RU2635123C1 - Dissimilar materials bonding with electronic beam technique - Google Patents

Dissimilar materials bonding with electronic beam technique Download PDF

Info

Publication number
RU2635123C1
RU2635123C1 RU2016139889A RU2016139889A RU2635123C1 RU 2635123 C1 RU2635123 C1 RU 2635123C1 RU 2016139889 A RU2016139889 A RU 2016139889A RU 2016139889 A RU2016139889 A RU 2016139889A RU 2635123 C1 RU2635123 C1 RU 2635123C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parts
joint
welded
melting
low
Prior art date
Application number
RU2016139889A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Святославович Гареев
Сергей Аркадьевич Собко
Дмитрий Николаевич Лежнев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2016139889A priority Critical patent/RU2635123C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2635123C1 publication Critical patent/RU2635123C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/23Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: grooves (3) are made in the detail, which is made of the low-melting material. The protrusion (4) is made in the detail, which is made of the heat-resistant material, to match with the groove. The ruled welding surfaces are obtained in the joint zone. The groove (3) and the protrusion (4) are fused together when assembling the joint zone, providing the hard contact in between. The scarf butt joint with the variable clearance between the ruled welding surfaces in the shape of the toe-in angle is formed. The brazing is carried out with the electronic beam (5). The beam (5) is moved in reference to the edge towards the low-melting detail (1) over a fixed distance. The low-melting detail (1) is melted and the permanent joint is formed after the crystallization. The cylinder details that are made of the dissimilar materials are connected to each other with the ring seam. The plain details that are made of the dissimilar materials are connected to each other with the longitudinal seam.
EFFECT: welding stress and deformations reduction, expulsion from the weld area of the intermetallic phases, which enhances the strength and the tightness of the details permanent joint.
8 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способу соединения разнородных материалов электронным лучом. Изобретение может быть использовано в машиностроении, авиастроении, в атомной энергетике и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of welding production, in particular to a method for joining dissimilar materials with an electron beam. The invention can be used in mechanical engineering, aircraft manufacturing, in nuclear energy and other industries.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов, описанный в патенте РФ №2415739, приоритет 16.06.2009; опубликовано 10.04.2011 г.; МПК: В23K 26/40, В23K 9/23, В23K 33/00 (2006.01); авторы В.В. Звездин, И.Х. Исрафилов, Д.Э. Велиев. Способ заключается в том, что плоскость стыкового соединения деталей из разнородных металлов выполняют наклонной по касательной к сегменту зоны термического влияния сварного шва. Лазерное излучение фокусируют на более тугоплавкий материал на расстоянии от стыковой плоскости. Угол наклона плоскости стыкового соединения и расстояние фокусировки рассчитывают из условия обеспечения отсутствия испарения легкоплавкого материала.A known method of laser welding of parts from dissimilar metals, described in the patent of the Russian Federation No. 2415739, priority 16.06.2009; published April 10, 2011; IPC: B23K 26/40, B23K 9/23, B23K 33/00 (2006.01); authors V.V. Zvezdin, I.Kh. Israfilov, D.E. Veliev. The method consists in the fact that the plane of the butt joint of parts of dissimilar metals is made oblique tangentially to the segment of the heat affected zone of the weld. Laser radiation is focused on a more refractory material at a distance from the butt plane. The angle of inclination of the plane of the butt joint and the focusing distance are calculated from the condition of ensuring the absence of evaporation of fusible material.

Недостатком данного способа является склонность к накоплению сварочных напряжений и деформаций из-за неравномерности нагрева деталей с разным коэффициентом термического расширения. Это может привести к снижению прочности сварных соединений. Кроме этого, при смещении теплового потока луча на более тугоплавкий материал для формирования сварного шва требуется тепловложение с большей плотностью энергии.The disadvantage of this method is the tendency to accumulation of welding stresses and deformations due to uneven heating of parts with different coefficients of thermal expansion. This can lead to a decrease in the strength of welded joints. In addition, when the heat flux of the beam is shifted to a more refractory material, heat input with a higher energy density is required to form the weld.

Известен способ сварки труб из разнородных материалов, описанный в авторском свидетельстве №759272, приоритет 30.11.1978, опубликовано 30.08.1980 г.; МПК: В23K 28/00, В23K 33/00; авторы В.Я. Елизаров, А.В. Шептухин. Способ заключается в том, что сваривают две трубы из легкоплавкого и тугоплавкого материала. В конце тугоплавкой трубы выполняют кольцевые канавки, собирают трубы встык и сваривают. В процессе сварки канавки заполняют сварочными валиками, имеющими химический состав, аналогичный легкоплавкому материалу, и затем трубы сваривают. Благодаря дополнительному сцеплению по поверхности сварки создается ступенчатое зацепление замкового типа в результате сопряжения наплавленных валиков с канавками.A known method of welding pipes from dissimilar materials, described in the copyright certificate No. 759272, priority 30.11.1978, published 08.30.1980; IPC: B23K 28/00, B23K 33/00; authors V.Ya. Elizarov, A.V. Sheptukhin. The method consists in the fact that two pipes of fusible and refractory material are welded. At the end of the refractory pipe, annular grooves are made, butt pipes are assembled and welded. In the welding process, the grooves are filled with welding rollers having a chemical composition similar to a low-melting material, and then the pipes are welded. Due to the additional adhesion on the welding surface, a stepwise engagement of the lock type is created as a result of the filler rollers being mated with the grooves.

Многопроходная предварительная наплавка и последующая сварка требуют тщательной зачистки и защиты наплавленного ранее металла при последующих проходах от окисления в среде атмосферных газов. Недостатком данного способа является увеличение количества контрольных операций и сложность выполнения сварного шва. Выполнение воздушных полостей в виде технологических канавок также повышает трудоемкость изготовления соединения. Кроме этого, выполнение последующих заполняющих и сварочного прохода вызывает нагрев границ сплавления разнородных материалов с появлением значительных внутренних сварочных напряжений, что при сопутствующем образовании хрупких интерметаллидных фаз за счет фазовых переходов, вызванных нагревами, может привести к отслоению ранее наплавленных валиков из-за различия КЛТР.Multipass pre-surfacing and subsequent welding require thorough cleaning and protection of the previously deposited metal during subsequent passes from oxidation in the atmosphere of atmospheric gases. The disadvantage of this method is the increase in the number of control operations and the complexity of the weld. The implementation of the air cavities in the form of technological grooves also increases the complexity of manufacturing the connection. In addition, the subsequent filling and welding passes cause heating of the fusion boundaries of dissimilar materials with the appearance of significant internal welding stresses, which, with the concomitant formation of brittle intermetallic phases due to phase transitions caused by heating, can lead to the delamination of previously deposited rollers due to the difference in CTE.

В качестве прототипа для заявляемого способа был выбран способ сварки труб, описанный в авторском свидетельстве №573298, приоритет 04.03.1976 г.; опубликовано 25.09.1977.; МПК В23K 33/00, В23K 31/06; авторы Л.К. Андреянов, В.Я. Елизаров, Ю.Н. Козин, В.В. Кривоногов, М.Г. Курганов-Носов, Н.И. Ломаев, А.В. Шептухин. Согласно способу собирают свариваемые детали, размещают деталь из легкоплавкого материала с внешней стороны, а деталь из тугоплавкого материала - с внутренней стороны, нагревают внешнюю деталь в зоне соединения концентрированным источником энергии. Расплавленный более легкоплавкий металл заполняет все неровности, а при остывании шва происходит его усадка и сильное обжатие.As a prototype for the proposed method, the method of welding pipes was described, described in the copyright certificate No. 573298, priority 04.03.1976; published on 09/25/1977 .; IPC B23K 33/00, B23K 31/06; authors L.K. Andreyanov, V.Ya. Elizarov, Yu.N. Kozin, V.V. Krivonogov, M.G. Kurganov-Nosov, N.I. Lomaev, A.V. Sheptukhin. According to the method, weldable parts are assembled, a part of fusible material is placed on the outside, and a part of refractory material is placed on the inside, the external part is heated in the connection zone with a concentrated energy source. The molten, more fusible metal fills all the bumps, and when the seam cools down, it shrinks and undergoes strong compression.

Недостатком данного способа является длительное взаимодействие расплавленного металла более легкоплавкой детали с тугоплавким металлом внутренней трубы, которое может привести к образованию хрупких интерметаллидных фаз. Длительное взаимодействие обусловлено необходимостью полного заполнения пазов присадочным материалом на внутренней детали и разделки кромок наружной детали. Кроме этого, длительное влияние высокотемпературного термического цикла сварки может привести к избыточному накоплению сварочных напряжений и деформаций. В процессе нагрева и охлаждения происходит деформирование деталей (расширение труб с последующей усадкой), что может привести к нарушению требований по обеспечению высокой точности изготовления конструкций и нарушению эксплуатационных характеристик. Также, в случае нескольких канавок, усадка от каждого последующего шва, являющаяся в основном швом верхней легкоплавкой детали, будет действовать «на срез» на предыдущие швы, вплоть до их отслоения от тугоплавкой детали. Таким образом, снижается прочность и герметичность в целом.The disadvantage of this method is the prolonged interaction of the molten metal with a more fusible part with the refractory metal of the inner pipe, which can lead to the formation of brittle intermetallic phases. Long interaction is due to the need to completely fill the grooves with filler material on the inner part and the cutting edges of the outer part. In addition, the long-term influence of the high-temperature thermal welding cycle can lead to excessive accumulation of welding stresses and strains. In the process of heating and cooling, parts are deformed (expansion of pipes with subsequent shrinkage), which can lead to a violation of the requirements for ensuring high precision manufacturing of structures and a violation of operational characteristics. Also, in the case of several grooves, shrinkage from each subsequent seam, which is mainly a seam of the upper low-melting part, will act “on the cut” on the previous seams, until they are peeled off from the refractory part. Thus, the strength and tightness as a whole are reduced.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности и герметичности неразъемного соединения деталей из разнородных материалов.The problem to which the invention is directed, is to increase the strength and tightness of the integral connection of parts from dissimilar materials.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в уменьшении сварочных напряжений и деформаций, исключении из зоны шва интерметаллидных фаз, повышающих в шве хрупкость, твердость и склонность к образованию трещин.The technical result achieved in solving this problem is to reduce welding stresses and strains, to exclude intermetallic phases from the weld zone, which increase brittleness, hardness and tendency to crack formation in the weld.

Технический результат достигается тем, что в способе соединения разнородных материалов электронным лучом, содержащим сборку деталей с размещением детали из легкоплавкого материала с внешней стороны, нагрев ее в зоне соединения концентрированным источником энергии, согласно изобретению на детали из легкоплавкого материала выполняют проточку, под которую на детали из тугоплавкого материала выполняют выступ. Совмещают проточку и выступ, обеспечивая плотный контакт между ними. Одновременно сближают свариваемые поверхности косостыковым соединением, с переменным зазором между ними в виде угла схождения. Выполняют сваркопайку электронным лучом, который смещают относительно кромки в сторону легкоплавкой детали на фиксированную величину. Расплавляют легкоплавкую деталь и формируют неразъемное соединение после кристаллизации.The technical result is achieved by the fact that in the method of joining dissimilar materials with an electron beam containing the assembly of parts with the placement of the part from the fusible material from the outside, heating it in the connection zone with a concentrated energy source, according to the invention, a groove is made on the part from the fusible material under which the part made of a refractory material perform a protrusion. Combine a groove and a protrusion, providing tight contact between them. At the same time, the surfaces to be welded are brought together by a skew joint, with a variable gap between them in the form of a convergence angle. Welding is performed by an electron beam, which is displaced relative to the edge towards the low-melting part by a fixed amount. The fusible part is melted and a permanent connection is formed after crystallization.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - уменьшение сварочных напряжений и деформаций, исключение из зоны шва интерметаллидных фаз, повышающих в шве хрупкость, твердость и склонность к образованию трещин, что позволяет решить задачу повышения прочности и герметичности неразъемного соединения деталей из разнородных материалов.The combination of essential features provides a technical result - reduction of welding stresses and deformations, exclusion of intermetallic phases from the weld zone, which increase brittleness, hardness and tendency to crack formation, which makes it possible to solve the problem of increasing the strength and tightness of one-piece parts from dissimilar materials.

Если свариваемые детали имеют цилиндрическую форму, то на детали из легкоплавкого материала выполняют кольцевую центрирующую проточку, под которую на цилиндрической детали из тугоплавкого материала выполняют центрирующий кольцевой выступ для соединения деталей кольцевым швом.If the parts to be welded have a cylindrical shape, then a centering groove is made on the parts of fusible material, under which a centering ring protrusion is made on the cylindrical part of refractory material to connect the parts with an annular seam.

Если свариваемые детали имеют плоскую форму, то на плоской детали из легкоплавкого материала выполняют прямолинейную проточку, под которую на плоской детали из тугоплавкого материала выполняют прямолинейный выступ для соединения деталей продольным швом.If the parts to be welded have a flat shape, then a straight groove is made on a flat part of fusible material, under which a straight projection is made on a flat part of refractory material to connect the parts with a longitudinal seam.

Изготовление проточки на легкоплавкой детали и выступа на тугоплавкой детали упрощает сборку, обеспечивает точное расположение деталей относительно друг друга.The manufacture of a groove on a low-melting part and a protrusion on a high-melting part simplifies assembly, ensures the exact location of the parts relative to each other.

При сборке деталей обеспечивают плотный контакт между проточкой и выступом в нижней зоне дальнейшей сварки. Благодаря этому во время сварки осуществляют направленный прогрев нижней части тугоплавкой детали за счет теплопередачи при расплавлении легкоплавкой детали. При этом обеспечивают подогрев верхней части тугоплавкой детали в зоне косостыкового соединения. Расплавленный металл легкоплавкой детали контактирует с достаточно прогретой тугоплавкой деталью в зоне косостыкового соединения. Тем самым обеспечивается хорошее смачивание и взаимодействие свариваемых деталей без образования интерметаллидов. Это позволяет достигать необходимого распределения температур в зоне сварки, что влияет на уменьшение сварочных напряжений и деформаций, исключение из зоны шва интерметаллидных фаз и повышает качество формирования сварно-паяного шва.When assembling parts, they provide tight contact between the groove and the protrusion in the lower zone of further welding. Due to this, during welding, directed heating of the lower part of the refractory part is carried out due to heat transfer during melting of the low-melting part. At the same time, the upper part of the refractory part is heated in the area of the skew joint. The molten metal of the low-melting part is in contact with a sufficiently heated refractory part in the area of the skew joint. This ensures good wetting and interaction of the welded parts without the formation of intermetallic compounds. This allows you to achieve the necessary temperature distribution in the weld zone, which affects the reduction of welding stresses and deformations, the exclusion of intermetallic phases from the weld zone and improves the quality of the formation of the welded-soldered seam.

Для увеличения площади, улучшения смачиваемости в зоне косостыкового контакта и повышения качества неразъемного соединения реализуют зазор между свариваемыми поверхностями легкоплавкой и тугоплавкой деталей в виде угла схождения. Угол схождения свариваемых поверхностей легкоплавкой и тугоплавкой деталей не превышает 2°.To increase the area, improve wettability in the area of the skew joint contact and improve the quality of one-piece joints, a gap between the welded surfaces of low-melting and refractory parts is realized in the form of a convergence angle. The convergence angle of the welded surfaces with low-melting and high-melting parts does not exceed 2 °.

При угле схождения более 2° возможно неполное заполнение косостыковой разделки, формирование неполного шва с появлением концентраторов напряжений, которые могут негативно повлиять на работоспособность конструкции в целом.At an angle of convergence of more than 2 °, an incomplete filling of the skew joint cutting is possible, the formation of an incomplete seam with the appearance of stress concentrators, which can negatively affect the operability of the structure as a whole.

При угле схождения менее 2°, или полном отсутствии зазора происходит повышенный отвод тепла из легкоплавкой детали в тугоплавкую деталь по границе косостыкового соединения. При этом реализуется избыточное тепловложение от источника сварки, которое при совместном расплавлении легкоплавкой и тугоплавкой детали может привести к интенсивному образованию интерметаллидов и росту напряжений в сварном шве.When the convergence angle is less than 2 °, or the complete absence of a gap, there is an increased heat removal from the low-melting part to the high-melting part along the border of the joint. In this case, excessive heat input from the welding source is realized, which, when combined with low-melting and high-melting parts, can lead to intensive formation of intermetallic compounds and an increase in stresses in the weld.

Для уменьшения линейных и угловых деформаций при сварке разнородных материалов целесообразно применение такого способа сварки с низким значением погонной энергии, как электронно-лучевая сваркопайка или импульсная лазерная сварка.To reduce linear and angular deformations during welding of dissimilar materials, it is advisable to use such a welding method with a low heat input value as electron beam welding or pulsed laser welding.

Сваривают детали электронным лучом за один проход и тем самым исключают перегрев и коробление свариваемых деталей, а также накопление термических напряжений и вероятность образования интерметаллидов. Кроме того, выполнение сваркопайки за один проход уменьшает трудоемкость и себестоимость выполненного сварно-паяного шва.The parts are welded with an electron beam in one pass and thereby exclude overheating and warping of the parts to be welded, as well as the accumulation of thermal stresses and the likelihood of the formation of intermetallic compounds. In addition, performing soldering in one pass reduces the complexity and cost of the welded-solder seam.

Перед сваркопайкой электронный луч смещают относительно кромки в сторону легкоплавкой детали на фиксированную величину 1,5…2,0 мм. При смещении электронного луча на расстояние меньше чем 1,5 мм возможно излишнее расплавление тугоплавкой детали, которое может привести к более интенсивной диффузии элементов и образованию интерметаллидных фаз. При смещении электронного луча на расстояние больше чем 2,0 мм ухудшается конфигурация и нарушается герметичность сварно-паяного шва, поскольку объема расплавленного металла легкоплавкой детали может быть недостаточно для смачивания поверхности тугоплавкой детали и образования качественного сварно-паяного соединения.Before welding, the electron beam is shifted relative to the edge towards the low-melting part by a fixed value of 1.5 ... 2.0 mm. When the electron beam is displaced by a distance of less than 1.5 mm, excessive melting of the refractory part is possible, which can lead to more intense diffusion of elements and the formation of intermetallic phases. When the electron beam is displaced by a distance of more than 2.0 mm, the configuration deteriorates and the tightness of the weld-solder seam is impaired, since the volume of molten metal of a low-melting part may not be enough to wet the surface of the refractory part and form a high-quality welded-solder joint.

Осуществляют локальное расплавление легкоплавкой детали с последующим его растеканием по поверхности более тугоплавкого материала и формированием соединения при дальнейшей кристаллизации. То есть происходит расплавление легкоплавкой детали, нагрев до высокой температуры нижней части тугоплавкой детали и прогрев верхней части тугоплавкой детали, смачивание расплавом поверхностей соединения, кристаллизация расплава и образование сварно-паяного соединения. Полученное соединение обеспечивает герметизацию стыка и фиксацию одной детали относительно другой.Local melting of the fusible part is carried out with its subsequent spreading over the surface of a more refractory material and the formation of the compound during further crystallization. That is, the low-melting part is melted, the lower part of the refractory part is heated to a high temperature and the upper part of the refractory part is warmed up, the surfaces of the joint are wetted by the melt, the melt crystallizes and a welded-solder joint is formed. The resulting connection provides a joint seal and fixation of one part relative to another.

Таким образом, данный способ обеспечивает отсутствие в различных зонах соединения хрупких интерметаллидных фаз, которые могут привести к разрушению при накоплении внутренних сварочных напряжений и деформации соединения. Это повышает прочность и герметичность неразъемного соединения деталей из разнородных материалов.Thus, this method ensures the absence of brittle intermetallic phases in various zones of the joint, which can lead to destruction upon accumulation of internal welding stresses and deformation of the joint. This increases the strength and tightness of one-piece connection of parts from dissimilar materials.

В приведенных аналогах, характеризующих уровень техники, отсутствует средство, которому присущи все признаки изобретения, выраженного предложенной формулой таким образом, чтобы все признаки известного ранее средства содержались в одном источнике информации. Это подтверждает соответствие заявленного изобретения условию «новизна».In the above analogues characterizing the prior art, there is no tool that is inherent in all the features of the invention expressed by the proposed formula so that all the features of a previously known tool are contained in one source of information. This confirms the compliance of the claimed invention with the condition of "novelty."

Сведения, содержащиеся в уровне техники, путем объединения, изменения или совместного использования не могут создать предлагаемого изобретения. Из уровня техники не были выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками рассматриваемого изобретения. Был сделан вывод, что изобретение явным образом не следует для специалиста из уровня техники. Это подтверждает соответствие заявленного изобретения условию «изобретательский уровень».The information contained in the prior art, by combining, modifying or sharing cannot create the proposed invention. From the prior art, no solutions have been identified that have features that match the distinguishing features of the subject invention. It was concluded that the invention does not explicitly follow for a person skilled in the art. This confirms the compliance of the claimed invention with the condition of "inventive step".

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показано поперечное сечение свариваемых деталей.In FIG. 1 shows a cross section of the parts to be welded.

На фиг. 2 показано соединение деталей перед сваркопайкой.In FIG. 2 shows the connection of parts before welding.

На фиг. 3 показано поперечное сечение сварно-паяного соединения (Ti-Ta).In FIG. 3 shows a cross section of a welded-solder joint (Ti-Ta).

На фиг. 4 показано поперечное сечение сварно-паяного соединения в отраженных электронах (Ti-Ta).In FIG. 4 shows a cross section of a welded-solder joint in reflected electrons (Ti-Ta).

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Описанным в патенте способом можно сваривать и плоские и цилиндрические детали. Далее будет описан один из вариантов осуществления изобретения - сваркопайка деталей из разнородных материалов в виде трубных заготовок. В качестве материала легкоплавкой детали применяют титан (Ti) с примесями Al, Si, V, Zr, Mo. Тугоплавкая деталь выполнена из тантала (Та).In the manner described in the patent, both flat and cylindrical parts can be welded. Next will be described one of the embodiments of the invention - welding of parts from dissimilar materials in the form of tube blanks. As the material of the low-melting part, titanium (Ti) with impurities Al, Si, V, Zr, Mo is used. The refractory part is made of tantalum (Ta).

Как показано на фиг. 1, в сваркопайке участвуют легкоплавкая деталь 1 и тугоплавкая деталь 2. На детали 1 выполнена проточка 3. На детали 2 выполнен выступ 4 под проточку 3 детали 1.As shown in FIG. 1, a fusible part 1 and a refractory part 2 are involved in the soldering process. A groove is made on part 1. A groove 3 is made on part 2. A protrusion 4 is made under the groove 3 of part 1.

Электронно-лучевую сваркопайку осуществляют следующим образом. Вначале выполняют сборку детали 1 с деталью 2. На фиг. 2 показано соединение детали 1 с деталью 2 перед сваркопайкой. Перед сборкой детали 1 и 2 подвергают ультразвуковой обработке в этиловом спирте. Этим доводят свариваемые поверхности до требуемой чистоты и, таким образом, исключают влияние загрязнений на качество шва. Далее детали 1 и 2 устанавливают в сборочно-сварочное приспособление (на фиг. 2 не показано), благодаря чему обеспечивают в нижней зоне плотный контакт проточки 3 детали 1 с выступом 4 детали 2. Сборочно-сварочное приспособление обеспечивает беспрепятственный доступ электронного луча 5 в зону сваркопайки. В верхней зоне реализуют зазор между свариваемыми поверхностями в виде угла схождения деталей 1 и 2. Угол схождения свариваемых поверхностей детали 1 и 2 не превышает 2°.Electron beam welding is as follows. First, assembly of part 1 with part 2 is performed. In FIG. 2 shows the connection of part 1 with part 2 before welding. Before assembly, parts 1 and 2 are sonicated in ethanol. This brings the welded surfaces to the required cleanliness and, thus, eliminates the influence of contaminants on the quality of the weld. Next, parts 1 and 2 are installed in an assembly-welding fixture (not shown in FIG. 2), which ensures tight contact of the groove 3 of part 1 with the protrusion 4 of part 2 in the lower zone. The assembly-welding fixture provides unhindered access of the electron beam 5 to the zone welding soldering. In the upper zone, a gap between the surfaces to be welded is realized in the form of an angle of convergence of parts 1 and 2. The angle of convergence of the surfaces to be welded of part 1 and 2 does not exceed 2 °.

Далее электронный луч 5 смещают относительно кромки в сторону легкоплавкой детали на фиксированную величину 1,5…2,0 мм.Next, the electron beam 5 is displaced relative to the edge toward the low-melting part by a fixed value of 1.5 ... 2.0 mm.

Выполняют сваркопайку с расплавлением детали 1 и направленным прогревом выступа 4 детали 2 в нижней зоне контакта с проточкой 3 детали 1 и поверхности косостыкового соединения в верхней части детали 2. Прогрев нижней части тугоплавкой детали 2 происходит за счет теплопередачи при расплавлении легкоплавкой детали 1. При этом обеспечивают подогрев верхней части тугоплавкой детали 2 в зоне косостыкового соединения деталей 1 и 2.Welding is performed with the melting of part 1 and directed heating of the protrusion 4 of part 2 in the lower contact zone with the groove 3 of part 1 and the surface of the braid joint in the upper part of part 2. The lower part is heated by refractory part 2 due to heat transfer during melting of low-melting part 1. At the same time provide heating of the upper part of the refractory part 2 in the area of the skew joint connection of parts 1 and 2.

Расплавленный металл детали 1 растекает по нагретой поверхности детали 2 и формирует при дальнейшей кристаллизации сварно-паяный шов 6, как показано на фиг. 3. Сваривают детали 1 и 2 электронным лучом за один проход, тем самым исключают перегрев и коробление свариваемых деталей, а также накопление термических напряжений и вероятность образования интерметаллидов.The molten metal of part 1 spreads over the heated surface of part 2 and forms, upon further crystallization, a welded-solder seam 6, as shown in FIG. 3. Weld parts 1 and 2 with an electron beam in one pass, thereby eliminating overheating and warping of the welded parts, as well as the accumulation of thermal stresses and the likelihood of the formation of intermetallic compounds.

После кристаллизации шва 6 образуется неразъемное соединение деталей 1 и 2. По результатам металлографического анализа сварно-паяного шва 6 внутренних дефектов в нем не выявлено. Сварно-паяный шов 6 формируется без образования интерметаллидных соединений, как показано на фиг. 4.After crystallization of the weld 6, an integral connection of parts 1 and 2 is formed. According to the results of a metallographic analysis of the welded-solder weld 6, no internal defects were detected in it. A welded-solder seam 6 is formed without the formation of intermetallic compounds, as shown in FIG. four.

По результатам рентгеноспектрального микроанализа определен химический элементный состав сварно-паянного шва 6, приведенный в таблице 1.According to the results of x-ray microanalysis, the chemical elemental composition of the welded-soldered seam 6 is determined, shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

В процессе сваркопайки происходит взаимодействие металлов при расплавлении детали 1 и прогреве детали 2 с взаимной диффузией элементов.In the welding process, metals interact during the melting of part 1 and heating of part 2 with mutual diffusion of elements.

На фиг. 4 показано поперечное сечение сварно-паяного соединения в отраженных электронах (Ti-Ta). На полученном в отраженных электронах снимке вдоль границы шва 6 дефектов не выявлено, хрупкие интерметаллидные соединения отсутствуют.In FIG. 4 shows a cross section of a welded-solder joint in reflected electrons (Ti-Ta). The image obtained in reflected electrons along the weld boundary 6 showed no defects, brittle intermetallic compounds are absent.

В результате проведенных экспериментов было подтверждено, что при электронно-лучевой сваркопайке деталей 1 и 2 из разнородных материалов сварно-паянный шов 6 не имеет дефектов. То есть минимальное тепловложение при сваркопайке обеспечивает минимальную деформацию при нагреве и усадке и исключает образование хрупких интерметаллидных фаз.As a result of the experiments, it was confirmed that during electron-beam welding of parts 1 and 2 from dissimilar materials, the welded-soldered seam 6 has no defects. That is, the minimum heat input during soldering ensures minimal deformation during heating and shrinkage and eliminates the formation of brittle intermetallic phases.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Наиболее эффективно выглядит использование предложенного способа в конструкциях ответственного назначения, где предъявляются высокие требования по обеспечению герметичности кольцевых и продольных сварных соединений. А также там, где в конструкции присутствует необходимость соединения деталей из разнородных металлов, и предъявляются повышенные требования к точности их изготовления, в целом, и к качеству сварно-паяных швов, в частности.The most effective is the use of the proposed method in structures for critical applications, where high demands are made on ensuring the tightness of ring and longitudinal welded joints. And also where there is a need to connect parts of dissimilar metals in the construction, and increased demands are placed on the accuracy of their manufacture, in general, and on the quality of welded-soldered joints, in particular.

Предлагаемый вариант конструкции сварно-паяного соединения обеспечивает технический результат, заключающийся в получении сварно-паяного соединения без образования стойких интерметаллидных фаз и уменьшении сварочных напряжении и деформаций.The proposed design of the welded-solder joint provides a technical result, which consists in obtaining a welded-solder joint without the formation of stable intermetallic phases and a decrease in welding stress and deformation.

В целом, рассмотренный вариант выполнения изобретения может быть реализован на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это показывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.In General, the considered embodiment of the invention can be implemented on existing equipment using existing materials. This shows its performance and confirms industrial applicability.

Claims (8)

1. Способ соединения деталей из разнородных материалов, включающий сборку стыка деталей из легкоплавкого материала с деталью из тугоплавкого материала и нагрев стыка с расплавлением детали из легкоплавкого материала, отличающийся тем, что на детали из легкоплавкого материала выполняют проточку, под которую на детали из тугоплавкого материала выполняют выступ, с получением косых свариваемых поверхностей в зоне стыка, а при сборке стыка совмещают свариваемые поверхности проточки и выступа с образованием косостыкового соединения с переменным зазором между косыми свариваемыми поверхностями в виде угла схождения, затем осуществляют нагрев косостыкового соединения концентрированным источником энергии, который смещают относительно стыка в сторону легкоплавкой детали на фиксированную величину, расплавляют легкоплавкую деталь и формируют неразъемное сварно-паянное соединение деталей.1. The method of connecting parts from dissimilar materials, including assembling the junction of parts of fusible material with a part of refractory material and heating the joint with melting the part of fusible material, characterized in that a part is made of fusible material to make a groove under which parts of refractory material perform a protrusion, with obtaining oblique welded surfaces in the joint zone, and when assembling the joint, the welded surfaces of the groove and protrusion are combined with the formation of a braid joint with the gap between the oblique welded surfaces in the form of a convergence angle, then the joint is heated with a concentrated energy source, which is displaced relative to the joint towards the low-melting part by a fixed amount, the low-melting part is melted and an integral welded-soldered joint is formed. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединяют цилиндрические детали из разнородных материалов кольцевым швом.2. The method according to p. 1, characterized in that they connect the cylindrical parts of dissimilar materials with an annular seam. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что на детали из легкоплавкого материала выполняют кольцевую центрирующую проточку, под которую на детали из тугоплавкого материала выполняют центрирующий кольцевой выступ.3. The method according to p. 2, characterized in that an annular centering groove is made on the parts of the fusible material, under which a centering annular protrusion is performed on the parts of the refractory material. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединяют плоские детали из разнородных материалов продольным швом.4. The method according to p. 1, characterized in that they connect the flat parts of dissimilar materials with a longitudinal seam. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол схождения свариваемых поверхностей легкоплавкой и тугоплавкой детали не превышает 2°.5. The method according to p. 1, characterized in that the angle of convergence of the surfaces to be welded with low-melting and high-melting parts does not exceed 2 °. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сваривают детали электронным лучом за один проход.6. The method according to p. 1, characterized in that the parts are welded with an electron beam in one pass. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сваривают детали лазерным лучом за один проход.7. The method according to p. 1, characterized in that the parts are welded with a laser beam in one pass. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрированный источник энергии смещают относительно свариваемого стыка в сторону легкоплавкой детали на 1,5-2,0 мм.8. The method according to p. 1, characterized in that the concentrated energy source is displaced relative to the welded joint to the side of the low-melting part by 1.5-2.0 mm.
RU2016139889A 2016-10-10 2016-10-10 Dissimilar materials bonding with electronic beam technique RU2635123C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139889A RU2635123C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Dissimilar materials bonding with electronic beam technique

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139889A RU2635123C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Dissimilar materials bonding with electronic beam technique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2635123C1 true RU2635123C1 (en) 2017-11-09

Family

ID=60263715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139889A RU2635123C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Dissimilar materials bonding with electronic beam technique

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2635123C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732303C1 (en) * 2020-04-27 2020-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method of welding and soldering of dissimilar metal alloys with a laser beam
RU2732846C1 (en) * 2019-12-31 2020-09-23 Чекалев Евгений Геннадьевич Method of jointed edges preparation for welding for of pipe and fitting connection at right angle
RU205893U1 (en) * 2021-01-11 2021-08-11 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантов" (АО "ОКБМ Африкантов") Heat exchange element
RU2761841C1 (en) * 2021-02-05 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for manufacturing ribbed panels from dissimilar alloys
RU2803446C1 (en) * 2022-09-29 2023-09-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") Method for electron-beam welding of an annular joint of thin-walled and thick-walled parts made of dissimilar aluminum alloys

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU288951A1 (en) * В. А. Майл Ю. М. Коренюк , А. В. Петшауэр METHOD OF ARC WELDING OF HETEROGENEOUS METALS
SU484059A1 (en) * 1973-10-19 1975-09-15 Предприятие П/Я М-5841 The method of welding overlap dissimilar metals
SU573298A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-25 Предприятие П/Я В-2994 Method of welding pipes
JPS546293A (en) * 1977-06-13 1979-01-18 Chicago Bridge & Iron Co Rapid release type mooring device
JPS60166177A (en) * 1984-02-07 1985-08-29 Toshiba Corp Fit welding between different kind metal
JPS6137954A (en) * 1984-07-30 1986-02-22 Toshiba Corp Welding method for molybdenum or its alloy
RU2288827C1 (en) * 2005-09-19 2006-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Method for preparing tube edges for welding

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU288951A1 (en) * В. А. Майл Ю. М. Коренюк , А. В. Петшауэр METHOD OF ARC WELDING OF HETEROGENEOUS METALS
SU484059A1 (en) * 1973-10-19 1975-09-15 Предприятие П/Я М-5841 The method of welding overlap dissimilar metals
SU573298A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-25 Предприятие П/Я В-2994 Method of welding pipes
JPS546293A (en) * 1977-06-13 1979-01-18 Chicago Bridge & Iron Co Rapid release type mooring device
JPS60166177A (en) * 1984-02-07 1985-08-29 Toshiba Corp Fit welding between different kind metal
JPS6137954A (en) * 1984-07-30 1986-02-22 Toshiba Corp Welding method for molybdenum or its alloy
RU2288827C1 (en) * 2005-09-19 2006-12-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Method for preparing tube edges for welding

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732846C1 (en) * 2019-12-31 2020-09-23 Чекалев Евгений Геннадьевич Method of jointed edges preparation for welding for of pipe and fitting connection at right angle
RU2732303C1 (en) * 2020-04-27 2020-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Method of welding and soldering of dissimilar metal alloys with a laser beam
RU205893U1 (en) * 2021-01-11 2021-08-11 Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантов" (АО "ОКБМ Африкантов") Heat exchange element
RU2761841C1 (en) * 2021-02-05 2021-12-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" Method for manufacturing ribbed panels from dissimilar alloys
RU2803446C1 (en) * 2022-09-29 2023-09-13 Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") Method for electron-beam welding of an annular joint of thin-walled and thick-walled parts made of dissimilar aluminum alloys
RU2809060C1 (en) * 2023-05-31 2023-12-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева" Method for preparing surface of ends of heterogeneous joints for friction stir welding in the form of a saw

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2635123C1 (en) Dissimilar materials bonding with electronic beam technique
US20150145241A1 (en) Member joining method, member joining structure, and joint pipe
TWI680551B (en) Steam room
JP2009543967A (en) Method for repairing a turbine blade
CN104625411B (en) A kind of Ti2The method of AlNb base intermetallic compound and xenogenesis titanium alloy welding
KR20180136000A (en) Joined body of dissimilar metals and method for producing joined body of dissimilar metals
US9067270B2 (en) Heat exchanger and method of joining heat exchanger pipe
CN105215550A (en) Double focus laser bundle welding foreign material interfacial reaction regulate and control method
CN102227285B (en) Method for producing overlapping weld joints and overlapping weld joint
JP6302314B2 (en) Welding process, welding system, and welded article
JP5866790B2 (en) Laser welded steel pipe manufacturing method
CN102029476A (en) Method for regulating intermetallic compound for dissimilar material overlap joint through laser-arc double-sided welding
RU2635637C1 (en) Method of electron-beam welding of parts
JP2007260701A (en) Method for joining different kinds of materials
JP2005279744A (en) Butt welding method of different kind of material using high energy beam
CN104907657B (en) A kind of TiAl/TC4 electron beam melt-brazing methods for adding alloy interlayer
RU2450197C1 (en) Joint of pipeline from stainless steel with vessel from titanium alloy and method of its realisation
RU2552823C2 (en) Method of welding parts with different thickness out of dissimilar metals
JP2019093436A (en) Method for welding different kinds of metal
JP2005186072A (en) Method of movable surface-friction welding for joining thin plate
JP2008023562A (en) Method for joining different kinds of materials
US20040222193A1 (en) Method for resistance welding/brazing a tube to a member
JP6400916B2 (en) Manufacturing method of joined body
JP2016522748A (en) Method for establishing a permanent bond between an iron alloy and aluminum or an aluminum alloy
JPS5870985A (en) Joining method for different metals