Способ диффузионной сварки внахлестку труб

(9) (1) А 1) 2 К 2014 ЖЕСОЮЭ 1 ЬаЕПгяО 1 ШЯтц г 1( 1фййЛИ 0 А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В АВТОРСК ков ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ(56) Авторское свидетельство СССРВ 202404, кл. В 23 К 20/02, 1965.Авторское свидетельство СССРВ 488447, кл. В 23 К 20/02, 1972.(54)(57) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИВНАХЛЕСТКУ ТРУБ из циркбниевого спла.,ва и нержавеющей стали, при которомна свариваемых поверхностях предварительно выполняют ступеньки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения коррозионной и термоциклической стойкости, междусвариваемыми поверхностями размещаютпромежуточный элемент из титана илиего сплава, на контактирующих поверхностях которого с взаимным смещением, равным 0,4-0,6 их длины,выполняют ступеньки, соответствующие ступенькам на свариваемых поверхностях, нахлестку труб выполняют длиной, равной 0,2-0,4 общейдлины зоны соединения, при этом высота и длина ступенек соответственно равны О, 1-0,2 и 1,2-1,8 толщины стенки трубы.48 1 11669Изобретение относйтся к диффузионной сварке труб из нержавеющей стали с цирконием и его сплавами и может быть использовано в реакторостроении. 5Цель изобретения - повышение корроэионной стойкости при 300-500 С.На чертеже показана схема осуще- ствления способа.На свариваемых поверхностях труб 10 1 и 2 из циркониевого сплава и нержавеющей стали предварительно выполняют ступеньки, между трубами располагают промежуточный элемент 3 из титана или его сплава, на кон тактирующих поверхностях которого с взаимным смещением, равным 0,4-0,6 . их длины, выполняют ступеньки, соответствующие ступенькам на свариваемых поверхностях труб, нахлестку А 20 труб выполняют длиной, равной 0,2- 0,4 общей длины зоны соединения Ь, причем высоту С и длину 1 ступенек выполняют соответственно равными О, 1-0,2 и 1,2-1,8 толщины д стенки 25 трубы. Собранный узел размещают в вакуумной установке, нагревают, сдавливают и после сварки охлаждают Благодаря расположению между циркониевым сплавом и сталью ступенчатой вставки из титана ослабляется процесс коррозии, так как характер термических напряжений и электро- химического взаимодействия в воде и паре сочетаний металлов цирконие вый сплав - титановый сплав и титановый сплав - нержавеющая сталь более благоприятный, чем у пары металлов циркониевый сплав-нержавеющая сталь, сплав удален от нержавеющей стали на величину вставки. Кроме того, благодаря коэФФициенту термического расширения титанового .сплава, имеющегопромежуточное значение между КТР циркониевых спла- ф 5 вов и нержавеющей стали, сглаживается пик напряжений, возникающий :при изменении температуры, что повышает термическую стойкость,50При длине нахлестки больше 0,4 общей длины .зоны соединения уменьшается. толщина вставки ниже критичес. кой толщины, что влечет за собой увеличение коэ 4 ициента неравномер ности распределения напряжений и как следствие пониженную сопротивляемость термоциклическим нагрузкам. При длине нахлесткн меньше 0,2общей длины эоны соединения увеличивается толщина вставки, что ведетк неблагоприятйому распределениюнапряжений, кроме того, необоснованно увеличивается общая длина сое. -динения, что нежелательно с конструк.тивной точки зрения;Разнесение свариваемых заготовоктак, чтобы ступеньки перехлестывали друг друга, обеспечивает снижениеконцентраций напряжений в местахперехода со ступеньки на ступенькуи, следовательно, способствует повышению сопротивляемости сварного соединения термоциклическим нагрузкам.Эксперименты показали, что оптимальная длина перехлеста составляет0,4-0,6 от длины ступенек,Указанное соотношение высотыступенек, их длины и толщины стенкисвариваемых труб является оптимальным. Высота и длина ступенек, равная соответственно 0,1-0,2 и 1,2-1,8от толщины стенки трубы, обеспечивает требуемые толщину титановойвставки и длину соединения, следовательно, и длину нахлестки. Высота ступенек менее указанного предельного значения, например при малых толщинах труб, трудновыполнимаи при этом неоправданно увеличивается общая длина соединения, чтосоздает трудности при выполнении операции сварки, Высота ступенек болееуказанного предельного значенияуменьшает общую длину соединения,прочность соединения; так как с увеличением высоты ступеньки при определенной степени пластической деформации увеличивается количество дефектов на торцовой поверхности сопрягаемых материалов. Кроме того, с1увеличением высоты ступенек повышается концентрация напряженияи .снижается плавность распределениянапряжений по длине и толщине соединения. С уменьшением длины ступеньки меньше указанного предельного значения уменьшается длина соединения и, следовательно, уменьшается длина нахлестки, что увеличивает удельную величину напряжения, возникающего при изменении температуры теплоносителя в процессе эксплуатации. Длина ступенек более указанного пре-. дельного значения дает большую дли.Заказ 4365/14 Тираж 1086 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ну соединения, что связано с затруднением при сварке.П р и м е р. Сваривали циркониевый сплав "125" с нержавеющей сталью 12 Х 13 Н 10 Т с различными размерами элементов по трем вариантам. Наружный диаметр переходного соединения составлял 100 мм, толщина стенки в месте нахлестки была 10 мм. Высота ступенек С была 1; 1,4 и 2 мм; длина 10 ступенек 1 12, 15 и 18 мм. Общая длина соединения была 102, 123 и 165 мм, Длина нахлестки А с учетом разнесения ступенек свариваемых заготовок по оси на 0,4-0,6 их длины 15 1 была 33; 37 и 41 мм. Вставку изготавливали иэ титанового сплава "ПТМ", На стали по поверхности сопряжения, как и в способе 20 прототипе, выполняли остроконечные выступы, поверхности сопряжения циркониевого и титанового сплава были гладкими. Свариваемые заготовки из стали, титанового и циркониевого сплавов абеэжиривали, промывали в горячей и холодной воде и просушивали. Собранную под сварку заготовку уста 30 навливали в вакуумную камеру сварочной диффузионной установки. В камере создавали разрежение порядка 5 10 мм рт.ст. Заготовку нагреваафли током высокой частоты до температуры сварки, равной 900 фС, и35 сдавливали одновременно заготовкииз циркониевого сплава, титанового сплава и нержавеющей стали с удельным усилием 5 кг/мм. 48 4;Для оценки качества были сварены переходные соединения по способу-про тотипу и по предлагаемому способу указанных трех вариантов. Механические испытания на разрыв показали одинаковую прочность соединений, выполненных по обоим способам. проведенные термоциклические испыта.ния по режиму 20500 С со скоростью нагрева 5 С/мин и скоростью. охлаждения 500 ОС)мин показали, что сварные соединения, выполненные по сравниваемому способу, потеряли вакуумную плотность после 48 циклов, а сварные соединения, выполненные по предлагаемому способу указанных трех вариантов, выдержки требуемые 300 циклов испытаний. Коррозионные испытания показали высокую стойкость соединений с титановой вставкой Глубина проникновения коррозии при испытании в воде с температурой 300 и 500 фС в течение 5000 ч сварных соединений, выполненных по сравниваемому способу, сосгавляла соответственно 7 и 10 мм/год,а соединений, выполненных по предлагаемому способу, 0,1 и 0,2 мм/год.Изобретение позволит получить высококачественные сварные переходные соединения из циркониевых сплавов с трубами из нержавеющей стали, обладающих повышенной коррозионной и термодинамической стойкостью.Изобретение по сравнению с базовым объектом, принятым в качестве прототипа, позволяет повысить корроэионную и термоциклическую стойкость сварных переходных соединений труб из разнородных материалов.