RU2109606C1

RU2109606C1 - Method of making soldered telescopic structures

Info

Publication number: RU2109606C1
Application number: RU96117576A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Семенов; Г.Г. Деркач; Г.И. Кляжников; В.П. Овсянкин; В.В. Сагалович
Original assignee: Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: power machine engineering, namely soldering thick wall telescopic structures. SUBSTANCE: structure includes outer 1 and inner 2 envelopes with thin-wall compensating member 3 having end in hard-to-reach zone. Outer envelope has turning 5 and groove 6. Nickel coat is applied on surfaces to be soldered. Layer of homogeneous nickel base alloy is fused on welded places. Inner envelope is arranged inside outer one in such a way that extension of compensating member 3 enters turning 5 with gap. Sealed cavities 4,7 are formed at assembling. Cavities are evacuated and wall of compensating member is drawn into groove 6. Then at temperature less than soldering temperature by 15-25 C isothermal holding is realized in furnace with argon atmosphere at 1015 C for 15 minutes. At cooling process steps of isothermal holding for 20 minutes at 650 C, cooling and removal of compensating member are performed. EFFECT: enhanced quality of soldered joints due to their high-degree fluid-tightness. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области пайки и сварки, в частности к способам изготовления паяных телескопических конструкций, и может найти применение в энергетическом машиностроении при изготовлении толстостенных конструкций. The invention relates to the field of soldering and welding, in particular to methods for manufacturing soldered telescopic structures, and can find application in power engineering in the manufacture of thick-walled structures.

Известен способ изготовления телескопических конструкций, состоящих из толстостенных оболочек, включающий сборку под пайку наружной и внутренней оболочек с образованием между ними внутренней герметизируемой полости, сварку по торцам оболочек, вакуумирование полости, нагрев, пайку и охлаждение. В процессе пайки происходит взаимное прижатие оболочек за счет перепада давления снаружи и изнутри конструкции. A known method of manufacturing telescopic structures consisting of thick-walled shells, including assembling for soldering the outer and inner shells with the formation of an internal sealed cavity between them, welding at the ends of the shells, evacuating the cavity, heating, soldering and cooling. In the process of soldering, the shells are pressed against each other due to the pressure drop outside and inside the structure.

Однако имеются некоторые трудности в создании плотного прижатия оболочек в угловых ее частях, способ не позволяет получить высокую степень герметичности паяного соединения в этих местах вследствие жесткости внутренней оболочки. Кроме того, от сварки оболочек друг с другом в них возникают остаточные напряжения, которые могут привести к возникновению трещин в паяном соединении. However, there are some difficulties in creating a tight pressing of the shells in its angular parts, the method does not allow to obtain a high degree of tightness of the soldered joint in these places due to the rigidity of the inner shell. In addition, from welding the shells with each other, residual stresses arise in them, which can lead to cracks in the soldered joint.

Задачей изобретения является обеспечение получения высокой степени герметичности паяных соединений толстостенных оболочек. The objective of the invention is to provide a high degree of tightness of soldered joints of thick-walled shells.

Для этого в способе изготовления телескопических конструкций, состоящих из толстостенных внутренней и наружной оболочек, внутреннюю оболочку изготавливают с тонкостенным компенсатором, на внутренней поверхности наружной оболочки выполняют канавку и проточку, на паяемые поверхности оболочек наносят никелевое покрытие, на поверхность наружной оболочки в зоне будущей сварки с внутренней оболочкой наплавляют слой гомогенного сплава на никелевой основе, который затем обрабатывают до заданной толщины, к торцу наружной оболочки приваривают кольцо, при сборке компенсатор внутренней оболочки располагают в проточке наружной оболочки с образованием герметизируемой полости между стенками проточки и компенсатора, затем выполняют сварку торцов оболочек и сварку оболочек со стороны компенсатора, осуществляют вакуумирование, в процессе которого обеспечивают втягивание компенсатора в канавку, выполняют нагрев до температуры ниже температуры плавления припоя на 15 - 25^oC, изотермическую выдержку при этой температуре, затем нагрев до температуры пайки, пайку, охлаждение и удаление компенсатора.For this, in the method of manufacturing telescopic structures consisting of thick-walled inner and outer shells, the inner shell is made with a thin-walled compensator, a groove and a groove are made on the inner surface of the outer shell, a nickel coating is applied to the brazed surfaces of the shells, on the surface of the outer shell in the zone of future welding with a layer of a homogeneous nickel-based alloy is deposited with an inner shell, which is then processed to a predetermined thickness, welded to the end of the outer shell ring, during assembly, the compensator of the inner shell is placed in the groove of the outer shell with the formation of a sealable cavity between the walls of the groove and the compensator, then the ends of the shells are welded and the shells are welded on the side of the compensator, they are evacuated, during which the compensator is drawn into the groove, and the temperatures below the melting point of the solder by 15 - 25 ^o C, isothermal exposure at this temperature, then heating to soldering temperature, soldering, cooling and removed Ie compensator.

На чертеже изображено поперечное сечение телескопической конструкции, изготавливаемой данным способом. The drawing shows a cross section of a telescopic structure manufactured by this method.

Паяемая конструкция содержит наружную оболочку 1, внутреннюю оболочку 2, тонкостенной компенсатор 3, выполненный в виде торцевого зига. Наружная 1 и внутренняя 2 оболочки образуют после сварки герметизируемую полость 4. Наружная оболочка 1, выполненная с проточкой 5 и канавкой 6, образует с внешней поверхностью компенсатора 3 дополнительную герметизируемую полость 7. Компенсатор 3 приварен к наружной оболочке 1 сварным швом 8. С другой стороны к оболочке 1 приварено кольцо из ЗИ-811. Оболочка 1 через кольцо 9 соединена сварным швом 10 с оболочкой 2. The brazed structure includes an outer shell 1, an inner shell 2, a thin-walled compensator 3, made in the form of an end ridge. The outer 1 and inner 2 shells form a sealed cavity 4 after welding. The outer shell 1, made with a groove 5 and a groove 6, forms an additional sealed cavity 7 with the outer surface of the compensator 3. The compensator 3 is welded to the outer shell 1 by a weld 8. On the other hand a ring of ZI-811 is welded to the shell 1. The shell 1 through the ring 9 is connected by a weld 10 to the shell 2.

Проводили пайку двухслойной телескопической конструкции, содержащей наружную оболочку 1 из сплава на никелевой основе ЭП-202 и внутреннюю оболочку 2 из бронзы БрХ0,8. Последняя в труднодоступном месте, т.е. в угловой части конструкции, выполнена с тонкостенным компенсатором 3 в виде торцевого зига. Толщина стенки внутренней оболочки 2 составляет 6 мм, а толщина стенки компенсатора - 1 мм. Наружная оболочка 1 выполнена с проточкой 5 и канавкой 6 по конфигурации, соответствующей конфигурации сопрягаемого с ней компенсатора 3. На паяемые поверхности оболочек наносят слой никеля 25 - 35 мкм с целью защиты проникновения припоя к дисперсионно-твердеющему сплаву основы при пайке, чтобы предотвратить появление трещин. На оболочку 1 в зоне будущей сварки наплавляют слой гомогенного сплава на никелевой основе толщиной приблизительно 3 мм, затем его механически обрабатывают до толщины не менее 1 мм. К торцу наружной оболочки 1 приваривают кольцо 9. Медно-серебряный припой в виде фольги размещали на наружной оболочке 1. Внутреннюю оболочку 2 охлаждали в жидком азоте и устанавливали до упора в наружную оболочку 1 так, чтобы выступ компенсатора 3 входил в проточку 5 наружной оболочки 1 с зазором 0,1 - 0,5 мм. Зазор между поверхностью канавки 6 и компенсатором 3 составлял 0,4 - 2,0 мм. При этом образуются герметизируемая полость 4 между оболочками 1 и 2 и дополнительная полость 7 между наружной оболочкой 1 и компенсатором 3. Концевая поверхность компенсатора 3 расположена на плоскости, перпендикулярной плоскости пайки. A two-layer telescopic structure was brazed containing an outer shell 1 of an EP-202 nickel-based alloy and an inner shell 2 of BrX0.8 bronze. The latter is in an inaccessible place, i.e. in the corner part of the structure, made with a thin-walled compensator 3 in the form of an end ridge. The wall thickness of the inner shell 2 is 6 mm, and the wall thickness of the compensator is 1 mm. The outer shell 1 is made with a groove 5 and a groove 6 in the configuration corresponding to the configuration of the compensator 3 mating with it. A nickel layer of 25 - 35 μm is applied to the brazed surfaces of the shells to protect the penetration of solder to the precipitation hardened base alloy during brazing to prevent cracking . A layer of a homogeneous nickel-base alloy with a thickness of approximately 3 mm is deposited on the shell 1 in the zone of future welding, then it is machined to a thickness of at least 1 mm. A ring 9 is welded to the end face of the outer shell 1. Copper-silver solder in the form of a foil was placed on the outer shell 1. The inner shell 2 was cooled in liquid nitrogen and fully installed in the outer shell 1 so that the protrusion of the compensator 3 entered the groove 5 of the outer shell 1 with a gap of 0.1 - 0.5 mm. The gap between the surface of the groove 6 and the compensator 3 was 0.4 - 2.0 mm. In this case, a sealed cavity 4 is formed between the shells 1 and 2 and an additional cavity 7 between the outer shell 1 and the compensator 3. The end surface of the compensator 3 is located on a plane perpendicular to the soldering plane.

Назначение компенсатора состоит в следующем. Канавка 6 выполнена с увеличенным по сравнению с проточкой 5 объемом, обеспечивающим втягивание в нее стенки компенсатора 3 при создании в полости 7 вакуума. При пайке внутренняя теплопроводная оболочка 2 отпружинивается от наружной оболочки 1 вследствие своей значительной толщины и жесткости. Это происходит при охлаждении конструкции с температуры пайки, когда металл шва теряет пластичность, а жесткость внутренней оболочки 2 увеличивается. Для преодоления отпружинивания внутренней оболочки 2 необходимо зафиксировать ее концевые участки и одновременно создать условия для релаксации усадочных напряжений. Эту функцию при пайке и выполняет тонкостенный компенсатор 3. В процессе пайки происходит втягивание его в канавку 6, при этом его стенки, передавая давление поджатия на внутреннюю оболочку 2, обеспечивают ее неподвижность в труднодоступном месте конструкции в течение всего процесса нагрева и охлаждения. После пайки компенсатор 3 удаляют. The purpose of the compensator is as follows. The groove 6 is made with a larger volume compared to the groove 5, allowing the walls of the compensator 3 to be drawn into it when a vacuum is created in the cavity 7. When soldering, the inner heat-conducting shell 2 is springed from the outer shell 1 due to its considerable thickness and rigidity. This occurs when the structure is cooled from the soldering temperature, when the weld metal loses its ductility, and the rigidity of the inner shell 2 increases. To overcome the springing of the inner shell 2, it is necessary to fix its end sections and at the same time create conditions for the relaxation of shrink stresses. This function during soldering is performed by a thin-walled compensator 3. In the process of soldering, it is drawn into the groove 6, while its walls, transmitting the preload pressure to the inner shell 2, ensure its immobility in a hard-to-reach place of the structure during the entire heating and cooling process. After soldering, the compensator 3 is removed.

Осуществляли сварку оболочек 1, 2 по торцам швами 8 и 10 и вакуумирование полостей 4 и 7 до остаточного давления не выше 2•10^-2 мм рт.ст. При вакуумировании происходило втягивание стенки компенсатора 3 в канавку 6. Затем детали нагревали до температуры ниже температуры плавления припоя на 15 - 20^oC и делали изотермическую выдержку для выравнивания температуры по всему сечению и снятия напряжений. Затем нагревали до температуры пайки. Пайку проводили при температуре 1015 ±5^oC с выдержкой 15 мин в атмосфере инертного газа - аргона. Давление газа в печи составляло 6 кгс/см². В процессе охлаждения при температуре 650^oC делали изотермическую выдержку в течение 20 мин. После охлаждения до комнатной температуры компенсатор отрезали.The shells 1, 2 were welded at the ends with seams 8 and 10 and the cavities 4 and 7 were evacuated to a residual pressure of no higher than 2 • 10 ^-2 mm Hg. During evacuation, the wall of the compensator 3 was drawn into the groove 6. Then, the parts were heated to a temperature below the melting point of the solder by 15 - 20 ^° C and isothermal exposure was made to equalize the temperature over the entire cross section and relieve stresses. Then heated to soldering temperature. The soldering was carried out at a temperature of 1015 ± 5 ^o C with an exposure of 15 minutes in an atmosphere of inert gas - argon. The gas pressure in the furnace was 6 kgf / cm ² . During cooling at a temperature of 650 ^° C, isothermal exposure was performed for 20 minutes. After cooling to room temperature, the compensator was cut off.

Проводили испытания на герметичность и прочность паяных соединений. Потери герметичности и прочности не обнаружены. Все конструкции, спаянные по предложенной технологии, выдержали гидроиспытания и пневмоиспытания. Выход годной продукции составил 100%. Conducted tests for tightness and strength of soldered joints. Losses of tightness and strength were not detected. All designs soldered by the proposed technology withstood hydraulic tests and pneumatic tests. The yield was 100%.

Claims

A method of manufacturing a brazed telescopic structures consisting of thick-walled inner and outer shells, including assembling shells for soldering with the formation of a sealed cavity between them, welding along the ends of the shells, evacuating the cavity to compress the shells to each other, heating, soldering and cooling, characterized in that the inner shell is made with a thin-walled compensator located at its end, on the inner surface of the end of the outer shell, a groove and a groove are made, on the brazed surfaces of the shell the nickel coating is applied, a nickel-based layer of a homogeneous alloy is deposited on the surface of the outer shell from the compensator, which is then processed to a predetermined thickness, a steel ring is welded to the end of the outer shell, during assembly, the compensator of the inner shell is placed in the groove of the outer shell with the formation of an additional cavity between the walls of the groove and the compensator, then welding the ends of the shells from the side of the ring and from the side of the compensator, in the process of evacuation provide pulling the compensator into the groove, then preheat to a temperature below the melting point of the solder by 15 - 25 ^o with isothermal exposure to it, followed by heating to the soldering temperature, and after soldering and cooling, the compensator and ring are removed.