RU2049622C1 - Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys - Google Patents
Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2049622C1 RU2049622C1 RU93031199A RU93031199A RU2049622C1 RU 2049622 C1 RU2049622 C1 RU 2049622C1 RU 93031199 A RU93031199 A RU 93031199A RU 93031199 A RU93031199 A RU 93031199A RU 2049622 C1 RU2049622 C1 RU 2049622C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- niobium
- welding
- refractory metal
- thickness
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварке плавлением разнородных металлов, например молибдена со сталью, молибдена с железо-никелевым сплавом, молибдена с коваром, и может быть использовано в производстве теплообменных элементов. The invention relates to fusion welding of dissimilar metals, for example, molybdenum with steel, molybdenum with an iron-nickel alloy, molybdenum with treacherous, and can be used in the production of heat exchange elements.
Известен способ сварки плавлением тугоплавких металлов со сталью через промежуточную прокладку из меди, в которой между свариваемыми металлами вводят медную фольгу толщиной 0,1 мм и расплавляют только кромку стали [1]
К недостаткам указанного способа следует отнести низкое качество сварного соединения вследствие образования хрупких интерметаллидов тугоплавкого металла с компонентами стали, так как в данном сочетании медь не может являться барьером из-за ее интенсивного испарения из зоны соединения и проникновения в сталь.A known method of fusion welding of refractory metals with steel through an intermediate gasket of copper, in which a 0.1 mm thick copper foil is introduced between the metals being welded and only the edge of the steel is melted [1]
The disadvantages of this method include the poor quality of the welded joint due to the formation of brittle intermetallic compounds of refractory metal with steel components, since in this combination copper cannot be a barrier due to its intense evaporation from the joint zone and penetration into steel.
Наиболее близким по техническим сущностям и достигаемым результатам к изобретению является способ сварки плавлением с применением промежуточной барьерной прокладки из сплава, содержащего 35% никеля и 65% меди, при котором расплавлению подвергают только кромку стали и промежуточную прокладку [2]
Недостатками прототипа являются низкое качество сварного соединения, ограниченность выбора диапазона режимов сварки, существенное изменение состава шва, обусловленное недостаточной стойкостью барьерной прокладки вследствие испарения ее компонентов, интенсивного растворения тугоплавкого металла и прокладки в металле шва из-за непосредственного их контакта при высокой температуре нагрева (1440-1500оС) с расплавленной сталью, что приводит к образованию хрупкой прослойки интерметаллидов в шве и снижению механических свойств (прочность и пластичность).The closest in technical essence and the achieved results to the invention is a fusion welding method using an intermediate barrier gasket of an alloy containing 35% nickel and 65% copper, in which only the steel edge and the intermediate gasket are melted [2]
The disadvantages of the prototype are the low quality of the welded joint, the limited choice of the range of welding modes, a significant change in the composition of the weld, due to the insufficient stability of the barrier gasket due to the evaporation of its components, intensive dissolution of the refractory metal and gasket in the weld metal due to their direct contact at a high heating temperature (1440 -1500 о С) with molten steel, which leads to the formation of a brittle layer of intermetallic compounds in the weld and a decrease in mechanical properties (strength and ductility).
Целью изобретения является повышение прочности и пластичности сварного соединения. The aim of the invention is to increase the strength and ductility of the welded joint.
Это достигается тем, что в способе сварки плавлением тугоплавкого металла со сплавами на основе железа процесс осуществляется с использованием промежуточной барьерной вставки, состоящей из ниобия и меди определенных толщин (ниобий 0,07-0,1 мм), причем толщина слоя из меди к слою из ниобия относится как 0,8-1,4. Перед сваркой к тугоплавкому металлу предварительно припаивают ниобиевую прокладку медным припоем, являющимся компонентом барьерного слоя. В результате этого на поверхности тугоплавкого металла формируется барьерный слой, состоящий из ниобия и меди. This is achieved by the fact that in the method of fusion welding of a refractory metal with iron-based alloys, the process is carried out using an intermediate barrier insert consisting of niobium and copper of certain thicknesses (niobium 0.07-0.1 mm), and the thickness of the layer from copper to layer from niobium refers as 0.8-1.4. Before welding, the niobium gasket is pre-soldered to the refractory metal with copper solder, which is a component of the barrier layer. As a result of this, a barrier layer consisting of niobium and copper is formed on the surface of the refractory metal.
Выбор ниобия в качестве основного барьерного подслоя обусловлен высокой температурой его плавления (2400оС), что предупреждает контакт расплавленной стали с медью, а выбор толщины ниобия 0,07-0,1 мм определяется условиями его взаимодействия со сталью с целью исключения образования интерметаллидных фаз ниобий-железо и для плавного перехода коэффициента линейного расширения от сплава на основе железа к тугоплавкому металлу. При толщине ниобиевой прокладки менее 0,07 мм в процессе сварки происходит быстрое растворение ниобия в жидкой стали, испарение меди и взаимодействие стали с тугоплавким металлом. Качество сварного соединения снижается. Разрушение при механических испытаниях происходит по стыку. Увеличение толщины ниобиевой прокладки более 0,01 мм может привести при сварке к превышению предела растворимости ниобия в жидкой стали и образованию интерметаллидных прослоек, ухудшающих свойства соединения.Selection of niobium as the main barrier sublayer due to the high temperature of its melting point (2400 ° C), which prevents the contact of molten steel with copper, and the choice of niobium 0.07-0.1 mm thickness is defined by conditions of its interaction with the steel in order to avoid the formation of intermetallic phases niobium-iron and for a smooth transition of the coefficient of linear expansion from an alloy based on iron to a refractory metal. When the thickness of the niobium gasket is less than 0.07 mm during the welding process, niobium rapidly dissolves in liquid steel, copper evaporates and the steel interacts with a refractory metal. The quality of the weld is reduced. Fracture during mechanical testing occurs at the joint. An increase in the thickness of the niobium pad over 0.01 mm can lead to an excess of the solubility limit of niobium in molten steel during welding and the formation of intermetallic layers that degrade the properties of the joint.
Толщина медного слоя находится в интервале 0,06-0,14 мм. Наличие меди в барьерном слое позволяет предотвратить взаимодействие тугоплавкого металла с ниобием, так как медь является стойким барьером для тугоплавкого металла вследствие его нерастворимости в меди. Если толщина меди в барьерном слое менее 0,06 мм, то в процессе сварки происходит перегрев барьерного слоя, что приводит к растворению тугоплавкого металла в сварном шве с образованием интерметаллидов типа тугоплавкий металл компоненты стали и карбидных фаз типа железо-хром-тугоплавкий металл-углерод. Качество соединения в этом случае низкое. Разрушение при механических испытаниях происходит по стыку. Увеличение меди по толщине свыше 0,14 мм приводит к резкому снижению температуры распая соединения. The thickness of the copper layer is in the range of 0.06-0.14 mm. The presence of copper in the barrier layer prevents the interaction of the refractory metal with niobium, since copper is a persistent barrier to the refractory metal due to its insolubility in copper. If the thickness of the copper in the barrier layer is less than 0.06 mm, then the barrier layer overheats during welding, which leads to the dissolution of the refractory metal in the weld with the formation of intermetallic compounds of the type refractory metal, steel components and carbide phases of the type iron-chromium-refractory metal-carbon . The connection quality in this case is poor. Fracture during mechanical testing occurs at the joint. An increase in copper over a thickness of more than 0.14 mm leads to a sharp decrease in the temperature of the solder joint.
На фиг.1 показана схема сборки деталей для получения паяного соединения молибдена с ниобиевой прокладкой через медь; на фиг.2а,б схема сварки молибдена со сталью через барьерный слой; на фиг.3а,б диаграмма влияния толщины барьерного слоя медь-ниобий на механические свойства сварного соединения; на фиг.4 проиллюстрировано влияние толщины меди в барьерном слое на температуру распая соединения молибден-сталь. Figure 1 shows the assembly diagram of parts to obtain a soldered connection of molybdenum with a niobium gasket through copper; on figa, b diagram of the welding of molybdenum with steel through the barrier layer; on figa, b diagram of the influence of the thickness of the barrier layer of copper-niobium on the mechanical properties of the welded joint; figure 4 illustrates the influence of the thickness of the copper in the barrier layer on the temperature of the decomposition of the compound molybdenum-steel.
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
Конструкцию (листовую, трубчатую) из тугоплавкого металла и барьерной вставки (ниобий-медь) припаивают в вакуумной печи путем расплавления медной фольги. При этом температура нагрева 1100-1150оС, время выдержки 300 с. После этого детали из тугоплавкого металла с припаянной барьерной вставкой и сплава на основе железа собирают и в сборе выполняют сварку расфокусированным электронным лучом в вакууме с расплавлением более легкоплавкого металла. Значения параметров режима сварки выбирают таким образом, чтобы температура нагрева соединения была равна или выше температуры плавления сплава на основе железа на 70-100оС, время пребывания жидкой сварочной ванны до 10 с. Электронный луч располагают со смещением 1/3 диаметра луча тугоплавкий металл с напаянным барьерным подслоем и 2/3 луча сплав на основе железа. Режимы сварки в свою очередь зависят от конструкционных особенностей изделия, соединяемых материалов, их теплофизических и механических свойств, эксплуатационных условий работы изделия и находятся экспериментально для каждого случая.The design (sheet, tubular) of refractory metal and a barrier insert (niobium-copper) is soldered in a vacuum furnace by melting a copper foil. At this heating temperature is 1100-1150 ° C,
П р и м е р 1. Изготавливали сборную конструкцию, состоящую из молибденовой пластины (марки МЧВП) длиной 100 мм, шириной 40 мм, толщиной 1,0 мм и пластины из аустенитной хромоникелевой стали (марки 12Х18Н10Т) длиной 100 мм, шириной 60 мм, толщиной 1,0 мм. В качестве барьерного слоя использовалась прокладка из бескислородной технически чистой меди (марки МОб) длиной 100 мм, шириной 4 мм и толщиной 0,03-0,18 мм и прокладка из технически чистого ниобия (марки НЧ) длиной 100 мм, шириной 4 мм, толщиной 0,05-0,12 мм. Нанесение барьерного слоя из меди и ниобия на молибденовую пластину осуществляли в вакуумной печи по схеме, изображенной на фиг.1, в сборочно-сварочном приспособлении. На молибденовую пластину 1 накладывали прокладки из меди 2 и ниобия 3 и поджимали винтами через керамику с усилием порядка 10-20 КПа, после чего производили пайку. PRI me
Режимы пайки: температура нагрева 1100оС, время выдержки 300 с, остаточное давление в камере 3 х 10-4 мм рт.ст.Soldering modes: the heating temperature of 1100 C, the holding time of 300 s, the residual pressure in the chamber 3 × 10 -4 mmHg
По длине пластины из стали изготавливали отбортовку высотой 5 мм и собирали по схеме, приведенной на фиг. 2. Собранную конструкцию сваривали электронным лучом в вакууме с расположением луча относительно оси стыка как 2/3 со стороны стали и 1/3 со стороны молибдена с барьерным подслоем. Сварку осуществляли от высоковольтного источника У-250 на установке ЭЛУМ-1 с электроннолучевой пушкой ЦЭП-4. A
Режимы сварки: ускоряющее напряжение 17 кВ, ток луча 18-55 мА, скорость сварки 4-12 м/ч, ток фокусировки 137 мА, остаточное давление в камере 10-5 мм рт.ст. Welding modes: accelerating
Полученную сварную конструкцию контролировали визуально (увеличение 10 крат) на отсутствие трещин и пор и на герметичность (гелиевый течеискатель). Механические испытания при комнатной температуре 20оС по определению прочности соединения проводили при скорости деформирования 2 мм/мин, а испытания на угол изгиба со скоростью гиба 4 мм/мин. Результаты испытаний представлены в табл. 1 и на фиг.3. Испытания по определению температуры распая соединения молибден-сталь в зависимости от толщины меди в барьерном слое проводились по ГОСТ 20487-75 и представлены на фиг.4.The resulting welded structure was visually checked (magnification 10 times) for the absence of cracks and pores and for tightness (helium leak detector). Mechanical tests at room temperature of 20 ° C to determine the bond strength were carried out at deformation rate of 2 mm / min, a bending test bending angle at a rate of 4 mm / min. The test results are presented in table. 1 and 3. Tests to determine the temperature of the decomposing molybdenum-steel compounds depending on the thickness of the copper in the barrier layer were carried out according to GOST 20487-75 and are presented in figure 4.
Из образцов, сваренных на различных режимах, и образцов, сваренных по прототипу [2] были изготовлены шлифы, проведены металлографические исследования и микрорентгеноспектральный анализ сварных швов. Металлографические исследования проводили на микроскопе NEOFOT и на приборе по измерению микротвердости ПМТ-3 (ГОСТ 9450-76). Микрорентгеноспектральный анализ выполняли на микроанализаторе "CAMEBAX MICROBEAM". При проведении количественного анализа использовали дифракционные спектрометры с монохроматорами PET, LIF, TAP. Количественный анализ проводили с шагом 0,001 мм с использованием эталонов металлов высокой чистоты. Результаты полученных исследований приведены в табл. 2. Of the samples welded in various modes, and samples welded according to the prototype [2], thin sections were made, metallographic studies and X-ray microanalysis of welds were carried out. Metallographic studies were carried out on a NEOFOT microscope and on a PMT-3 microhardness measuring instrument (GOST 9450-76). X-ray microanalysis was performed on a CAMEBAX MICROBEAM microanalyzer. For quantitative analysis, diffraction spectrometers with PET, LIF, and TAP monochromators were used. Quantitative analysis was performed in increments of 0.001 mm using high purity metal standards. The results of the studies are shown in table. 2.
Как видно из табл. 1 и 2, заявленное соотношение толщин является оптимальным, так как меньшее значение толщин меди и ниобия ведет к растворению барьерного слоя и снижению свойства сварного соединения, если значения толщин меди и ниобия больше заявленного, то ухудшение свойств сварного соединения происходит вследствие снижения прочности паяного шва и снижения пластичности в зоне сплавления. As can be seen from the table. 1 and 2, the claimed ratio of thicknesses is optimal, since a smaller value of the thickness of copper and niobium leads to dissolution of the barrier layer and a decrease in the properties of the welded joint, if the thicknesses of copper and niobium are greater than stated, the deterioration of the properties of the welded joint occurs due to a decrease in the strength of the solder joint and reduction of ductility in the fusion zone.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93031199A RU2049622C1 (en) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93031199A RU2049622C1 (en) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2049622C1 true RU2049622C1 (en) | 1995-12-10 |
RU93031199A RU93031199A (en) | 1996-09-20 |
Family
ID=20143205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93031199A RU2049622C1 (en) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2049622C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568035C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method of fusion welding of molybdenum with iron-nickel alloys |
-
1993
- 1993-06-03 RU RU93031199A patent/RU2049622C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 219717, кл. B 23K 9/16, 1968. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 432989, кл. B 23K 35/30, 1974. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568035C2 (en) * | 2013-11-26 | 2015-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" | Method of fusion welding of molybdenum with iron-nickel alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dharmendra et al. | Study on laser welding–brazing of zinc coated steel to aluminum alloy with a zinc based filler | |
Castro et al. | Welding metallurgy of stainless and heat-resisting steels | |
RU2685928C2 (en) | Method of point welding | |
US6479168B2 (en) | Alloy based laser welding | |
US6642471B2 (en) | Method for the projection welding of high-carbon steels and high-tension low-alloy steels | |
US4291104A (en) | Brazed corrosion resistant lined equipment | |
US3105293A (en) | Brazing dissimilar metal members | |
MXPA02004534A (en) | Welding joint part for high strength heat resisting steel and welding method therefor. | |
CN105127577B (en) | Welding method for austenitic stainless steel pipe and niobium pipe | |
US3473216A (en) | Method of joining aluminum to stainless steel | |
RU2049622C1 (en) | Method of fusion welding of refractory metals with ferrum-base alloys | |
Tuncel et al. | A comparison of tensile properties of single-sided and double-sided laser welded DP600 steel sheets | |
RU2450197C1 (en) | Joint of pipeline from stainless steel with vessel from titanium alloy and method of its realisation | |
Sun et al. | Laser beam welding of austenitic/ferritic dissimilar steel joints using nickel based filler wire | |
DE2552199C3 (en) | Process for the production of ultra-high vacuum-tight welded joints between aluminum and steel, in particular stainless steel | |
SU1668063A1 (en) | Method of automatic vacuum soldering | |
US4352004A (en) | Joining process | |
SU1738539A1 (en) | Method of butt resistance welding | |
RU1541902C (en) | Method for welding fibrous composite materials | |
Eagar | The physics of welding processes | |
JPS59147774A (en) | Joining method of sintered hard alloy and steel | |
RU2221679C2 (en) | Method for soldering telescopic constructions | |
JPH08188857A (en) | Dissimilar material joint | |
Al Zamzamia et al. | Static Strength of aluminium-to-steel thin welded joints: preliminary results | |
John et al. | Nd: YAG laser spot welding of very thin stainless steel and micro x-ray characterization of welds |