldering of copper-steel structures
RU2450196C1 (en) Joint of pipeline from stainless steel with vessel from titanium alloy and method of its realisation