RU24657U1 - Переходник для сварки труб из разнородных металлов - Google Patents

Description

2002106654

nnniiiiiii

О- о 2 ,

о 6 i J

ПЕРЕХОДНИК ДЛЯ СВАРКИ ТРУБ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

Полезная модель относится к области соединения с помощью сварки труб из разнородных металлов, а более конкретно - к конструкциям трубчатых переходников алюминиевый сплав-нержавеющая сталь, через которые соединяют с помощью сварки трубы из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали.

В современном машиностроении достаточно щироко используются трубы из нержавеющей стали в сочетании с трубами из алюминиевых сплавов и в связи с этим постоянно возникает необходимость их соединения с помощью сварки.

Алюминий и сталь обладают металлургической несовместимостью, которая выражается в образования хрупких интерметаллидных соединений при их взаимодействии в процессе их совместного расплавления. Это делает невозможным их непосредственное соединение сваркой плавлением. Для ограничения температурно-временных условий взаимодействия стали с алюминием процесс ведут по режиму сварко-пайки и с применением промежуточных слоев настали в месте будущего сварного соединения. Применяют чаще всего слой из алюминия в сочетании с подслоем из других металлов, наносимых на поверхность конца трубы из нержавеющей стали методом гальваники.

В23К 9/00 В23К 20/00 В23К9/16

алюминия с подслоем из никеля, меди и цинка, наносимых на сталь (Рябов В.Р. Сварка нлавлением алюминия со сталью. Изд-во Наукова думка, Киев, 1969 г., стр. 174-181). Подслой никель-медь-цинк наносится гальваническим нутём а слой из алюминия - погружением в расплав. После получения на конце нержавеющей трубы промежуточного слоя из алюминия сварку трубы из алюминиевого сплава с трубой из нержавеющей стали производят непосредственно с промежуточным слоем по технологии сварки алюминиевых труб внахлёстку с определёнными ограничениями натенловложение в промежуточный слой во избежании его прожога.

В связи со сложностью технологии получения на конце длинномерной трубы из нержавеющей стали необходимого комбинированного промежуточного слоя (гальваника + алитирование), этот процесс чаще всего осуществляют на коротком отрезке трубы в виде втулки. После получения на одном конце втулки промежуточного слоя её приваривают к длинномерной трубе из нержавеющей стали. После этого к верхнему промежуточному слою из алюминия приваривают св ко-пайкой трубу из алюминиевого сплава.

Недостатком данного способа является то, что при сварке трубы из алюминиевого сплава с промежуточным слоем в условиях монтажа требуется весьма высокое мастерство сварщика, т.к. сварочную дугу необходимо вести точно по кромке алюминиевой трубы, оберегая промежуточный слой от воздействия тепла дуги во избежание его прожога, что в условиях монтдака достигнуть очень трудно.

Поэтому для облегчения сварочных работ, особенно в монтажных условиях, а также для повыщения их качества при сварке разнородных труб применяют трубчатые переходники, у которых на одном конце, например, алюминиевый сплав, а на другом нержавеющая сталь, что позволяет применять на монтаже хорошо отработанную технологию сварки труб из однородных материалов. Изготавливают такие переходники в специаMO tY(;

лизированных условиях высококвалифицированными специалистами с применением всех средств контроля, как режимов сварки, так и качества готового сварного соединения.

Известно изготовление и применение в промышленности переходников для сварки труб из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали в диапазоне диаметров от 20 мм до 110 мм (см. В.Р.Рябов «Сварка плавлением алюминия со сталью. Издате. «Наукова думка, Киев, 1969 г., стр. 164-181, 188).

Изготавливают такие переходники по следующей конструктивной и технологической схеме.

Сначала изготавливаются короткие втулки из алюминиевого сплша и нержм1еющей стали таким образом, чтобы один конец втулки из алюминиевого сплава мог охватывать один конец втулки из нержавеющей стали, а другие концы втулок по своим наружным и внутренним диаметрам должны соответствовать будущим свеиваемым трубам из алюминиевого сплава и нержавеющей стали.

На одном конце втулки из нержавеющей стали, предназначенном для соединения внахлестку со втулкой из алюминиевого сплава, формируют промежуточный слой в виде последовательно наносимых гальванических покрытий из никеля, меди и цинка, а после этого на гальванические покрытия наносят наружный промежуточный слой из чистого алюминия методом алитирования, которое чаще всего осуществляют в вакууме путем окунания конца втулки с гальванопокрытиями в тигль с расплавленным алюминием. В результате на конце втулки из нержавеющей стали образуется промежуточный слой из алюминия, к которому внахлестку приваривают втулку из алюминиевого сплава.

Так как все операции по изготовлению трубчатого переходника производят в заводских условиях, качество покрытий и обеспечивается на достаточно высоком уровне. Тем не менее, это качество не всегда отвечает требованиям, которые предъявляют к сварным соединениям алюминиевый снлав-нержавеющая сталь.

Нестабильность свойств известных свиных соединений алюминиевый сплав-нержавеющая сталь вызвана неоптимальной конструкцией переходника, многоступенчатой технологической схемой создания промежуточного слоя, теплового воздействия на него при алитировании и сварке и отсутствием при этом надежного контроля качества каждой технологической операции с точки зрения их прочностных характеристик сцепления с поверхностью трубы и между собой.

По технологической схеме после первого теплового удара в процессе алитирования и охлаждения это же место с покрытиями повторно, по крайней мере один раз, подвергается нагреву концентрированным источником тепла в процессе приварки втулки из алюминиевого сплава к промежуточному слою.

Двойной тепловой удар в процессе алитирования и может приводить к ухудшению сцепления гальванических слоев как с поверхностью нержавеющей втулки, так и между собой и между наружным слоем и его подложкой из цинка.

Такая конструкция переходника не позволяют гарантированно получать равнопрочные соединения между трубами из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание конструкции переходника для сварки труб из алюминиевого сплава с трубами из нержавеющей стали, у которого прочность соединения промежуточного слоя со втулкой из нержавеющей стали и со втулкой из алюминиевого сплава стабильно была бы не ниже осевой прочности трубы из алюминиевого сплава.

ТОЧНОГО слоя и длин нахлесток для каждого переходника в зависимости от его диаметра и толщины стенок.

Указанный технический результат достигается тем, что в переходнике для сварки труб из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали, выполненном в виде двух втулок из алюминиевого сплава и нержавеющей стали, сваренных между собой через промежуточный слой;

- промежуточный слой выполнен в виде втулки из титанового сплава, которая одним концом соединена внахлестку диффузионной сваркой со втулкой из нержавеющей стали, а другим концом соединена внахлестку со втулкой из алюминиевого сплава методом сварко-пайки, при этом втулка из титанового сплава в соединении со втулкой из нерж шеющей стали выполнена охватываемой, а в соединении со втулкой из алюминиевого сплгша - охватывающей;

-кроме того, длина нахлестки втулки из алюминиевого сплава в соединении со втулкой из титанового сплава составляет не менее трех толщин стенки втулки из алюминиевого сплава;

-кроме того, длина нахлестки втулки из титанового сплава в соединении со втулкой из нержавеющей стали составляет не менее 15 мм;

-кроме того, места соединений сварко-пайкой и диффузионной св)кой размещены на расстоянии не менее 10 мм друг от друга.

Заявленный переходник для сварки труб из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали позволяет получать высоконадёжные соединения, в технологии получения которых отсутствуют нестабильные и трудно контролируемые процессы, при этом схемы соединения промежуточного слоя в виде титановой втулки с нержавеющей втулкой и втулкой из алюминиевого сплава выбраны таким образом, что они повышают прочность соединений. В случае диффузионной сварки втулки из нержавеющей стали со втулкой из титанового сплада, последнюю выполняют охватываемой. Это обеспечивает в нахлёсточном соединении при охлаждении после нагрева по сварочному режиму кроме диффузионного свиного соединения ещё и горячепрессовую посадку, т.к. коэффициент термического расширения (КТР) нержавеющей стали Х18Н10Т в два раза бо.1ьше, чем у титана.

При сварко-пайке втулку из титанового сплав а выполняют охватывающей, что способствует оптимальному протеканию процесса сваркопайки, т.к. при нагреве в процессе алюминиевой втулки, которая, имея в 2,5 раза больший КТР, чем у титана, плотно прижимается к внутренней поверхности титановой втулки. Это является одним из необходимых условий образования качественного соединения и повышения прочности соединения.

Сущ ность полезной модели поясняется чертежом, на котором показан переходник для сварки труб из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали, у которого втулка 1 из алюминиевого сплш1а соединена с промежуточным слоем в виде втулки 2 из титанового сплав а в нахлестку методом сварки-пайки. Другой конец титановой втулки 2 соединен внахлестку со втулкой 3 из нержавеющей стали методом диффузионной сварки.

Пример изготовления заявленной конструкции переходника Изготавливали переходник для сварки трубы из алюминиевого сплава марки АМГ-3, диаметром 35 мм и толщиной стенки 3 мм с трубой из нержавеющей стали марки ОХ18Н10Т, диаметром 35 мм и толщиной стенки 2,5 мм.

Сначала изготовили заготовки из титанового сплава марки ВТ-1 и нержавеющей стали. Заготовки изготовили с припуском на последующую механическую обработку после с учетом того, что после диффузионной сварки и механической обработки титановая втулка должна иметь внутренний диаметр 35 мм, равный наружному диаметру втулки из сплша АМГ-3, и толщину стенки 2,5 мм, а втулка из нержшаеющей стали марки ОХ18Н10Т должна иметь наружный диаметр 46 мм, при этом конец для 6

сварки с трубой из нержавеющей стали должен иметь н ужный диаметр 35 мм и толщину стенки 2.5 мм.

Диффузионную сварку в вакууме заготовок из титана и нержавеющей стали вели при температуре 915°С в течепие 8 минут а после охлаждения сваренную заготовку обрабатывали до размеров трубчатого переходника титановый слав-нержавеющая сталь.

Трубчатый переходник титановый сплав-пержавеющая сталь сваривали по схеме, когда стальная втулка является охватывающей титановую. Такую схему соединения выбрали учитывая коэффициент термического расширения у нержавеющей стали и титанового сплава, который у нержавеющей стали приблизительно в 2 раза больше, чем у титанового сплава. При охлаждении переходника после цикла сварки по режиму пагревдеформация получали кроме диффузионного соединения с металлической связью ещё и горячепрессовую посадку, что дополнительно способствовало упрочнению диффузионного сварного соединения.

Технология диффузионной сварки переходников титан-сталь не представляет сложности, т.к. она аналогична технологии сварки переходников цирконий-сталь, которая xoponio освоена промышлепностью еще несколько десятилетий тому назад, а переходники цирконий-сталь давно эксплуатируются в активных зонах атомных реакторов. Титан и цирконий принадлежат к одной группе активных металлов, поэтому к диффузионной сварке переходников из титана и нержавеющей стали подходят все известные технологические приемы и методы контроля качества сварных соединений (см. патепт № 2085350, RU, кл. В23К 20/00 «Переходник для сварки труб из нержшеющих сталей с трубами из циркониевых сплавов, авторов Адена В.Г. и др.).

Сваренную заготовку титановый с плав-нержавеющая сталь обрабатывали таким образом, чтобы титановый конец переходника был длиной не менее 28 мм. Переходник и втулку из алюминиевого сплава обезжиривали, после чего втулку йз АМГ-3 вставляли во внутрь титанового конца переходникас небольшим натягом на глубину 14 мм, после чего собранную заготовку устанавливали во врщатель, а ар го но-дуговую горелку устанадливали сверху над титановым концом переходника на расстоянии 9 мм от торца титановой части переходника. Для защиты от перегрева в процессе сварко-иайки диффузионного соединения титан-сталь на стальную часть переходника одевали медный холодильник.

Нагрев титанового конца переходника аргоно-дуговой горелкой для осуществления процесса сварко-пайки нахлесточного соединения алюминиевый сплав АМГ-3 - титан ВТ-1 вели таким образом, чтобы в месте контакта поверхностей температура не превыщала 1100°С. Процесс нагрева прекращали, когда на торце втулки нз алюминиевого сплава вставленной во втулку из титанового сплава, образовывалась круговая галтель из расплавленного алюминиевого сплава.

Claims (4)

1. Переходник для сварки труб из алюминиевых сплавов с трубами из нержавеющей стали, выполненный в виде двух втулок из алюминиевого сплава и нержавеющей стали, сваренных между собой через промежуточный слой, отличающийся тем, что промежуточный слой выполнен в виде втулки из титанового сплава, которая одним концом соединена внахлестку диффузионной сваркой со втулкой из нержавеющей стали, а другим концом соединена в нахлестку со втулкой из алюминиевого сплава методом сварко-пайки, втулка из титанового сплава в соединении со втулкой из нержавеющей стали выполнена охватываемой, а в соединении со втулкой из алюминиевого сплава - охватывающей.

2. Переходник по п.1, отличающийся тем, что длина нахлестки втулки из алюминиевого сплава в соединении со втулкой из титанового сплава составляет не менее трех толщин стенки втулки из алюминиевого сплава.

3. Переходник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что длина нахлестки втулки из титанового сплава в соединении со втулкой из нержавеющей стали составляет не менее 15 мм.

4. Переходник по пп.1-3, отличающийся тем, что места соединений сварко-пайкой и диффузионной сваркой размещены на расстоянии не менее 10 мм друг от друга.