Прислать материал
Технологические возможности диффузионной сварки (ДС) в условиях горячего изостатического прессования (ГИП) и исследование диффузионных соединений разнородных металлов, полученных этим методом.
- изучение и опробование технологических возможностей горячего изостатического прессования (ГИП) для диффузионной сварки (ДС) различных пар разнородных металлических материалов применительно к некоторым деталям и узлам интернационального термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР) и Ракетно-космической технике (РКТ).
- исследование диффузионных соединений разнородных материалов, полученных ДС в условиях ГИП
Создание новых сварных узлов из разнородных металлов и сплавов является актуальной задачей, необходимой для развития новых технологий, позволяющих изготовлять не только принципиально новые конструкции и детали, но и удешевлять конструкции, применяя дорогостоящие материалы, отличающиеся высокой прочностью, жаропрочностью и/или жаростойкостью, только в ответственных и особо нагруженных местах, в узлах, работающих в условиях повышенных температур, ударных нагрузок, под огромными растягивающими или сжимающими напряжениями и т.д. Настоящая работа относится к области сварки в твердом состоянии однородных и разнородных металлических материалов, не поддающихся сварке плавлением напрямую.
При классической ДС сварочное усилие, например пресса , обеспечивает создание физического контакта между соединяемыми поверхностями, но в большинстве случаев давления и времени выдержки недостаточно для получения качественного соединения. Реализовать более высокое сварочное усилие можно в газостате посредством воздействия высокого давления всестороннего сжатия инертного газа на свариваемые материалы в процессе ГИП (до 200 МПа), обеспечивающего основные технологические эффекты и преимущества:
- одинаковое сварочное усилие в любой точке зоны соединения, независимо от ее геометрии и размеров;
- сохранение исходных геометрических размеров и формы обрабатываемого объекта;
- создание абсолютного физического контакта соединяемых поверхностей.
Использование данной разновидности ДС позволяет получать материалы с наилучшими свойствами, высокую степень однородности структуры по всему соединению при диффузионной сварке; детали получаемые диффузионной сваркой в условиях ГИП обладают максимальным значением прочности, соизмеримой с прочностью основного металла, изотропией свойств, и не имеют в зоне соединения пор и трещин. Кроме того возможные поры и микротрещины соединяемых материалов залечиваются при ГИП, тем самым улучшаются их механические характеристики и устраняется возможный брак.
Методика выполненных экспериментов разрабатывалась с учетом особенностей технологий ГИП и традиционной ДС. В результате этого были разработаны и опробованы новые технологические приемы получения сложных сварных конструкций способом ДС в условиях ГИП. Этим методом были получены различные пары разнородных металлов, а полученные соединения исследовались с помощью оптической и электронной микроскопии, подвергались механическим испытаниям. Были испытаны биметаллические образцы бронза БрХЦр - сталь 12Х18Н10Т, БрХЦр - сталь 316L, сталь 316L - сталь XM19 и титан ВТ6с - сталь 12Х18Н10Т через промежуточные прослойки меди (0,5 мм) и ниобия (0,3 мм). Установлено, что максимальная величина временного сопротивления растяжению соединения БрХЦр - 12Х18Н10Т, полученного ДС в условиях ГИП составляет при 20°С - 457 МПа, при 250°С - 370 МПа (разрушение по зонам соединения); величина временного сопротивления растяжению соединения сталь 316L - сталь XM19, полученного ДС в условиях ГИП составляет при 20°С - 600 МПа, что соответствует прочности стали 316L (разрушение произошло по стали 316L); максимальная величина временного сопротивления растяжению ВТ6с - 12Х18Н10Т через промежуточные прослойки меди и ниобия составила 493 МПа.
Показаны технологические возможности ДС в условиях ГИП на примере теплообменников сложной сварной конструкции для ИТЭР, изготовленных из бронзы БрХЦр, стали 12Х18Н10Т и меди, и крупногабаритных узлов дивертора ИТЭР из сталей 316L и XM16 с площадью соединения одной заготовки ~ 540см2 и массой заготовок около 1 тонны.
Одна из технологических особенностей ДС в условиях ГИП состоит в необходимости герметизации зоны сварки, что обеспечивает трансформацию давления газа в сварочное усилие. Для этого в классическом варианте свариваемые детали помещают в герметичную металлическую капсулу, которую перед ГИП вакуумируют. На примере теплообменника со сквозным каналом охлаждения для ИТЭР, состоящий из бронзы и стали, была опробована технология изготовления без наружного контейнера, с промежуточной пайкой бронзовых составляющих.
Было опробовано получение соединения ВТ6с - 12Х18Н10Т через промежуточные прослойки меди и ниобия методом сварки взрывом, и результат оказался неудовлетворительным. Сравнительный анализ соединений ВТ6с - 12Х18Н10Т, полученных сваркой взрывом и ДС в условиях ГИП показал, что ДС в условиях ГИП отличается стабильностью механических свойств по всей зоне соединений, отсутствием макродеформаций и растрескивания соединяемых материалов и получением надежных работоспособных сварных конструкций для ответственных изделий.
Показано, что применение технологии ГИП позволяет осуществлять диффузионную сварку различных разнородных металлических материалов в виде конструкций сложной формы, любых размеров и массы, ограниченных рабочим пространством газостата, с формированием надежных соединений высокого качества.
2. Диффузионная сварка материалов: Справочник/ под редакцией Д50 Н. Ф. Казакова - М: Машиностроение, 1981. - 271с.
3. Конюшков Г. В., Мусин Р. А. Специальные методы сварки давлением. Учебное пособие. - Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2009. - 632с.
4. Диффузионная сварка титана. Каракозов Э. С., Орлова Л. М., Пешков В. В., Григорьевский В. И. М., "Металлургия", 1977. - 272с.