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钛-不锈钢管状适配器的扩散焊接技术
发布时间:2022-10-07

涉及钛-不锈钢管状适配器的扩散焊接技术。钛及其与不锈钢的合金不是通过熔焊焊接的,因为当它们结合在一起时,它们形成一系列脆性金属间化合物和共晶。

因此,在工业中,钛合金管与不锈钢管焊接的主要技术方向是使用通过固相焊接(不熔化)初步制造的双金属管状适配器,特别是通过在真空中扩散焊接

钛属于高活性金属组,因此在扩散焊接过程中以不锈钢为特征,将焊接金属之一加热到熔点的0.5-0.7并进行挤压,中间层在焊接接头中形成主要含有脆性金属间相Ti2(Fe,Cr),这大大降低了所得焊接接头的强度性能。

为了提高由钛合金和不锈钢制成的扩散焊接接头的强度特性,特别是钛合金VT5-1与不锈钢12X18H10T,焊接表面之间使用多层夹层,如V+Cu+钢+Ni和V+Cu+Ni,在800-900°C的真空中产生轧制。

已知一种方法是将这些中间层用于焊接直径为60-70 mm,长度可达150 mm的合金VT5-1和钢12Kh18N10T的管状适配器。

根据这种方法,将中间膜放置在焊接的管状预制棒的两端之间,在真空中加热至1000°C,用0.5 kgf/mm2的力挤压并保持在此温度和不小于15分钟的压力下。

这种管状适配器扩散焊接方法的主要缺点是缺乏可靠的方法,无法对层间层之间以及层间和管状坯料之间的粘合强度特性进行无损测试,不适合与以这种方式获得的钛合金和不锈钢的适配器进行焊接。

为了通过增加焊接接头的面积来增加管状适配器的结构强度,对钢坯进行了研磨。

钛合金和不锈钢的管状适配器的扩散重叠方法已知,方法是在不锈钢管状坯料外放置钛合金的管状坯料。

将钛坯放置在不锈钢工件外部,可以获得焊接表面扩散焊接所需的压缩,因为在不锈钢中,热膨胀系数大约是钛合金的两倍。然而,在焊接后冷却时,由于热膨胀系数的相同差异,过渡区分解并且束彼此分离以形成泄漏。

如果在组装扩散焊接时,将不锈钢衬套制成刺绣,并且当衬套由钛合金制成并加热到扩散焊接温度时,将其分布在直径上并迫使其撞击不锈钢衬套的内表面,则在焊接和冷却后,它将压缩钛合金的衬套,同时在它们之间形成脆性扩散夹层, 然而,在技术计划中,这种组装用于扩散焊接的管状坯料的方案比[敏感词]种方案复杂得多,因为在扩散焊接温度下,为了选择加热过程中形成的热间隙并提供焊接表面的必要焊接挤压,有必要在扩散焊接温度下强制分布直径的钛合金管坯。

这种在扩散焊接前组装管状预制件的方案,虽然它保证了焊接和冷却后脆性扩散层在径向方向上的压缩,但同时又不排除在脆性扩散层中沿重叠处形成大的剪切应力,这也是由于钛合金和不锈钢的热膨胀系数相差两倍而形成的。

当剪切应力超过剪切器上扩散夹层的强度时,钛-不锈钢适配器的腹接接头的脆性扩散层中存在较大的剪切应力,随着焊接衬套厚度的增加而增加,这会导致扩散焊缝的松紧性损失。在存在振动和管道中介质温度频繁变化的运行条件下,在剪切应力低于扩散层的剪切强度时,可能会发生密封性的损失。

在扩散焊接之前,通过铬和氧化铁在真空中的高温解离以及随后溅射形成的铬和铁离子的过程,对不锈钢衬套的表面进行氧化膜的清洁。从高度氧化的薄膜中对不锈钢衬套表面进行初步清洁,这些薄膜对于与钛合金的扩散相互作用是被动的,可以降低扩散焊接的温度和时间,以及在这种情况下形成的扩散层的厚度。同时,脆性金属间夹层在扩散焊接后的冷却过程中以及在拉伸和剪切应力的运行过程中几乎不会暴露出来,这使得该搭接接头在管道振动和流经管道的介质温度频繁变化的条件下是可行的。

这一技术成果是通过以下事实实现的:在管状适配器的扩散焊接过程中,钛 - 不锈钢,包括制造由钛合金和不锈钢制成的衬套,它们的伸缩连接,真空加热到扩散焊接温度,挤压焊接表面,在扩散焊接温度下老化和冷却:-在不锈钢衬套的内表面上, 螺纹型材的环形槽被制成并放置在钛熔接ava的套管外,在扩散焊接过程开始之前,不锈钢衬套在1050至1100°C的温度范围内以高频率加热,并在该温度下保持不超过5分钟, 之后加热降低到扩散焊接温度,并通过外套管的热量从不锈钢衬套从钛合金加热到扩散焊接温度,然后挤压待焊接的表面,方法是用工具从钛合金中点胶衬套,以确保填充旋转臂槽钛合金, 填充后继续在扩散键合温度下加热至少1分钟;- 此外,钛合金和不锈钢衬套的焊接表面是逐步制造的;- 此外,适配器的焊接衬套在真空中冷却至300°C。

所声称的管状适配器钛 - 不锈钢的扩散焊接方法使得可以获得同样坚固的高度可靠的焊接接头,这些焊接接头可在振动和温度波动下运行的关键管道中操作。由于适配器设计和扩散焊接技术的选择,由于焊接温度的降低和该温度下保持时间的缩短,确保了焊接扩散连接中相对较薄的扩散层的稳定生产,并且适配器设计在整个区域的径向和轴向方向上提供了脆性扩散层压缩,从而实现了适配器的高可靠性由于在钛合金衬套外侧安装了T不锈钢毛刺,并在不锈钢衬套的内表面上安装了螺纹型材,因此具有伸缩式连接。适配器的设计提供了,在焊接后的冷却过程中,由于不锈钢具有比钛合金两倍的热膨胀系数,因此,在焊接后的冷却过程中,外套包扎内部,同时压缩扩散层, 并在螺纹轮廓的环形槽的不锈钢衬套的内表面上执行,并用钛合金制成的金属衬套填充它们,反过来又排出纵向剪切应力的脆弱扩散层,因为由工作负载和热膨胀引起的所有纵向剪切应力都以环形突起和凹槽的形式以环形突起和凹槽的形式机械啮合在伸缩管状接头的整个长度上形成。

为了减少重叠点处的适配器壁的厚度,以及在加热和扩散焊接期间固定套管,焊接套管的伸缩连接是逐步进行的,这使得在仅0.5-1.5 mm的重叠点处适配器壁的厚度增加成为可能。

扩散焊接后,将焊接的预制棒在真空中冷却至300°C,以保护适配器的钛部分免受强烈氧化,从而降低钛及其合金的强度和腐蚀性能。

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