Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля
Исследованы механические свойства резьбовых паяных соединений из одно- и разнородных сталей в направлении поперек резьбы, полученных методом автовакуумной пайки. Установлено, что при пайке низколегированных конструкционных сталей предел прочности на отрыв соответствует пределу текучести стали после...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102422 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля / М.А. Полещук, М.Г. Атрошенко, А.Л. Пузрин, В.Л. Шевцов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859902536081735680 |
|---|---|
| author | Полещук, М.А. Атрошенко, М.Г. Пузрин, А.Л. Шевцов, В.Л. |
| author_facet | Полещук, М.А. Атрошенко, М.Г. Пузрин, А.Л. Шевцов, В.Л. |
| citation_txt | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля / М.А. Полещук, М.Г. Атрошенко, А.Л. Пузрин, В.Л. Шевцов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Исследованы механические свойства резьбовых паяных соединений из одно- и разнородных сталей в направлении
поперек резьбы, полученных методом автовакуумной пайки. Установлено, что при пайке низколегированных конструкционных сталей предел прочности на отрыв соответствует пределу текучести стали после стандартной термической
обработки. В паяных резьбовых соединениях стали 12Х18Н10Т со сталью 40Х сопротивление отрыву значительно
превосходит границу текучести нержавеющей стали. Неразъемные соединения, полученные с помощью резьбы с последующей автовакуумной пайкой, можно рекомендовать для прозводства изделий ответственного назначения.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:58:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
3710/2014
УДК 621.791.3.05:620.17
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОПРОЧНОГО
СОЕДИНЕНИЯ КРУПНЫХ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ
АВТОВАКУУМНОЙ ПАЙКИ РЕЗЬБОВОГО ПРОФИЛЯ
М. А. ПОЛЕЩУК, М. Г. АТРОШЕНКО, А. Л. ПУЗРИН, В. Л. ШЕВЦОВ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Исследованы механические свойства резьбовых паяных соединений из одно- и разнородных сталей в направлении
поперек резьбы, полученных методом автовакуумной пайки. Установлено, что при пайке низколегированных конструк-
ционных сталей предел прочности на отрыв соответствует пределу текучести стали после стандартной термической
обработки. В паяных резьбовых соединениях стали 12Х18Н10Т со сталью 40Х сопротивление отрыву значительно
превосходит границу текучести нержавеющей стали. Неразъемные соединения, полученные с помощью резьбы с после-
дующей автовакуумной пайкой, можно рекомендовать для прозводства изделий ответственного назначения. Библиогр.
11, табл. 1, рис. 3.
К л ю ч е в ы е с л о в а : автовакуумная пайка, резьбовые соединения, разнородные стали, механические свойства
В настоящее время специальными методами вы-
сокотемпературной пайки можно получать паяные
швы, прочность которых равна или близка проч-
ности материала соединяемых деталей из различ-
ных марок сталей. Такой результат достигается
при минимально возможной ширине паяного шва
с использованием припоев с высокой температу-
рой плавления, так как тугоплавкие припои имеют
больший модуль упругости и обеспечивают более
высокую прочность паяного соединения [1, 2].
Технологию получения равнопрочных паяных
швов можно использовать для создания в крупно-
габаритных изделиях неразъемных резьбовых сое-
динений, которые должны выдерживать большие
усилия, вызванные нагрузками или давлением. В
этом случае требуемая прочность изделия вдоль
продольной оси обеспечивается выбором резь-
бы соответствующего профиля, а поперек оси —
прочностью паяного соединения. Такие соеди-
нения могут быть применены для изготовления
фасонных изделий, в том числе из разнородных
сталей, при выполнении силовых швов обечаек,
составляющих толстостенные сосуды, участков
толстостенных трубопроводов энергетических
установок вместо электрошлаковой или многопро-
ходной дуговой сварки [3].
Резьбовые паяные соединения используют в
различных отраслях, например, в авиастроении,
нефтяной, газовой промышленности и др. Одна-
ко при ранее применяемых методах пайки при-
пой проникает в резьбовое соединение только на
глубину нескольких витков. В связи с этим пайка
резьбовых соединений производится только для
их уплотнения [4–6].
Увеличить глубину затекания припоя в узкий ка-
пиллярный зазор позволяет метод автовакуумной
пайки (АВП). Благодаря этому методу можно сое-
динять металлы, в том числе и разнородные, путем
заполнения припоем герметичного зазора между
деталями. При нагреве стальных деталей до темпе-
ратуры выше 1000 °С металлические поверхности,
обращенные в герметичный зазор, самопроизволь-
но очищаются от оксидных пленок за счет диффу-
зии кислорода с поверхности вглубь металла [7].
Этот процесс продолжается до тех пор, пока весь
кислород, находящийся в герметичном зазоре, про-
диффундирует в объем металла. При этом в зазоре
образуется вакуум. Самопроизвольная очистка от
оксидных пленок и отсутствие заметного испаре-
ния компонентов припоя в герметичном объеме
способствует увеличению глубины его проникно-
вения в зазор [8].
Цель настоящей работы — оценка принципи-
альной возможности получения резьбовых сое-
динений, пропаянных методом АВП. На первом
этапе определяли способность припоя затекать в
резьбовые соединения на значительную глубину,
а на втором этапе проверяли механические свой-
ства паяных соединений, в том числе прочность в
направлении поперек резьбы.
Для проведения работы в качестве припоя
была выбрана медь, которая является наиболее
распространенным припоем для пайки углеро-
дистых и низколегированых сталей. Температура
пайки составляла 1150 °С.
Для обеспечения высокой прочности всего
изделия температура плавления припоя должна
быть выше температуры закалки сталей, исполь-
© М. А. Полещук, М. Г. Атрошенко, А. Л. Пузрин, В. Л. Шевцов, 2014
38 10/2014
зуемых для изготовления резьбового соединения,
поскольку пайка должна предшествовать термиче-
ской обработке готового изделия.
Известно, что нагрев стали при пайке значи-
тельно выше температуры закалки приводит к ро-
сту зерна и потере ею пластичности и вязкости.
Специальные исследования показали, что даль-
нейшая закалка с отпуском стальных деталей, па-
яных при температуре более 1000 °С, не только
полностью восстанавливает прочностные свой-
ства металла, но и повышает показатели пластич-
ности и вязкости по сравнению с такими же по-
казателями металла, который предварительно не
нагревался до высокой температуры [9].
Для проведения экспериментов изготавливали
специальные образцы двух типов. На одном резь-
бовое соединение выполняли из стали одной мар-
ки (40Х), на другом — из сталей разного класса
(40Х и 12Х18Н10Т). Корпуса экспериментальных
образцов выполняли из круглого проката диаме-
тром 80 мм, длиной 300 мм. В них высверливали
сквозные отверстия диаметром 18 мм. На полови-
не длины этих отверстий нарезали резьбу М18×1,
а вторая половина оставалась гладкой.
Экспериментальные корпуса изготавливали из
стали 40Х, которая после стандартной термиче-
ской обработки (закалка в масле с последующим
отпуском) обеспечивает механические свойства
металла для широкого диапазона размеров поко-
вок на уровне требований категории прочности
КП 490 [10], в частности для изготовления дета-
лей ответственного назначения.
Для каждого корпуса изготавливали по два
стержня. Один с резьбой М18×1, а другой с глад-
кой поверхностью, причем зазор между ним и
корпусом составлял 0,02 мм на сторону.
Один комплект стержней изготовляли из прут-
ка стали 40Х диаметром 20 мм, а другой — из не-
ржавеющий стали 12Х18Н10Т того же диаметра.
В качестве припоя использовали пруток меди М1
диаметром 15 мм длиной 30 мм.
Перед сборкой для пайки все детали тщательно
отмывали от остатков эмульсии, которую исполь-
зовали при механической обработке деталей. По-
сле сборки образцов для пайки (рис. 1) зазоры с
обеих сторон корпуса герметизировали электроду-
говой сваркой.
Пайку проводили в печи с воздушной атмосфе-
рой, корпуса в печи размещали вертикально при-
поем вверх.
Термический цикл пайки был следующим: на-
грев до температуры 1150 °С, выдержка 1 ч, ох-
лаждение с печью до комнатной температуры. По-
сле пайки корпуса подвергли закалке с отпуском
по стандартному режиму для стали 40Х. Затем по
центру корпусов вдоль продольной оси вырезали
темплеты толщиной 14 мм. Визуальный осмотр
этих шлифованных темплетов показал, что в од-
нородном образце со стержнем из стали 40Х мед-
ный припой проник не только через резьбу, но и
на всю длину гладкого паяльного зазора. С помо-
щью лупы с десятикратным увеличением непро-
паев в образце обнаружено не было (рис. 2).
В то же время в комбинированном образце
припой лишь частично заполнил резьбу, а в глад-
кий зазор совсем не проник. Причиной этого мо-
Рис. 1. Схема образца для АВП в сборе: 1 — технологиче-
ский фланец; 2 — герметизирующие швы; 3 — припой; 4 —
корпус; 5 — стержень с резьбой; 6 — гладкий стержень
Рис. 2. Макрошлиф темплета (а) и микрошлиф резьбовой ча-
сти паяного образца (б) из стали 40
3910/2014
жет быть различие в тепловом расширении кон-
струкционных и нержавеющих сталей. Так, на
длине 20 мм разница в тепловом расширении та-
ких сталей составляет 0,14 мм, а фактический за-
зор до нагрева у гладких образцов — 0,04 мм. Од-
нако это не может быть единственной причиной
отсутствия пайки, поскольку медь успешно при-
меняют даже для пайки деталей из углеродистых
сталей, предварительно собранных прессовой по-
садкой [11].
Причиной также препятствующей проникнове-
нию меди в узкий зазор комбинированного образца
может быть растворение в ней легирующих компо-
нентов нержавеющей стали в первую очередь хрома
и никеля, что повышает температуру плавления ле-
гированной меди до температуры пайки.
Образцы для механических испытаний паяных
соединений изготавливали из заготовок, вырезан-
ных поперек продольных темплетов (рис. 3).
Испытания проводили путем растяжения об-
разцов с рабочей частью диаметром 8 мм. При
этом на ней находились по два паяных соедине-
ния, расположенных на растоянии 18 мм друг от
друга. При испытаниях на растяжение разруше-
ние проходило по одному соединению.
Так, у паяного соединения из однородной ста-
ли 40Х с гладкой поверхностью сопротитвление на
отрыв составляло 485,0…500,1 МПа, с резьбой —
412,6…458,4, а у образцов из разнородной стали
40Х + 12Х12Н10Т с резьбой — 294,7…323,7 МПа.
Визуальный осмотр образцов после испытаний
показал, что паяное соединение поперек продоль-
ной оси разрушается без пластической деформа-
ции. Так как при оценке прочности деталей в ка-
честве расчетного значения принимают значение
предела текучести материала, из которого изго-
тавливается данная деталь, то результаты, приве-
денные выше, необходимо сравнивать с пределом
текучести основного металла. Результаты механи-
ческих испытаний на растяжение образцов из ос-
новного металла стали 40Х и нержавеющий стали
12Х18Н10Т представлены в таблице.
Сравнение результатов сопротивления на от-
рыв паяных соединений с пределом текучести
основного металла показало, что сопротивление
на отрыв паяного соединения стали 40Х с такой
же сталью при гладких поверхностях составляет
485…500 МПа. Это соответствует требованиям
стандарта для КП 490, но несколько ниже преде-
ла текучести реальных образцов стали 40Х по-
сле термической обработки (540…580 МПа ), по-
лученных в направлении прокатки. Известно, что
свойства катаного металла в поперечном направ-
лении будут ниже. Следовательно, полученные
нами результаты механических испытаний глад-
ких образцов на отрыв можно считать хорошими.
Сопротивление на отрыв паяного соединения
с резьбой из однородной стали (40Х) в направ-
лении поперек ее оси оказалось несколько ниже
(413…458 МПа).
Меньшее значение прочности на отрыв попе-
рек резьбового соединения по сравнению с глад-
ким может быть объяснено большей шириной за-
зора между деталями резьбы.
При испытании паяных образцов нержавею-
щей стали 12Х18Н10Т со сталью 40Х с резьбой
прочность соединений (295…308 МПа) была за-
метно выше предела текучести нержавеющий ста-
ли (208…215 МПа).
Таким образом, неразъемные соединения, по-
лученные с помощью резьбы с последующей
АВП, можно применять для производства изде-
лий ответственного назначения. Медь в качестве
припоя может быть эффективно использована для
получения такого типа соединений из конструк-
ционных сталей, а для комбинированных (не-
ржавеющая – конструкционная стали) лишь для
резьбовых соединений относительно небольшой
глубины.
Результаты механических испытаний основного металла после нагрева для пайки и последующей термической обра-
ботки
Место вырезки образцов Предел текучести, МПа Предел прочности,
МПа
Относительное
удлинение, %
Относительное
сужение, %
Корпус сталь 40Х
540,9…581,8
561,4
771,8…778,4
775,1
17,5…19,1
18,3
62,4…65,4
63,9
Стержень сталь 40Х
552,6…561,4
557,0
742,2…763,1
752,7
16,2…18,2
17,2
60,3…61,2
60,8
Стержень сталь12Х18Н10Т
207,7…215,0
211,4
555,0…555,0
555,0
61,3…61,7
61,5
69,5…69,8
69,7
Примечание. 1. В числителе приведены минимальные и максимальные значения, в знаменателе – средние значения по трем
образцам. 2. Требования ГОСТ к КП ≥ 490.
Рис. 3. Схема вырезки образцов для механических ис-
пытаний: 1 — темплет; 2, 3 — образцы с резьбой и без
соответственно
40 10/2014
1. Хорунов В. Ф. Основы пайки тонкостенных конструк-
ций из высоколегированных сталей. – Киев: Наук. думка,
2008. – 238 с.
2. Справочник по пайке / Под ред. С. Н. Лоцмонова. – М.:
Машиностроение, 1975. – 408 с.
3. Серебряник И. П. Автовакуумная некапиллярная кон-
струкционная пайка. – Киев: Альфа Реклама, 2011. – 62 с.
4. Кузнецов В. А. Определение величины давления газа при
пайке с принудительным заполнением зазора расплав-
ленным припоем // Материалы семинара «Современное
состояние и перспективы развития высокотемператур-
ной пайки». – М.: Знание, 2004. – 35 с.
5. Карабанов В. В., Бохаров И. О. Решение проблемы гер-
метичности и надежности обсадных колонн // Нефт. хоз-
во. – 2012. – № 1. – С. 42–45.
6. Пат. 2193477 2002 кл 23К 1/00 РФ. Способ пайки тон-
костенных труб при телескопическом соединении / В. И.
Муравьев, Б. Н. Марьин, Л. В. Чернышов. – Опубл.
27.11.2002; Бюл. № 33.
7. О растворении газов воздуха в твердом металле в про-
цессе самопроизвольной очистки его поверхности / Б. Е.
Патон, Б. И. Медовар, Л. Г. Пузрин и др. // Докл. АН
СССР. – 1968. – 181, № 1. – С. 70.
8. Пузрин Л. Г., Бойко Г. А., Атрошенко М. Г. Автовакуум-
ная высокотемпературная пайка. – Киев: Знание, 1975. –
18 с.
9. Влияние высокотемпературного нагрева на свойства ста-
лей при пайке композиционных корпусов фланцевых
задвижек высокого давления / Г. М. Григоренко, А. Л.
Пузрин, М. Г. Атрошенко, М. А. Полещук, В. Л. Шевцов
// Совр. электрометаллургия. – 2012. – № 2. – С. 45–50.
10. ГОСТ 8 479–70. Поковки из конструкционной углероди-
стой и легированной стали. – Введ. 01.01.71.
11. Брукер Х. Р., Битсон Е. В. Пайка в промышленности. –
М.: Оборонгиз, 1957.– 296 с.
Поступила в редакцию 02.04.2014
IX конференция
«Сварка и термическая обработка живых тканей.
Теория. Практика. Перспективы»
28–29 ноября 2014 г. Киев, ИЭС им. Е. О. Патона
Организаторы:
ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины
НТК ИЭС
Международная ассоциация «Сварка»
Киевский городской центр электрохирургии
Архивы сборников трудов предыдущих семинаров за 2009-2013 гг.
на http://weldinglivetissues.com/rus/seminars.
По вопросам участия в конференции просьба обращаться:
тел.: (38044) 200-81-45, 200-81-08
E-mail: tomik@mac.relc.com
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102422 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:58:17Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Полещук, М.А. Атрошенко, М.Г. Пузрин, А.Л. Шевцов, В.Л. 2016-06-11T20:59:43Z 2016-06-11T20:59:43Z 2014 Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля / М.А. Полещук, М.Г. Атрошенко, А.Л. Пузрин, В.Л. Шевцов // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 37-40. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102422 621.791.3.05:620.17 Исследованы механические свойства резьбовых паяных соединений из одно- и разнородных сталей в направлении поперек резьбы, полученных методом автовакуумной пайки. Установлено, что при пайке низколегированных конструкционных сталей предел прочности на отрыв соответствует пределу текучести стали после стандартной термической обработки. В паяных резьбовых соединениях стали 12Х18Н10Т со сталью 40Х сопротивление отрыву значительно превосходит границу текучести нержавеющей стали. Неразъемные соединения, полученные с помощью резьбы с последующей автовакуумной пайкой, можно рекомендовать для прозводства изделий ответственного назначения. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Производственный раздел Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля Evaluation of feasibility of producing of full-strength joint of large steel parts using method of autovacuum brazing of threaded profile Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля Полещук, М.А. Атрошенко, М.Г. Пузрин, А.Л. Шевцов, В.Л. Производственный раздел |
| title | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| title_alt | Evaluation of feasibility of producing of full-strength joint of large steel parts using method of autovacuum brazing of threaded profile |
| title_full | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| title_fullStr | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| title_full_unstemmed | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| title_short | Оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| title_sort | оценка возможности получения равнопрочного соединения крупных стальных деталей методом автовакуумной пайки резьбового профиля |
| topic | Производственный раздел |
| topic_facet | Производственный раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102422 |
| work_keys_str_mv | AT poleŝukma ocenkavozmožnostipolučeniâravnopročnogosoedineniâkrupnyhstalʹnyhdetaleimetodomavtovakuumnoipaikirezʹbovogoprofilâ AT atrošenkomg ocenkavozmožnostipolučeniâravnopročnogosoedineniâkrupnyhstalʹnyhdetaleimetodomavtovakuumnoipaikirezʹbovogoprofilâ AT puzrinal ocenkavozmožnostipolučeniâravnopročnogosoedineniâkrupnyhstalʹnyhdetaleimetodomavtovakuumnoipaikirezʹbovogoprofilâ AT ševcovvl ocenkavozmožnostipolučeniâravnopročnogosoedineniâkrupnyhstalʹnyhdetaleimetodomavtovakuumnoipaikirezʹbovogoprofilâ AT poleŝukma evaluationoffeasibilityofproducingoffullstrengthjointoflargesteelpartsusingmethodofautovacuumbrazingofthreadedprofile AT atrošenkomg evaluationoffeasibilityofproducingoffullstrengthjointoflargesteelpartsusingmethodofautovacuumbrazingofthreadedprofile AT puzrinal evaluationoffeasibilityofproducingoffullstrengthjointoflargesteelpartsusingmethodofautovacuumbrazingofthreadedprofile AT ševcovvl evaluationoffeasibilityofproducingoffullstrengthjointoflargesteelpartsusingmethodofautovacuumbrazingofthreadedprofile |