RU33530U1 - Соединение труб под диффузионную сварку - Google Patents

Description

вил л.мЛшк (fliitiitttnill

СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ ПОД ДИФФУЗИОННУЮ СВАРКУ

Полезная модель относится к области подготовки торцев труб под сварку, а более конкретно - к диффузионной сварке встык преимущественно коротких толстостенных труб из разнородных металлов, например, из аустенитных и ферритных сталей. Такие конструкции широко применяются в промышленности, например, в корпусах шаговых электродвигателей, у которых корпус выполнен в виде набора чередующихся между собой колец из немагнитной (аустенитной) и магнитной (ферритной) сталей, соединенных между собой сваркой. Сварные конструкции шаговых электродвигателей должны иметь предельно узкие зоны перехода между кольцами из разнородных сталей. При этом предъявляются высокие требования к точности осевых размеров соединяемых колец.

Наиболее приемлемым способом сварки указанных конструкций из разнородных сталей является сварка в твердой фазе, так как она позволяет получать конструкции с минимально узкой зоной перехода между свариваемыми заготовками и с наиболее точными размерами по их осям.

Известна конструкция неразъемного соединения, выполненная с помощью диффузионной сварки в вакууме с индукционным нагревом. Эта конструкция представляет собой набор ряда заготовок из сталей магнитной - марки 25Х1 М4Г5АФ2 и немагнитной - марки ОХ20Н4АГЮ (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 135). Заготовки из магнитной и немагнитной сталей контактируют между собой по торцам, а разделкой кромок является поверхность торца, перпендикулярная оси вращения труб.

В23Л 20/00 В23К 28/00 В23К 15/00

При соединении труб с указанной разделкой кромок способом диффузионной сварки с индукционным нафевом трудно обеснечить ах регламентированную деформацию т.к. нагрев заготовок происходит неравномерно - магнитная (ферритная) сталь нагревается интенсивно индукционными токами а немагнитная (аустенитная) сталь греется менее интенсивно и в основном за счет теплопередачи по соединяемым торцам заготовок. Ферратная сталь обладает меньшей жаропрочностью, чем аустенитная и в связи с этим она интенсивно ползет при температуре сварки и сварочном сдавливании, тогда как аустенитная сталь слабо деформируется. Кроме того, с помощью индуктора трудно обеспечить локальный нагрев места сварки малых по длине колец. В процессе сдавливания в этом случае деформации подвергаются соседние кольца, что недопустимо. Поэтому изготовить корпус шагового двигателя, состоящего из набора узких колец из разнородных сталей, диффузионной сваркой с индукционным нагревом практически невозможно.

Известен электроннолучевой нагрев заготовок при диффузионной сварке. (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 100). Электроннолучевой нагрев обеспечивает более равномерный нагрев заготовок в месте сварки. Наиболее близкая к заявляемому изобретению по своим существенным признакам а назначению является конструкция разделки кромок соединения труб, выполненного с помощью диффузионной сварки в вакууме. (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов, М., Машиностроение, 1976 г., стр. 283). Разделка кромок этой конструкции представляет собой поверхность торца, перпендикулярная оси вращения труб. Из-за большой разницы пластических свойств при температуре сварки и значительной массы деформированного металла на свариваемых торцах такая форма торцев ограничивает возможность получения сварных заготовок из разнородных колец с лимитированными размерами по их длине. При этом удельное усилие сдавливания затотовок обычно составляет около 1,5 кгс/мм. Указанная форма торцев для сварных соединений из разнородных сталей ограничивает активацию поверхности, что отрицательно сказывается на стабильности свойств соединений. Для получения соосных соединений с данной формой торцевтребуется специальное приспособление, центрирующее заготовки. Это является также недостатком соединения из плоских торцев труб.

Задачей полезной модели является создание конструкции соединения толстостенных труб под диффузионную сварку встык из разнородных сталей, позволяющей получать сварные соединения с сохранением .яинейных размеров соединяемых заготовок и высокой стабильности прочностных свойств, а также с обеспечением соосности свариваемых заготовок.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, состоит в том, что указанная конструкция соединения труб позволяет нагревать узкую зону на торце трубы из менее жаропрочной стали в том числе за счет нагрева малого объема металла, что обеспечивает локальную дозированную деформацию свариваемых заготовок, и позволяет активировать диффузионные процессы за счет повышенной приповерхностной деформации кромки заготовки из менее жаропрочной стали.

Указанный технический результат достигается тем, что соединение труб под диффузионную сварку с электронно-лучевым нагревом, включающее установку труб из разнородных материалов плоскими торцами встык, при этом по краям плоского торца трубы из менее жаропрочного материала выполнены скосы с образованием между ними п.поского кольца, средняя линия которого расположена ниже средней линии стенки трубы;

-кроме того, плоское кольцо выполнено шириной не менее 1 мм;

-кроме того, зазоры, образованные скосама между свариваемыми трубами по ИХ цилиндрическим поверхностям, выполнены не шире 4 мм;

-кроме того, высота кольцевой центрируюшей ступеньки выполнена не ниже 0,1 мм.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано соединение труб с толщиной стенки S, на фиг. 2 показана схема сварки колец из разнородных сталей. На торце грубы 1 из менее жаропрочной стали выполнены скосы снаружи и изнутри трубы. Скосы образуют плоское кольцо h, по которому осуществляется контакт с торцом заготовки ИЗ более жаропрочной стали 2. На торце трубы из более жаропрочной стали выполнена центрирующая ступенька высотой d. Скосы образуют зазор а и f между свариваемыми трубами по их цилиндрическим поверхностям соответственно снаружи и изнутри. Средняя линия плоского кольца расположена ниже средней линии трубы на величину k, что продиктовано условиями нагрева и деформации торца трубы из менее жаропрочной стали. Так при воздействии электронного луча 3 на поверхность наружного скоса в большей степени нагревается наружная поверхность трубы и следовательно большая часть металла при деформации потечет к ее наружной поверхности. Кроме того, цилиндрическая геометрия свариваемых заготовок также способствует течению металла наружу при сдавливании заготовок. Скос позволяет эффективно активировать соединяемые поверхности, так как электронный луч непосредственно воздействует на них. Выступ, образованный скосами и плоским кольцом, обеспечивает при диффузионной сварке значительную приповерхностную деформацию менее жаропрочной стали без заметной деформации ее остальной части и заготовки из более жаропрочной стали, что обеспечивает получение соединения с планируемыми габаритными линейными размерами свариваемых заготовок. Удельное усялие сдавливания заготовок при этом соненйй с разделкой кромок, указанном в прототипе. Оптимальные размеры плоского кольца следующие; высота его равна не менее 1 мм средняя линия притупления расположена ниже средней ланий стенки трубы. Скосы на торце трубы выполнены таким образом, что зазоры между свариваемыми трубами по их цилиндрическим поверхностям имеют величину не превышающую 4 мм. Эти зазоры и определяют углы скоса торца. На торце грубы из более жаропрочной стали выполнена центрирующая ступенька, которая позволяет, не имея специального приспособления, центрировать трубы при сборке под сварку. Оптимальная высота указанной ступеньки не менее 0,1 мм.

Все кольца перед сваркой обрабатывают в требуемый размер с учетом припуска на последующую деформацию при сварке. Припуск определяют предварительно на технологических образцах. Стыковку колец осуществляют по кольцевой центрирующей ступеньке. Кольца собирают на опрмке. Сварку осуществляют в камере, в которой создается разряжение - 10 мм. рт. столба. Электронный луч пушки направляют в разделку и дают режим подогрева. При этом оправка вращается. Значительная скорость вращения свариваемых колец позволяет равномерно нагревать заготовки в месте стыка. В процессе нагрева кольца постоянно поджимаются с усилием сварки Р. По мере достижения пластичного состояния свариваемые кольца сближаются в основном за счет деформации менее жаропрочной стали. Перемещение заготовок ограничивается стопором и осуществляется до полного выбора зазора между кольцами с некоторым запасом.

Приведенная выше технология диффузионной сварки позволяет получать сварные заготовки из набора колец с обеспечением их точных осевых размеров, так как соединение торцев труб с приведенными параметрами дает возможность иметь стабильное одинаковое перемещение колец при сварке, а значит - и стабильный одинаковый припуск на деформацию.

Пример использования.

Сваривали корпус шагового двигателя из набора колец из сталей 09Х17Т и 08Х18Н10Т. Габариты корпуса: наружный диаметр 110 мм., толщина стенки 15 мм. Количество колец 13. Концевые кольца выполняли из аустенитной стали. Параметры разделки следующие: ширина плоского кольца h 4 мм., средняя линня плоского кольца расположена на расстоянии k 5 мм. от средней .пинии стенки кольца, зазор между свариваемыми кольцами по их цилиндрическим поверхностям а и f составил соответственно 4 и 3 мм., высота кольцевой центрирующей ступеньки равна 0,5 мм.

Данная разделка кромок обеспечила оптимальный режим нагрева и деформирования колец при сдавливании заготовок с минимальным удельным усилием, что позволило сварить корпус шагового двигателя с требуемыми осевыми размерами колец аз разнородных сталей с необходимыми механическими свойствами. Механические испытания образцовсвидетелей показали на удовлетворительное качество сварных соединений. Образцы разрушались с пределом прочности 39-40 кгc/мм

ff (

Claims (5)

1. Соединение труб под диффузионную сварку с электроннолучевым нагревом, включающее установку труб из разнородных материалов плоскими торцами встык, отличающееся тем, что по краям плоского торца трубы из менее жаропрочного материала выполнены скосы с образованием между ними плоского кольца, средняя линия которого расположена ниже средней линии стенки трубы.

2. Соединение труб под диффузионную сварку по п.1, отличающееся тем, что на плоском торце трубы из более жаропрочной стали выполнена кольцевая центрирующая ступенька.

3. Соединение груб под диффузионную сварку по п.1, отличающееся тем, что плоское кольцо выполнено шириной не менее 1 мм.

4. Соединение груб под диффузионную сварку по п.1, отличающееся тем, что зазоры, образованные скосами между свариваемыми трубами по их цилиндрическим поверхностям, выполнены не шире 4 м.

5. Соединение труб под диффузионную сварку по пп.1 и 2, отличающееся тем, что высота кольцевой центрирующей ступеньки выполнена не ниже 0,1 мм.