涉及(jí)鈦-不鏽鋼管狀適(shì)配器的擴散焊(hàn)接技術。鈦及其與不鏽鋼(gāng)的合金不是通過熔(róng)焊焊接的,因為當它們結合在一起時,它們形成一係列脆性金屬間化合物(wù)和共(gòng)晶。
因此,在工業中,鈦合金管與不鏽鋼管焊接的主要技術方向是使用(yòng)通過固相焊接(不熔化)初步製造的雙(shuāng)金屬(shǔ)管狀適配器,特別是通過在真空中擴散焊接
鈦屬於高活性金屬組,因此在擴散焊(hàn)接過程(chéng)中(zhōng)以不鏽鋼為特征(zhēng),將焊(hàn)接金屬之一(yī)加熱到熔點的0.5-0.7並進行擠壓,中間層在焊接接頭中形成主要含有脆性金(jīn)屬間相Ti2(Fe,Cr),這大大降低了所得焊接接頭的強度性能。
為了提高由鈦合金和不(bú)鏽(xiù)鋼製成的擴(kuò)散焊接接頭的強度特性,特別是鈦合金VT5-1與不鏽鋼(gāng)12X18H10T,焊接表麵之間使用多層夾層,如(rú)V+Cu+鋼+Ni和V+Cu+Ni,在800-900°C的真空中產生軋製。
已知一種方法是將這些(xiē)中間(jiān)層(céng)用於焊接(jiē)直徑為60-70 mm,長度可達150 mm的合金(jīn)VT5-1和(hé)鋼12Kh18N10T的管狀適配器。
根據這種方(fāng)法,將中間膜放置在焊接的(de)管狀預製棒的兩端(duān)之間,在真空中加熱至1000°C,用0.5 kgf/mm2的力擠壓並保持在此溫度和不小(xiǎo)於15分鍾的(de)壓力下。
這種管狀適配器擴散焊接(jiē)方法的主要缺點是缺乏可靠的方法,無法對層(céng)間層之間以及(jí)層間和管狀(zhuàng)坯料之間的粘合強度特性進行無(wú)損測試,不適合與以這種方式(shì)獲得的鈦(tài)合金(jīn)和不鏽(xiù)鋼的適配器進行(háng)焊接。
為(wéi)了通(tōng)過增加焊接接頭的麵積來增加管狀適配器的(de)結構強度,對(duì)鋼(gāng)坯(pī)進行了研磨。
鈦合金和(hé)不鏽鋼的管(guǎn)狀適配器的擴散重疊方法已知,方法是在不(bú)鏽(xiù)鋼管狀(zhuàng)坯(pī)料外放置鈦合金(jīn)的管狀坯料。
將鈦坯放置在不鏽鋼工件外部,可以獲得焊接表麵擴散焊(hàn)接所需的壓(yā)縮,因(yīn)為在(zài)不鏽鋼(gāng)中(zhōng),熱膨脹係數大約是鈦合金的兩倍(bèi)。然而,在焊接後冷卻時(shí),由於熱(rè)膨脹係數的相同差異,過(guò)渡區分解並且束彼此分離以形成泄漏。
如果在組裝擴散(sàn)焊(hàn)接時,將不鏽鋼襯套製成刺繡,並且當襯套由鈦合金製成並加熱到擴散焊接溫(wēn)度時(shí),將其分布在直徑上並迫使其撞擊(jī)不鏽鋼襯套的內(nèi)表麵,則在(zài)焊(hàn)接和冷卻後,它將壓縮(suō)鈦合金的襯套,同時在它們之間形成(chéng)脆(cuì)性擴散夾層, 然而,在技術計劃中,這種(zhǒng)組裝用於擴散焊接的管狀坯料(liào)的(de)方案比[敏感詞]種方案複雜得多,因為在擴散焊接溫度(dù)下,為了選擇加熱過程中形成的熱間隙並提供焊接表麵的必(bì)要焊接擠壓,有必要在擴散焊接(jiē)溫度(dù)下強製分(fèn)布直徑的鈦合金管坯。
這種在擴散焊接前組裝管狀預製件的(de)方案,雖然它保證了焊(hàn)接和冷卻後脆性擴散層在徑向方向上的壓縮(suō),但同時又不(bú)排除在脆性擴散層中沿(yán)重疊處形成大的剪切應力,這也是由於(yú)鈦合金和不鏽鋼的熱(rè)膨脹係數相差兩(liǎng)倍而(ér)形成的。
當剪切應力超過剪切器上擴散夾層的強度時,鈦-不鏽鋼適配器的腹接接頭的脆性擴散層中存在較大的剪切應力,隨著焊接襯套厚度的增加(jiā)而增加(jiā),這會導致(zhì)擴散焊縫的鬆緊性損(sǔn)失。在存在振動和管道中(zhōng)介質溫度頻(pín)繁變化的(de)運行條件下,在(zài)剪切應力低(dī)於擴散層(céng)的剪切強度時,可能會發生密封性的(de)損失(shī)。
在擴散(sàn)焊接之前(qián),通過鉻和(hé)氧化鐵在真空中的高溫解離以及隨(suí)後濺射形(xíng)成的鉻和鐵(tiě)離子的(de)過程,對不鏽鋼襯(chèn)套的表麵進行氧化膜的清(qīng)潔。從高度氧化的薄膜中對不鏽鋼襯套表麵進行初步清潔,這些薄膜對於與鈦合金的擴散相互作用是(shì)被動的(de),可以降低擴散焊接的溫度(dù)和時間(jiān),以及在這種情況下形成的擴散層的厚度。同時,脆性金屬間夾層在擴散焊接後的冷卻過程中以及在拉伸和剪切應力的運(yùn)行過程中幾乎不會暴露出來,這使得該搭接接頭在(zài)管道(dào)振動和流經管道的介質溫度頻繁變化的條件下是可行的。
這一技(jì)術成果是通過以下(xià)事實實現的:在管(guǎn)狀適配器的擴散焊接過程中,鈦 - 不鏽鋼,包括製造由鈦合金和不鏽鋼(gāng)製成的襯套,它們(men)的伸縮(suō)連接,真空加熱(rè)到擴散焊接溫度,擠壓焊接表麵,在擴散焊(hàn)接溫度下(xià)老化和冷卻:-在(zài)不鏽鋼襯套的內表麵上, 螺紋(wén)型材的環形槽被製成並放置在鈦熔接ava的套管外(wài),在擴散焊接過程(chéng)開始之前,不鏽鋼襯(chèn)套在1050至(zhì)1100°C的溫度範圍內以(yǐ)高頻率加熱,並在該溫度下保持不超過5分(fèn)鍾, 之後加熱降低到擴散焊(hàn)接溫度,並通過外套管的熱量從不鏽鋼襯套從鈦(tài)合金加熱到擴散焊接(jiē)溫(wēn)度,然後擠壓待(dài)焊接(jiē)的表麵,方法是用工具從鈦合金中點(diǎn)膠襯(chèn)套,以確保填充旋轉臂槽鈦合金, 填充後繼(jì)續在擴散(sàn)鍵合溫(wēn)度下加(jiā)熱至少1分鍾;- 此外,鈦(tài)合金和不鏽(xiù)鋼襯套的焊(hàn)接表麵是逐步製造的;- 此外,適配器的焊接襯套在真空中冷卻至(zhì)300°C。
所聲稱的管狀適配器鈦(tài) - 不鏽鋼的擴散焊接方法使得(dé)可以(yǐ)獲(huò)得同樣堅固的高度可靠的焊接接頭,這些焊接接(jiē)頭可(kě)在振動和(hé)溫度波動下運行的關鍵管道中操作。由於(yú)適配器設計和擴(kuò)散(sàn)焊接技術的選擇,由於焊接溫度的降低和該溫度下保持時間的縮短,確保了焊接擴散連接中(zhōng)相對較薄的擴散層的穩定生產,並(bìng)且適配器設計在(zài)整個區域的徑向和(hé)軸向方向上提供了脆性(xìng)擴散層壓(yā)縮,從而實現了適配器的高可靠性由於在鈦合金襯套外側安裝了T不鏽鋼毛刺,並在不鏽鋼襯套的內表麵(miàn)上安裝(zhuāng)了螺紋型材,因此具(jù)有伸縮式連接。適配器的(de)設計提供了(le),在焊(hàn)接後的冷卻過程(chéng)中,由於不鏽鋼具有比鈦合金兩倍的熱膨脹係數,因此,在焊接(jiē)後的冷卻過程(chéng)中,外(wài)套包紮內部,同(tóng)時壓縮擴散層, 並在螺紋輪廓的環形槽的不鏽鋼襯(chèn)套的內表(biǎo)麵上執行,並用鈦(tài)合金製成的金屬襯套填充它(tā)們,反過來又排(pái)出縱向剪切(qiē)應力(lì)的脆弱擴散層,因為由工作負載和(hé)熱(rè)膨脹(zhàng)引起的所有縱向剪切應力都(dōu)以環形突(tū)起和凹(āo)槽(cáo)的形式以環形突起和凹槽的形式機械齧合(hé)在伸縮管狀(zhuàng)接頭的(de)整個長度上形成(chéng)。
為了減少重疊點處的(de)適配器壁(bì)的厚度,以及在加熱和擴散焊接期間固定套管,焊接套管的伸縮(suō)連接是逐步進行的,這使得在僅0.5-1.5 mm的重疊點處適(shì)配器壁的厚度增加成為可能。
擴散焊接後,將焊接的預製棒在真空中冷卻至300°C,以保護適配(pèi)器的鈦部分免受強烈氧化,從而降低鈦及其合金的強度和腐蝕性能。
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