RU2156181C2

RU2156181C2 - Bevel construction manufacturing method

Info

Publication number: RU2156181C2
Application number: RU98109063A
Authority: RU
Inventors: Е.И. Баранов; В.Н. Семенов; Л.А. Маркович
Original assignee: Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2000-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method may be used in manufacture of thick-walled bevel constructions with cooled circuit capable of functioning under extreme conditions. Walls of construction are assembled with interedge cavity formed between them. Process compensators of linear motions made of thin-sheet metal are positioned along large and small diameters. One end of compensator is welded to internal wall and other, to external wall. Soldering is performed at gas pressure on external wall and at vacuum created in interedge cavity. Compensators are cut off after soldering. Internal wall is welded to external one at places of cutting. High tightness and strength of soldered joints ensure serviceability of construction under extreme conditions. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к пайке конструкций с охлаждаемым контуром, выполненных в форме конуса и работоспособных в экстремальных условиях. The invention relates to power engineering, in particular to soldering structures with a cooled circuit, made in the form of a cone and workable in extreme conditions.

Подобные конструкции представляют собой паяно-сварную сборочную единицу, состоящую из спаянных между собой внутренней и наружной конусных стенок. Such structures are a brazed-welded assembly unit consisting of internal and external conical walls welded together.

Известен способ пайки двухслойного конусного узла энергетического агрегата, представляющего собой паяно-сварную конструкцию, содержащую наружную стенку из нержавеющей стали и оребренную внутреннюю стенку из бронзы. На оребренную поверхность внутренней детали наносят припой, собирают конструкцию с образованием внутренней полости между стенками и паяют при создании вакуума в полости и давлении инертного газа в печи при температуре 970±5^oC. В процессе охлаждения давление в печи увеличивают (авт. свид. СССР N 1830318, кл. B 23 K 1/00). За счет разности коэффициентов термического расширения (КТР) материалов стенок и значительного давления инертного газа в печи, оказываемого на стенки при нагреве и охлаждении, получили паяные соединения достаточно плотные и прочные.A known method of soldering a two-layer conical node of the power unit, which is a brazed-welded structure containing an outer wall of stainless steel and a ribbed inner wall of bronze. Solder is applied to the fin surface of the inner part, the structure is assembled to form an internal cavity between the walls and soldered when a vacuum is created in the cavity and the inert gas pressure in the furnace at a temperature of 970 ± 5 ^o C. During cooling, the pressure in the furnace is increased (ed. Certificate of the USSR N 1830318, CL B 23 K 1/00). Due to the difference in the coefficients of thermal expansion (CTE) of the wall materials and the significant inert gas pressure in the furnace exerted on the walls during heating and cooling, brazed joints were sufficiently dense and durable.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ изготовления конусных конструкций (Горев И.Н. Основы производства жидкостных ракетных двигателей. - M.: Машиностроение, 1969, с. 108-109), согласно которому наружную и внутреннюю оребренные стенки собирают с образованием полости, размещают припой, герметизируют полость, создают в полости вакуум и давление на наружную стенку, производят пайку конструкции и ее охлаждение. The closest analogue of the claimed invention is a method for the manufacture of cone structures (Gorev I.N. Basics of the production of liquid rocket engines. - M .: Mechanical Engineering, 1969, pp. 108-109), according to which the outer and inner fin walls are assembled with the formation of a cavity, placed solder, seal the cavity, create a vacuum and pressure on the outer wall in the cavity, solder the structure and cool it.

Однако при пайке конусных конструкций, содержащих обе стенки значительной толщины и выполненных из материалов с одинаковыми КТР, давление в печи оказывается недостаточным для плотного прилегания внутренней стенки к наружной. В результате паяные соединения при изготовлении таких конструкций оказываются недостаточно прочными и герметичными. However, when soldering conical structures containing both walls of considerable thickness and made of materials with the same KTP, the pressure in the furnace is insufficient for a snug fit of the inner wall to the outer one. As a result, the brazed joints in the manufacture of such structures are not sufficiently strong and tight.

Задача изобретения - разработка такой технологии изготовления паяно-сварной конусной конструкции со стенками, выполненными из материалов c одинаковыми КТР и имеющими толщины, не способные деформироваться под действием давления газа в печи, которая бы обеспечила получение высокопрочных и герметичных паяных соединений. The objective of the invention is the development of such a technology for the manufacture of a brazed-welded conical structure with walls made of materials with the same KTP and having thicknesses that are not able to deform under the influence of gas pressure in the furnace, which would provide high-strength and tight soldered joints.

Задача решена за счет того, что после размещения припоя и сборки толстостенной конструкции, содержащей наружную и внутреннюю оребренную стенки, осуществляют приварку по большому и малому диаметрам сопрягаемых конических стенок технологических компенсаторов линейных перемещений, выполненных из тонколистового металла и герметизирующих полость между стенками за счет приварки одного конца каждого компенсатора к внутренней стенке, а другого - к наружной, создают вакуум в полости между стенками и давление инертного газа в печи, после пайки конструкцию охлаждают, компенсаторы срезают, а в местах среза проводят сварку внутренней и наружной стенок. The problem is solved due to the fact that after placing the solder and assembling a thick-walled structure containing the outer and inner finned walls, welding is carried out on the large and small diameters of the mating conical walls of the process linear expansion joints made of sheet metal and sealing the cavity between the walls by welding one the end of each compensator to the inner wall, and the other to the outer, create a vacuum in the cavity between the walls and the inert gas pressure in the furnace, after soldering the structure is cooled, the compensators are cut, and in the places of the cut, the inner and outer walls are welded.

Технический результат изобретения - обеспечение работоспособности конусной конструкции в экстремальных условиях за счет высокой герметичности и прочности паяных соединений. The technical result of the invention is the provision of operability of the conical structure in extreme conditions due to the high tightness and strength of soldered joints.

На чертеже представлена конусная конструкция узла энергетического агрегата в разрезе до пайки. The drawing shows a conical design of the node of the energy unit in the context of soldering.

Конструкция включает в себя конусные внутреннюю оребренную стенку 1 и наружную стенку 2 (рубашку). Внутренняя стенка выполнена по конфигурации наружной. По большому и малому диаметрам конструкции в торцевых ее частях установлены технологические компенсаторы линейных перемещений 3, 4, выполненные из тонколистового металла, например из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Оба компенсатора соединены как с внутренней, так и с наружной стенками 1, 2. Между наружной поверхностью внутренней стенки 1 и внутренней поверхностью наружной стенки 2 образована внутренняя межреберная полость 5. The design includes a conical inner ribbed wall 1 and an outer wall 2 (jacket). The inner wall is made according to the outer configuration. For large and small diameters of the structure, technological compensators for linear displacements 3, 4 made of sheet metal, for example, stainless steel of the grade X18H10T, are installed in its end parts. Both compensators are connected with both the inner and outer walls 1, 2. Between the outer surface of the inner wall 1 and the inner surface of the outer wall 2, an inner intercostal cavity 5 is formed.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. The method according to the invention is as follows.

Изготавливают стенки толщиной выше 10 мм механическим методом, причем внутреннюю стенку 1 выполняют с оребренной наружной поверхностью из сплава на никелевой основе марки ХН67МВТЮ, а наружную стенку 2 - также из сплава на основе никеля марки ХН78Н. Стенки собирают с образованием между ними межреберной полости 5, при этом располагают между стенками 1, 2 припой на основе марганца марки Г70НХ. Далее с обоих концов конической конструкции по большому и малому ее диаметрам устанавливают компенсаторы 3, 4, которые могут принимать различную форму в зависимости от удобства их крепления к стенкам. Оба компенсатора с помощью ручной аргонно-дуговой сварки соединяют одним его концом с внутренней стенкой 1, другой - с наружной стенкой 2. Наличие приваренных к стенкам технологических компенсаторов 3, 4 позволяет образовать достаточно герметичную межреберную полость 5. Компенсаторы являются достаточно гибкими, чтобы при любом линейном перемещении стенок в процессе пайки скомпенсировать эти перемещения и тем самым предотвратить нарушение герметичности конструкции. Собранную конструкцию паяют в вакуумно-компрессионном агрегате. До начала пайки в полости 5 создают вакуум 1•10^-2-1•10^-3 мм рт.ст. , а в рабочей зоне агрегата - давление инертного газа - аргона до 5 кг/см². Пайку проводят при температуре 1180-1250^oC и выдержке, обеспечивающей полное расплавление и растекание припоя по паяемым поверхностям. В качестве материала конструкции могут быть использованы не только сплавы на основе никеля, но и другие сплавы, например высоколегированные стали. В этом случае режимы пайки будут иными и зависеть от выбранных материалов конструкции и припоя. В процессе пайки благодаря растягивающей способности компенсаторов наружная стенка 2 движется по паяемой поверхности внутренней стенки 1, поджимая их друг к другу и выбирая при этом зазор между ними. Это не позволяет образоваться в паяном соединении различного рода дефектов. Усилие, обеспечивающее движение стенок относительно друг друга, зависит от наружного давления газа в агрегате и разности в диаметрах конусной конструкции. Чем больше давление в агрегате и разность в диаметрах, тем больше это усилие. Величина этого усилия не влияет на формирование паяного соединения, тогда как высота спая тем больше, чем меньше это усилие. После пайки компенсаторы 3, 4 срезают и по местам среза проводят аргонно-дуговую сварку в защитной среде наружной стенки с внутренней.Walls are made with a thickness exceeding 10 mm by a mechanical method, the inner wall 1 being made with a finned outer surface from an alloy based on nickel-based grade ХН67МВТЮ, and the outer wall 2 also made from an alloy based on nickel-based grade ХН78Н. The walls are assembled with the formation of an intercostal cavity 5 between them, while they are placed between the walls 1, 2 of the solder based on manganese brand G70NX. Then, at both ends of the conical structure, expansion joints 3, 4 are installed in their large and small diameters, which can take a different shape depending on the convenience of their attachment to the walls. Both compensators by means of manual argon-arc welding are connected at one end to the inner wall 1, the other to the outer wall 2. The presence of technological compensators 3, 4 welded to the walls allows the formation of a sufficiently tight intercostal cavity 5. The compensators are flexible enough for any linear movement of the walls during the soldering process to compensate for these movements and thereby prevent violation of the tightness of the structure. The assembled structure is soldered in a vacuum compression unit. Prior to brazing, a vacuum of 1 • 10 ^-2 -1 • 10 ^-3 mm Hg is created in cavity 5. , and in the working area of the unit - the pressure of the inert gas - argon up to 5 kg / cm ² . Soldering is carried out at a temperature of 1180-1250 ^o C and exposure, providing complete melting and spreading of solder on the soldered surfaces. As the construction material, not only nickel-based alloys can be used, but also other alloys, for example, high alloy steels. In this case, the soldering modes will be different and depend on the selected materials of construction and solder. In the process of soldering, due to the tensile ability of the compensators, the outer wall 2 moves along the brazed surface of the inner wall 1, pressing them together and choosing a gap between them. This does not allow the formation of various kinds of defects in a soldered joint. The force that ensures the movement of the walls relative to each other depends on the external gas pressure in the unit and the difference in the diameters of the conical structure. The greater the pressure in the unit and the difference in diameters, the greater this force. The magnitude of this force does not affect the formation of the solder joint, while the height of the junction is greater, the less this force. After soldering, the compensators 3, 4 are cut off and argon-arc welding is carried out in the places of the cut in a protective environment of the outer wall from the inner one.

Были проведены металлографические исследования паяных соединений образцов, изготовленных в соответствии с данной технологией. Анализ показал отсутствие в них каких-либо дефектов. Исследования механических свойств паяных соединений конусных конструкций показали высокую их прочность и герметичность, что обеспечило их работоспособность в экстремальных условиях. Metallographic studies of brazed joints of samples made in accordance with this technology were carried out. The analysis showed the absence of any defects in them. Studies of the mechanical properties of soldered joints of conical structures showed their high strength and tightness, which ensured their operability in extreme conditions.

Claims

1. A method of manufacturing a conical structure containing the outer and inner ribbed walls, including assembling the structure to form a cavity between the walls, placing solder, sealing the cavity, creating a vacuum in the cavity and inert gas pressure on the outer wall, soldering and cooling, characterized in that when the soldering of thick-walled structures, the sealing of the cavity is carried out by welding along the large and small diameters of the mating conical walls of the technological compensators of linear displacements made of sheet metal, with one end of each compensator being welded to the inner wall, and the other end to the outer, after cooling the structure, the compensators are cut, and in the places of the cut, the inner and outer walls are welded.

2. The method according to claim 1, characterized in that the walls of the structure are made of nickel-based alloys.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the soldering is carried out at a temperature of 1180 - 1250 ^o C with exposure to completely melt and spread the solder on the brazed surfaces.