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鈦-不鏽鋼管狀適配器的擴散焊接技術
Release date:2022-10-07

涉及鈦-不鏽鋼管狀適配器的擴散(sàn)焊接技術。鈦及其與不鏽鋼的合金(jīn)不是通過熔焊(hàn)焊接的(de),因為當它們結合在一起時,它們形成一係列脆性金(jīn)屬間(jiān)化合物和共晶。

因此,在工業中,鈦合金管與(yǔ)不鏽鋼(gāng)管焊接的主要技術方向是使用通過固相焊接(不熔化)初步製造的雙金屬管狀適配器,特(tè)別是通過在真空中擴散焊接

鈦屬於高活(huó)性金屬組,因此在擴散焊接過程中以不鏽鋼(gāng)為特征,將焊接(jiē)金屬之(zhī)一加熱(rè)到熔點的0.5-0.7並進行擠壓(yā),中間層在焊接接頭中形成主(zhǔ)要含有脆(cuì)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(gāo)由鈦合(hé)金和不(bú)鏽鋼製成的擴散(sàn)焊接(jiē)接頭(tóu)的強(qiáng)度(dù)特性,特(tè)別是鈦合(hé)金VT5-1與不鏽鋼12X18H10T,焊接(jiē)表麵之間使用多層夾層,如V+Cu+鋼+Ni和V+Cu+Ni,在800-900°C的真空中產生(shēng)軋製。

已(yǐ)知一種方法是將這些中間層(céng)用於焊接直(zhí)徑(jìng)為60-70 mm,長度可達150 mm的合金VT5-1和鋼12Kh18N10T的管狀適配器。

根據(jù)這種方法,將中間膜放置在焊接的管(guǎn)狀預製棒的兩端之間,在真空中加熱(rè)至1000°C,用0.5 kgf/mm2的力(lì)擠壓並保持在此溫度和不小於15分鍾的壓力下。

這種管(guǎn)狀適配(pèi)器擴散焊接方法的(de)主要缺點是缺乏可靠的方法,無法(fǎ)對層間層之間以及層間和管狀坯料之間(jiān)的粘合強度特性進行無損測試,不適合與以這種方式獲得的(de)鈦(tài)合金和不鏽鋼的(de)適配器(qì)進行焊(hàn)接。

為了通過增加焊接(jiē)接頭的麵積來增(zēng)加管狀適配器的結構強度,對鋼坯進行了研磨。

鈦合金和不鏽鋼的(de)管狀適配器的擴散重疊方法已(yǐ)知,方法是在(zài)不(bú)鏽鋼管狀坯料外放置鈦合金的管狀坯料。

將(jiāng)鈦坯放置在不鏽鋼工件外部,可以獲得焊接表(biǎo)麵(miàn)擴散焊(hàn)接所需(xū)的壓縮,因為在不鏽鋼中(zhōng),熱膨脹係數大(dà)約是(shì)鈦合金的兩倍。然而,在焊接後冷卻(què)時,由於(yú)熱膨脹(zhàng)係(xì)數的相同差異,過渡區分(fèn)解並(bìng)且束彼(bǐ)此(cǐ)分(fèn)離以形成泄漏。

如果在組裝擴散焊接時,將不鏽鋼襯套(tào)製成刺繡(xiù),並(bìng)且(qiě)當襯套由鈦合金製成並(bìng)加(jiā)熱到擴散焊接溫度時,將其分布在直徑上並迫使其撞擊不鏽鋼(gāng)襯套的內表麵,則在焊接和冷卻(què)後,它將壓縮鈦合金的襯(chèn)套,同時在(zài)它們之間形成脆性擴散夾層, 然而,在技術計劃中,這種(zhǒng)組裝用於擴散焊(hàn)接的管狀坯料的方案比[敏感詞]種方案複雜得多,因為在(zài)擴散焊接溫度(dù)下,為了選擇(zé)加熱過程(chéng)中形成的熱間隙並提供焊接表麵的必要焊接擠壓,有必(bì)要在擴散(sàn)焊接溫度下強製分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方案,雖然它保證了焊(hàn)接和冷卻後脆性擴散層在徑向(xiàng)方向上(shàng)的壓縮,但同時又不排除在脆性擴散層中沿重疊處形(xíng)成大的剪切應力,這也(yě)是由於鈦(tài)合金和不鏽鋼的(de)熱膨脹係數相差兩倍而形成的。

當剪切應力超過(guò)剪(jiǎn)切器上擴(kuò)散夾層的強度時,鈦-不鏽鋼適配器的腹接接頭(tóu)的(de)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而(ér)增加,這會導致擴散焊縫的鬆緊性(xìng)損失。在存(cún)在振動和管道中介質(zhì)溫度(dù)頻繁變化的運行條件下,在剪切應力低於擴散(sàn)層的剪切強度時(shí),可(kě)能會發生密封性(xìng)的損失。

在(zài)擴散焊接之前,通過鉻和氧化鐵在真空(kōng)中的高溫(wēn)解離以及隨後濺射形(xíng)成的鉻和鐵離子的過程,對不鏽鋼襯套的表麵進行氧化膜的清潔。從高度氧化的薄膜(mó)中對不鏽鋼襯套表麵進行初步清潔,這些薄膜對於與鈦合(hé)金的擴散(sàn)相互作用是被動的,可以降低(dī)擴散焊接的(de)溫度(dù)和時間(jiān),以(yǐ)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(de)冷卻過程中以及在拉伸和剪切應力的運行過程中幾乎不會暴露出來,這使得該搭接接頭在管(guǎn)道振動和流經管道的介(jiè)質溫度(dù)頻繁變化的條件下是可行的。

這一技(jì)術成果是通過以下事實(shí)實現的:在管狀適配器的擴散焊接過程(chéng)中,鈦 - 不鏽鋼(gāng),包括製造由鈦合(hé)金和不鏽鋼製成的襯(chèn)套,它們的伸縮連接,真空(kōng)加熱到擴散焊接溫度,擠壓焊接表(biǎo)麵,在擴散焊接溫度下老化和冷卻:-在不鏽鋼襯套的內表麵(miàn)上, 螺紋型(xíng)材的環形槽(cáo)被製成並放置在鈦熔接ava的套管外(wài),在擴(kuò)散焊接過程開始之(zhī)前,不鏽鋼襯(chèn)套在1050至1100°C的溫度範圍內以(yǐ)高(gāo)頻率加熱,並在該溫度下保持不超過5分鍾, 之後加熱降低到擴散焊接溫度,並通過外套管的熱量從不鏽鋼襯套(tào)從鈦(tài)合金加熱到擴散(sàn)焊接溫度,然後擠壓待焊接的表麵,方法(fǎ)是用工(gōng)具從鈦合金中點膠襯套,以確保填充旋轉臂槽鈦合金, 填充後繼續在擴散鍵合溫度下加熱至少1分鍾;- 此外,鈦(tài)合金和不鏽鋼襯套的焊接表麵是逐步製造(zào)的;- 此外,適配器的焊接襯套在真空(kōng)中冷卻至300°C。

所聲稱的管狀適配器(qì)鈦 - 不鏽鋼的擴散焊接方法使得可以獲(huò)得同樣堅固的高度可靠的焊接接頭,這些焊接接頭可在振(zhèn)動和溫度波動下運行的關鍵(jiàn)管道中操作。由於適配器設計和擴散焊接技術的選擇,由於焊接溫度的降低(dī)和該溫(wēn)度下保持時間的縮短,確保了焊接擴散連接中相對較薄的擴散層的(de)穩定生產,並且適配器(qì)設計在整個區域的徑向和軸向方(fāng)向上提供了脆性擴(kuò)散層壓縮,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(zhuāng)了T不鏽鋼毛刺,並在不鏽鋼襯套的內表麵上安裝了螺紋型(xíng)材,因此具有伸縮式(shì)連接。適配器的設計提供了,在焊接後的冷卻過程(chéng)中,由於不鏽鋼具有比鈦合(hé)金兩倍的(de)熱膨脹係數,因此,在焊接後的冷卻過程(chéng)中,外套包紮內部,同時(shí)壓(yā)縮擴散層, 並在螺紋輪廓的環形槽的不鏽鋼襯套的內表麵上執行,並用鈦合金製成的金屬襯套填充(chōng)它(tā)們,反過來又排出縱向剪(jiǎn)切應力的脆弱擴散層,因為由工作負載和熱膨脹(zhàng)引起的(de)所有縱向剪切應力都以環形突起和凹槽的形式以(yǐ)環形突起和凹槽的形式機械齧合在伸縮管狀接頭的整個長度(dù)上形成。

為(wéi)了減少重疊點處的適配器壁的厚度,以及在加熱(rè)和擴(kuò)散焊(hàn)接期間固定(dìng)套管,焊接套管的伸縮連接是逐(zhú)步進行的,這使(shǐ)得在僅0.5-1.5 mm的重疊點(diǎn)處適(shì)配器(qì)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(bǎo)護適配器(qì)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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