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      鈦-不銹鋼管狀適配器的擴散焊接技術
      發布時間:2022-10-07

      涉及鈦-不銹鋼管狀適配器的擴散焊接技術。鈦及其與不銹鋼的合金不是通過熔焊焊接的,因為當它們結合在一起時,它們形成一系列脆性金屬間化合物和共晶。

      因此,在工業中,鈦合金管與不銹鋼管焊接的主要技術方向是使用通過固相焊接(不熔化)初步制造的雙金屬管狀適配器,特別是通過在真空中擴散焊接

      鈦屬于高活性金屬組,因此在擴散焊接過程中以不銹鋼為特征,將焊接金屬之一加熱到熔點的0.5-0.7并進行擠壓,中間層在焊接接頭中形成主要含有脆性金屬間相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銹鋼制成的擴散焊接接頭的強度特性,特別是鈦合金VT5-1與不銹鋼12X18H10T,焊接表面之間使用多層夾層,如V+Cu+鋼+Ni和V+Cu+Ni,在800-900°C的真空中產生軋制。

      已知一種方法是將這些中間層用于焊接直徑為60-70 mm,長度可達150 mm的合金VT5-1和鋼12Kh18N10T的管狀適配器。

      根據這種方法,將中間膜放置在焊接的管狀預制棒的兩端之間,在真空中加熱至1000°C,用0.5 kgf/mm2的力擠壓并保持在此溫度和不小于15分鐘的壓力下。

      這種管狀適配器擴散焊接方法的主要缺點是缺乏可靠的方法,無法對層間層之間以及層間和管狀坯料之間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鈦合金和不銹鋼的適配器進行焊接。

      為了通過增加焊接接頭的面積來增加管狀適配器的結構強度,對鋼坯進行了研磨。

      鈦合金和不銹鋼的管狀適配器的擴散重疊方法已知,方法是在不銹鋼管狀坯料外放置鈦合金的管狀坯料。

      將鈦坯放置在不銹鋼工件外部,可以獲得焊接表面擴散焊接所需的壓縮,因為在不銹鋼中,熱膨脹系數大約是鈦合金的兩倍。然而,在焊接后冷卻時,由于熱膨脹系數的相同差異,過渡區分解并且束彼此分離以形成泄漏。

      如果在組裝擴散焊接時,將不銹鋼襯套制成刺繡,并且當襯套由鈦合金制成并加熱到擴散焊接溫度時,將其分布在直徑上并迫使其撞擊不銹鋼襯套的內表面,則在焊接和冷卻后,它將壓縮鈦合金的襯套,同時在它們之間形成脆性擴散夾層, 然而,在技術計劃中,這種組裝用于擴散焊接的管狀坯料的方案比[敏感詞]種方案復雜得多,因為在擴散焊接溫度下,為了選擇加熱過程中形成的熱間隙并提供焊接表面的必要焊接擠壓,有必要在擴散焊接溫度下強制分布直徑的鈦合金管坯。

      這種在擴散焊接前組裝管狀預制件的方案,雖然它保證了焊接和冷卻后脆性擴散層在徑向方向上的壓縮,但同時又不排除在脆性擴散層中沿重疊處形成大的剪切應力,這也是由于鈦合金和不銹鋼的熱膨脹系數相差兩倍而形成的。

      當剪切應力超過剪切器上擴散夾層的強度時,鈦-不銹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而增加,這會導致擴散焊縫的松緊性損失。在存在振動和管道中介質溫度頻繁變化的運行條件下,在剪切應力低于擴散層的剪切強度時,可能會發生密封性的損失。

      在擴散焊接之前,通過鉻和氧化鐵在真空中的高溫解離以及隨后濺射形成的鉻和鐵離子的過程,對不銹鋼襯套的表面進行氧化膜的清潔。從高度氧化的薄膜中對不銹鋼襯套表面進行初步清潔,這些薄膜對于與鈦合金的擴散相互作用是被動的,可以降低擴散焊接的溫度和時間,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后的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道振動和流經管道的介質溫度頻繁變化的條件下是可行的。

      這一技術成果是通過以下事實實現的:在管狀適配器的擴散焊接過程中,鈦 - 不銹鋼,包括制造由鈦合金和不銹鋼制成的襯套,它們的伸縮連接,真空加熱到擴散焊接溫度,擠壓焊接表面,在擴散焊接溫度下老化和冷卻:-在不銹鋼襯套的內表面上, 螺紋型材的環形槽被制成并放置在鈦熔接ava的套管外,在擴散焊接過程開始之前,不銹鋼襯套在1050至1100°C的溫度范圍內以高頻率加熱,并在該溫度下保持不超過5分鐘, 之后加熱降低到擴散焊接溫度,并通過外套管的熱量從不銹鋼襯套從鈦合金加熱到擴散焊接溫度,然后擠壓待焊接的表面,方法是用工具從鈦合金中點膠襯套,以確保填充旋轉臂槽鈦合金, 填充后繼續在擴散鍵合溫度下加熱至少1分鐘;- 此外,鈦合金和不銹鋼襯套的焊接表面是逐步制造的;- 此外,適配器的焊接襯套在真空中冷卻至300°C。

      所聲稱的管狀適配器鈦 - 不銹鋼的擴散焊接方法使得可以獲得同樣堅固的高度可靠的焊接接頭,這些焊接接頭可在振動和溫度波動下運行的關鍵管道中操作。由于適配器設計和擴散焊接技術的選擇,由于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相對較薄的擴散層的穩定生產,并且適配器設計在整個區域的徑向和軸向方向上提供了脆性擴散層壓縮,從而實現了適配器的高可靠性由于在鈦合金襯套外側安裝了T不銹鋼毛刺,并在不銹鋼襯套的內表面上安裝了螺紋型材,因此具有伸縮式連接。適配器的設計提供了,在焊接后的冷卻過程中,由于不銹鋼具有比鈦合金兩倍的熱膨脹系數,因此,在焊接后的冷卻過程中,外套包扎內部,同時壓縮擴散層, 并在螺紋輪廓的環形槽的不銹鋼襯套的內表面上執行,并用鈦合金制成的金屬襯套填充它們,反過來又排出縱向剪切應力的脆弱擴散層,因為由工作負載和熱膨脹引起的所有縱向剪切應力都以環形突起和凹槽的形式以環形突起和凹槽的形式機械嚙合在伸縮管狀接頭的整個長度上形成。

      為了減少重疊點處的適配器壁的厚度,以及在加熱和擴散焊接期間固定套管,焊接套管的伸縮連接是逐步進行的,這使得在僅0.5-1.5 mm的重疊點處適配器壁的厚度增加成為可能。

      擴散焊接后,將焊接的預制棒在真空中冷卻至300°C,以保護適配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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