Содержание

Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном для отопления: выбор и монтаж

Трубы полипропиленовые армированные стекловолокном

В последний десяток лет применение полипропилена в отоплении стало наиболее популярным способом монтажа водяных систем. И неудивительно, ведь удобство, быстрота проведения работ, а главное, — низкая стоимость материалов и работ поставили трубы ППР вне всякой конкуренции. Кроме того, здесь устранено самое слабое место систем из металлопластика – металлические фитинги, которые отличаются приличной ценой, а при эксплуатации подводят чаще всего. Пластиковые фитинги и полипропиленовые трубы для отопления после сборки становятся единым целым, служат надежно и долговечно.

Виды труб ППР

Трубопроводы из этой пластмассы появились в Европе еще в 80-е годы, изначально они применялись только для прокладки трубопроводов для холодной воды. На горячее водоснабжение и отопление пластиковая труба не годится, и вовсе не оттого, что расплавится от высокой температуры.

Дело в том, то линейное тепловое расширение данного материала достаточно велико, например, простая ППР труба диаметром 20 мм при перепаде температур 50ºС на каждых 10 м длины прибавит еще 65 мм. Это очень много, компенсировать такое удлинение невозможно никакими методами.

Поэтому позже были изобретены полипропиленовые армированные трубы для отопления и ГВС, чьи показатели теплового расширения значительно ниже. Значения линейного удлинения труб из металла, различных пластмасс и с армировкой представлены в таблице.

Уменьшение теплового расширения достигнуто благодаря введению в тело пластмассовой трубы армировки из тонколистового алюминия или стекловолокна. Эти материалы имеют более низкий коэффициент расширения и сдерживают увеличение размера пластика. Соответственно, можно разделить типы полипропиленовых труб на группы:

  • обычная цельнополимерная труба, применяемая для холодного водоснабжения;
  • трубы ППР для ГВС и отопления, стабилизированные алюминием;
  • полипропиленовая труба, армированная стекловолокном, также применяемая для горячей воды температурой до 100ºС;
  • новинка: используемые для тех же целей трубы, армированные базальтовым волокном.

Примечание: армированный полипропилен имеет маркировку «STABI», оттого в народе его прозвали «штабированным».

Все эти изделия пришли к нам из Европы несколько позже, но уже прочно завоевали рынок. Особенно популярны продукты с алюминиевой вставкой.

Спустя некоторое время в качестве армирующего слоя стали применять такой материал, как стекловолокно, чей коэффициент расширения немного больше, нежели у алюминия. Вы спросите: а какой смысл в таком нововведении, если есть изделия STABI, чья надежность проверена годами? Ответ прост: удешевление материала и упрощение пайки стыков.

Труба из стекловолокна

Особого внимания заслуживают чешские полипропиленовые трубы бренда EKOPLASTIK, где в качестве армирования из стекловолокна применено базальтовое волокно. Этот материал практически не расширяется при нагреве и введен в тело трубы по новейшей технологии — в сплаве с пластмассой. Результат впечатляющий, — по сравнению с цельнополимерным продуктом изделие с базальтовым волокном при нагреве удлиняется в три раза меньше.

Рекомендации по выбору

Современный рынок насыщен полимерными изделиями различных производителей. Условно их можно разделить на «наших», турецких и европейских. В таком же порядке растет качественное исполнение и цена на полипропиленовые трубы, хотя в последнее время некоторые российские предприятия выпускают трубопроводы, не уступающие по качеству турецким. Поэтому здесь каждый должен решить для себя сам, продуктами какой фирмы ему пользоваться. Что же до стоимости разных типов труб, то самые доступные для прокладки отопления – это с армированием из стекловолокна. Дороже всех – изделия с базальтовой вставкой.

Следует отметить, что не всегда стоит стремиться к дешевизне. Если ваша армированная труба прокладывается в открытом взгляду, доступном месте, то есть смысл сэкономить на стоимости материала. Это касается обычных систем отопления и горячего водоснабжения, монтируемых открытым способом внутри помещений.

Другое дело, когда стояки уходят в подвал или на чердак, а то и вовсе закладываются внутрь цементной стяжки. В таком случае заводской брак или недоработки монтажников устранить будет очень сложно, не говоря уже о последствиях. Поэтому для прокладки в недоступных местах или закрытом пространстве лучше применить качественные трубы из полипропилена для отопления с армирующим слоем из алюминия.

Для устройства теплых полов, чья стоимость и ответственность выполнения работ значительна, лучше взять трубы со слоем базальтового волокна. Чешский производитель EKOPLASTIK декларирует срок их службы до 50 лет.

Прежде чем покупать выбранный материал, обратите внимание на технические характеристики полипропиленовых труб, особенно если бренд производителя вам незнаком. Имеют значение 3 параметра: пропускная способность, выражаемая диаметром трубы, максимальная рабочая температура и давление.

Первый параметр определяется заблаговременно, это отдельная тема для разговора. Но следует понимать, что вода течет внутри трубы, а не снаружи, оттого изначально надо определить необходимый внутренний диаметр. На изделии же указывается наружный размер и толщина стенки. Самые распространенные диаметры полипропиленовых труб – это 20, 25, 32, 40 мм, хотя тот же EKOPLASTIK предлагает линейку размеров до 110 мм включительно.

Важно! Заблаговременно узнайте рабочую температуру и давление в ваших сетях и подбирайте трубы по ним. Ориентируйтесь на то, что высокая температура бывает в отопительных системах, а давление – в сети ГВС.

Несколько слов о цвете трубопроводов, мы знаем белый и серый. В действительности качество исполнения и срок службы не зависят от цвета, на это не стоит обращать особое внимание, хотя белый – конечно же, красивее.

Немного о монтаже

Процедура настолько проста, что отопление из полипропилена не паял, наверное, только ленивый. Для выполнения работ нужны следующие инструменты и приспособления:

  • специальный паяльник с набором насадок под разные диаметры;
  • ножницы для правильной обрезки трубы;
  • приспособление, которым зачищают армирующий слой из алюминия, когда монтируются «штабированные» трубы;
  • матерчатые перчатки.

Совет. Не следует игнорировать матерчатые перчатки, особенно новичкам. Температура паяльника достигает 300 ºС, а поверхности нагрева достаточно обширны. Лучше защитить руки, чтобы не получить ожогов.

Паяльник для соединения полипропиленовых труб

Монтаж выполняется в такой последовательности: сначала производится разметка и отрезка ножницами участков труб требуемой длины и раскладка их в соответствии со схемой. Перед включением к паяльнику прикрепляют насадку соответствующего диаметра либо сразу несколько насадок. Поскольку для соединения полипропиленовых труб необходимо пользоваться паяльником, разогретым до температуры не ниже 260 ºС, то его лучше включить и настроить заранее. Погасший светодиод на приборе покажет, что он готов к работе.

Места соединения на трубе и фитинге надо обязательно очистить от пыли и грязи, это очень важно. При наличии армирующего слоя из алюминия его придется снять с помощью специального приспособления для зачистки на длину стыка.

Так как сварка полипропиленовых труб армированных стекловолокном или базальтом не требует зачистки, то их достаточно просто протереть от пыли.

Следующий этап – разогрев деталей, для чего трубу и фитинг одевают с двух сторон на насадку и выдерживают определенное время, зависящее от диаметра изделий. Для размера 20 мм это время 6 сек, 25 мм – 7 сек, 32 мм – 8 сек и 40 мм – 12 сек. Передерживать нельзя, иначе пластик «потечет» при стыковке и закроет половину проходного сечения. Затем детали снимают с насадки и осуществляют соединение полипропиленовых труб, продержав стык руками секунд 5—10.

Важно! При снятии деталей с насадки паяльника и последующей стыковке не допускается их вращать вокруг своей оси.

Подробности процесса пайки труб можно посмотреть на видео.

Заключение

На практике выбор и монтаж полипропиленовых труб осуществить достаточно просто, тут главное, — четко определить параметры для правильного подбора материалов.

Перед пайкой же не помешает немного потренироваться на коротких отрезках труб, сделав несколько пробных соединений с фитингами.

Зачистка для полипропиленовых труб. Ручные инструменты для зачистки

Трубы из полимерных материалов могут использоваться в разы дольше металлических аналогов. Но их срок службы во многом зависит от того, насколько грамотно были произведены монтажные работы. Одним из условий длительной и беспроблемной эксплуатации полипропиленовых труб является их правильная зачистка, так как неровности на срезе и заусенцы мешают качественному соединению.  Уже на этапе планирования укладки полипропиленового трубопровода необходимо разобраться в том, зачем нужна такая процедура и с помощью каких инструментов её осуществляют. Особое внимание следует уделить трубам с армирующим слоем.

Зачистка края трубы — обязательная процедура перед соединением элементов трубопровода

Что дает армирование полипропиленовых труб

Положительные свойства армированных полипропиленовых труб достигаются за счёт наличия защитного слоя.

В трубах, использующихся в домашних условиях, его толщина не превышает 0,1-0,5 мм. Армирование необходимо для:

  1. Снижения температурного воздействия на полимер. Вообще полипропиленовые трубы неплохо выдерживают высокие температуры. Верхним порогом является 95 градусов. По идее, для домашних систем отопления и водопровода этого должно быть достаточно. Но в некоторых ситуациях, в том числе и аварийных, температура транспортируемой жидкости может подниматься. Это вызывает деформации участков трубопровода. Алюминиевая фольга повышает способность трубы выдерживать высокие температуры и предотвращает разрывы системы.
  2. Компенсации теплового расширения. Главным недостатком полипропиленовых труб является существенное расширение при перепадах температур. При резком расширении, а затем – сужении, полипропилен теряет свои пластические качества и постепенно растрескивается. Это свойство не лучшим образом отражается на сохранности труб без армирования.

Но армировка также несколько затрудняет сварку полипропиленовых трубопроводов, поэтому при монтаже просто необходимо прибегнуть к зачистке трубы.

Зачистка в случае с таким типом труб представляет собой удаление тонкого слоя алюминиевой фольги.

Армирующий слой придает трубе прочность, но для качественной сварки его нужно обрабатывать

Способы зачистки полипропиленовых труб

Существует несколько разновидностей зачистки, в зависимости от типа армирующего слоя.

Внешний слой. Если алюминиевая фольга представляет собой внешний защитный слой полипропиленовой трубы, она помешает процедуре соединения с фитингом. При монтаже плавится весь отрезок трубы, входящий в фитинг. Если труба не будет зачищена, произойдёт следующее: расплавленный алюминий не сварится с расплавом полипропилена, и соединение будет разгерметизировано сразу же после пуска системы.

Внутренний слой. Хоть алюминий, находящийся между полипропиленовыми слоями, не будет задействован во время сварки, зачистные работы всё равно стоит провести. Зачистка армирующей прослойки необходима для того, чтобы алюминий не вступал в контакт с водой.

При любом скачке потенциалов внутри трубопровода могут начаться электрохимические процессы, которые в итоге приведут к полному разрушению алюминиевого слоя.

Без зачистки можно соединять только трубы, армированные стекловолокном

Полезный совет! Армирующий слой алюминия бывает цельным и перфорированным. Если стоит задача выбрать между этими двумя вариантами, следует всё же обратиться к последнему. Перфорированный внутренний слой фольги обладает лучшим сцеплением и не требует клея. Зачистка перфорированной армировки – более быстрый процесс.

Армировка стекловолокном. В данном случае зачистка для полипропиленовых труб не применяется. Тонкая сетка стекловолокна располагается между слоями полимера, не испытывает воздействие влаги и не контактирует с фитингом. Надёжное крепление стекловолоконных полипропиленовых труб можно получить и без дополнительных работ. Но коэффициент теплового расширения у таких конструкций будет выше, чем у труб, армированных алюминием.

Какие бывают инструменты для зачистки полипропиленовых труб?

Инструмент, с помощью которого можно произвести зачистку трубы, может быть ручным или механическим. Ручные приспособления – это оптимальный вариант для проведения зачистных работ в домашних условиях. Существуют такие разновидности зачистных инструментов для полипропиленовых труб:

  • зачистки для наружного слоя. Для удаления внешнего слоя армирующей фольги используются муфты с лезвиями в середине. Зачистные муфты оснащены удобными ручками, что делает рабочий процесс быстрым и простым. Ручки также могут быть съемными;
  • торцеватели. Лезвия в торцевателях размещены не на поверхности металлической муфты, а на её внутреннем торце. На инструмент надевается труба и проворачивается несколько раз. Уже через минуту получится идеальный срез, и полипропиленовая труба полностью готова для сварки. Такие инструменты используют и для обработки прочих типов пластиковых труб, в том числе без армирующего слоя.
  • специальная насадка на электродрель — шейвер. В продаже можно найти приспособления, позволяющие зачищать одновременно и внешний, и внутренний слои трубы. Для разных типов армировки подбираются особые насадки, различные по диаметру.

С небольшим объемом работы вполне можно справиться обычным ручным приспособлением

Использование зачистных насадок на дрель необязательно: если предстоит выполнить малый объем работы, вполне можно справиться и своими руками. Кроме того, мощные дрели и шуруповерты сложны в эксплуатации. Если нет достаточного опыта в обращении с подобным оборудованием, лучше не прибегать к его помощи вообще.

Обратите внимание! Не стоит путать зачистку труб с процессом очистки металлических изделий. Это совершенно другой вид работы, и для него применяется особенное технологическое оборудование.

Также для зачистки и монтажа полипропиленовых труб своими руками пригодятся следующие инструменты:

  • строительный или простой карандаш для разметки отрезка трубы, входящего в фитинг;
  • рулетка;
  • труборез, ножницы или ножовка для резки труб;
  • паяльник для полипропиленовых конструкций;
  • выбранный зачистной инструмент.

Ровный и гладкий срез полипропиленовой трубы достигается за счёт высоколегированной стали, из которой производятся ножи инструментов для зачистки. Лучше выбирать двусторонний ручной инструмент. Он позволит осуществить зачистку труб разных диаметров.

Зачистка полипропиленовых труб – это несложный технологический процесс, который можно выполнить своими руками без особой подготовки. Не стоит приобретать дорогой инструмент, если требуется подготовка к сварке нескольких изделий. Даже простые стальные приспособления способны обеспечить качественный и аккуратный результат.

Сварка полипропиленовых труб: правила и типичные ошибки

Одним из основных преимуществ полипропиленовых труб специалисты называют возможность легкой сварки и монтажа. Можно собственноручно собрать, модернизировать и отремонтировать трубопровод.

Трубы из полипропилена собираются методом пайки. При нагреве полипропилен становится эластичным, мягким, что позволяет соединять его.

Существует два основных способа стыковки спаиваемых деталей:

• Муфтами;

• Напрямую.

Давайте разберем подробнее каждый из них.

Сварка с помощью муфт

При стыковке деталей при помощи муфт часть расплавляется части трубы по внешней окружности и части муфты — по внутренней. После этого трубы плотно стыкуются. При застывании пластика образуется надежное соединение.

Результат спайки муфтой

Сварка напрямую

Технология прямой сварки предполагает точную обработку стыков деталей и установку их строго в соответствии осей. Торцы деталей нагреваются и соединяются. Этот метод требует большего опыта и подготовки, нежели муфтовый.

Кроме того, существует способ «холодной» сварки -когда размягчение полипропилена происходит за счет химических реакций.

Оборудование для сварки полипропиленовых труб

Любой из способов горячей сварки требует наличия специального оборудования. Основной прибор— это утюг для сварки. Он состоит из нагревательного элемента и сменных насадок, устанавливаемых на него.

Для стыковой (прямой) сварки используются более сложные утюги, которые включают в себя системы центровки деталей.

Кроме того, потребуются труборез, угольник, рулетка, шейвер для труб и средство для обезжиривания поверхностей.

Процесс сварки труб

Выполняется подготовка к процессу: установка на утюг насадок необходимого размера, нагрев утюга (обычно используется температура 260 градусов), подготовка свариваемых деталей (обрезка, снятие фаски, обезжиривание).

Затем свариваемые детали (например, труба и муфта) одновременно насаживаются на болванки утюга (труба — внутрь, муфта — снаружи болванки).

И здесь мы подходим к очень важному моменту — времени нагрева. Если детали недогреть — они не сварятся должным образом; перегрев же грозит деформацией, что также приведет к некачественной сварке.

Воспользуйтесь таблицей оптимального времени сварки труб в зависимости от толщины стенки для достижения наилучшего результата:

После нагрева детали снимают с болванки и стыкуют. Стык должен произойти за указанное в таблице время. Допустимо производить в течении пары секунд корректировку осей, но ни в коем случае нельзя проворачивать детали относительно друг друга.

Нужно учитывать, что значения в таблице приведены для усредненных условий окружающей среды. Если работы производятся при отрицательной температуре — время нагрева увеличится.

Сварка труб, армированных алюминием

Самым важным моментом в сварке труб с армированием является снятие защитного материала в месте сварки. Также нужно учитывать, что алюминий, как теплоемкий материал, будет забирать часть тепла — потребуется дольший прогрев.

Обычно для зачистки таких труб используется шейвер.

Шейвер для зачистки труб, армированных алюминием

Внутри шейвера содержатся ножи. Шейвер надевают на трубу и вращательными движениями счищают армирование до пластика.

В случае, когда слой алюминия находится в середине трубы, используют торцеватель.

Торцеватель для пластиковых труб

Торцеватель отличается от шейвера расположением ножей. При его использовании торец трубы выравнивается, а также на глубину 2 мм вырезается армированный слой.

Распространенные ошибки при сварке полипропиленовых труб

Далеко не всегда получается сделать все идеально — необходимо учесть множество факторов, и только со временем мастер приобретает опыт, позволяющий производить сварочные работы безошибочно.

Но если заранее знать, какие ошибки наиболее типичны — можно избежать их повторения. Давайте рассмотрим их:

• Значительное смещение деталей относительно друг друга после схватывания полипропилена

Смещение деталей во время застывания всегда приводит к нарушению соединения. Образуются слабые места, в которых спайка практически отсутствует. Такое соединение не сможет прослужить долго.

• Недогрев или перегрев свариваемых деталей

При недостаточном нагреве диффузия материала будет недостаточной, чтобы качественно «схватиться», что впоследствии может привести к разгерметизации и протечкам трубопровода в месте такой сварки. При перегреве деталь деформируется: зачастую труба внутри фитинга меняет свой диаметр, как следствие — частые засоры.

• Неровный срез стыкующихся поверхностей

При несоблюдении соосности торцов свариваемых деталей стык происходит в скошенной плоскости. Такая ошибка может стать заметна не сразу, а после монтирования нескольких метров после места такой сварки.

• Недостаточно тщательное снятие армирующего слоя

Армированный слой, который не был зачищен, забирает на себя часть тепла, которое передается трубе в месте стыка — как следствие, недогрев на этом участке и следующие за ним протечки.

• Недостаточно плотная посадка трубы в муфте (фитинге)

При совершении этой ошибки получается недостаточно плотная сварка, которая может подвести в самый неподходящий для этого момент.

• Отсутствие тщательной обработки (обезжиривания)

Обезжиривание — процедура, которой не следует пренебрегать! Загрязнения не позволят материалу схватиться в должной мере, что приведет, опять же, к протечкам. Свариваемые детали необходимо обрабатывать!

В Компании «Технология» Вы всегда сможете найти все необходимое для того, чтобы создать качественную и долговечную водопроводную систему! Ознакомьтесь с нашим ассортиментом полипропиленовых труб и комплектующих.

Производство полипропиленовых трубопроводов, фитингов и пластмасс

Новое поколение полипропилена для промышленности

AlphaPlus® Полипропилен подходит для более широкого спектра химикатов, чем другие материалы для трубопроводов, такие как FRP и CPVC, и может выдерживать температуры от 32 ° F до 200 ° + F в зависимости от области применения.

Эта запатентованная формула смолы AlphaPlus и эксклюзивная экструзия с поточным отжигом также значительно улучшают жесткость при высоких температурах и ударопрочность при низких температурах - намного лучше, чем полипропилен с β-ядрами и стандартный полипропилен. Никакой другой полипропилен не предлагает такого сочетания более длительного срока службы, большей функциональности, повышенной безопасности и низкой стоимости владения.

  • Полипропиленовая труба для снятия напряжений: ½ ”- 48”
  • Литые полипропиленовые торцевые фитинги: ½ ”- 4”
  • Формованные полипропиленовые фитинги для стыковой сварки: ½ ”- 20”
  • Сборные полипропиленовые фитинги: 18–48 дюймов

Трубы и фитинги AlphaPlus PP обладают преимуществами по сравнению с другими полипропиленами на рынке:

  • Значительное снижение потерь давления благодаря улучшенным гидравлическим свойствам
  • Значительно меньший риск отложений твердых частиц благодаря сверхгладким поверхностям
  • Возможная экономия за счет увеличения интервалов между чистками
  • Более длительный срок службы благодаря повышенной химической стойкости и минимальному риску образования трещин под напряжением
  • Безопасный монтаж и монтаж труб благодаря повышенной ударной вязкости даже при низких температурах
  • Большой запас прочности за счет улучшения качества сварки
  • Повышенная безопасность при сварке труб в труднодоступных местах.

Полипропиленовые трубы AlphaPlus используются в широком спектре отраслей промышленности со специальными потребностями, включая:

  • Химический процесс
  • Полупроводник
  • Целлюлоза и бумага
  • Атомная энергетика
  • Горное дело
  • Подготовка и обработка металлов
  • Нефтехимия
  • Фармацевтическая
  • Водоподготовка
  • Продукты питания, напитки, пивоварение.

12 "SDR11 Многослойная полипропиленовая труба Clima ND 315 мм PP-RCT

12 "SDR11 Многослойная полипропиленовая труба Clima Grey ND 315 мм PP-RCT

  • Многослойная (трехслойная труба с добавлением стекловолокна в средний слой) Труба
  • Цена указана за фут
  • Доступен в 20-футовых палках
  • Мы можем вырезать изделия меньшей длины по индивидуальному заказу. Может взиматься плата за резку

Трубопроводы Niron PP-RCT напрямую совместимы с трубами и фитингами Aquatherm

ИНФОРМАЦИЯ О ПРОДУКТЕ

  • Торговая марка NIRON идентифицирует полипропилен со случайным сополимером (PP-RCT) система труб и фитингов производства Nupi Americas, изготовленная в соответствии со стандартами ASTM F2389 и CSA B137.11.
  • NIRON - это система трубопроводов, используемая для всех видов водоснабжения, включая горячее и холодное питьевое водоснабжение, системы водяного отопления, а также циркуляционные трубы охлажденной воды и градирни.
  • Систему можно использовать для больших многоквартирных жилых домов, гостиниц, больниц, торговых центров, церквей, школ, спортзалов, круизных лайнеров и торговых судов.
  • Система NIRON также используется в промышленных установках для транспортировки сжатого воздуха и некоторых широко используемых химических веществ.
  • Фитинги Niron совместимы с системами трубопроводов PPR и PP-RCT.
  • Может использоваться с большинством марок полипропиленового PPR, труб, фитингов и оборудования для сварки плавлением, включая Aquatherm.

Спецификация многослойных полипропиленовых труб Clima

РАСШИРЕННЫЙ МАТЕРИАЛ PP-RCT
Niron изготовлен из 100% бета-материала PP-RCT, высококристаллической формы полипропилена
, которая позволяет в два раза превышать номинальное давление
при более высокие температуры и превосходная стойкость к хлору.


АБСОЛЮТНАЯ НАДЕЖНОСТЬ
Производимая с 1982 года система NIRON была продана на всех 5
континентах. Было отгружено более 150 000 миль труб и фитингов
, что полностью удовлетворило заказчиков и установщиков.

СЕРТИФИЦИРОВАННОЕ КАЧЕСТВО
Система NIRON получила самые престижные международные сертификаты качества
, но для нас качество
означает полное удовлетворение потребностей клиентов. Это достигается исключительно за счет поставки
продуктов, функции которых полностью соответствуют требованиям приложений
.

ПОЛНЫЙ АССОРТИМЕНТ
Трубы и фитинги NIRON - от 1/2 до 24 дюймов - доступны
с широким спектром фитингов и способов соединения, чтобы решить любую проблему установки
.

НИЗКОЕ ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ
Это достигается благодаря новым композитным трубам NIRON FG и NIRON
CLIMA, произведенным с использованием инновационной технологии соэкструзии.
Их внутренний слой изготовлен из сополимера ПП, армированного стекловолокном, чтобы уменьшить линейное тепловое расширение
до 73%.

СКОРОСТЬ УСТАНОВКИ
Несомненно, самое большое преимущество NIRON заключается в скорости установки.
Благодаря простым способам соединения время установки
может быть сокращено от 30 до 50%.

ОТСУТСТВИЕ КОРРОЗИИ И НАКИПИ
Полипропилен плохо проводит электричество, поэтому система NIRON не подвержена коррозии.
Кроме того, благодаря гладкой внутренней поверхности исключается образование известкового налета.

ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ
Низкая теплопроводность полипропилена
позволяет значительно экономить энергию
по сравнению с металлическими материалами и снижает стоимость изоляции
.

УСТАНОВКА С НИЗКИМ ШУМОМ
Шумопоглощающие свойства и эластичность материала
смягчают шум и вибрации, вызванные потоком воды
и эффектом гидравлического удара.

УСТОЙЧИВОСТЬ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ ТЕМПЕРАТУРАМ И ТЕРМИЧЕСКОМУ РАСШИРЕНИЮ
Система NIRON испытана на устойчивость к температурам вплоть до кипящей воды и условиям замерзания. Трубопровод
NIRON FG позволяет снизить тепловое расширение до уровней, аналогичных медным трубам.

СОПРОТИВЛЕНИЕ АБРАЗИИ
Высокая стойкость труб NIRON устраняет проблемы эрозии и обеспечивает высокую скорость потока воды.

БЕЗ ТОКСИЧНОСТИ
Система NIRON абсолютно нетоксична и соответствует национальным и международным стандартам здравоохранения
.

ГАРАНТИЯ 30 ЛЕТ
На систему NIRON распространяется страхование гражданской ответственности в соответствии с

.

Gas Welding - обзор

16.3.1.12 Газовая сварка и резка

Газовая сварка осуществляется пламенем, получаемым путем сжигания примерно равных объемов кислорода и ацетилена, которые подаются при одинаковом давлении из газовых баллонов в сварочную горелку. Температура пламени составляет приблизительно 3100 ° C, что достаточно для плавления стали и других металлов.При необходимости присадочный металл добавляется путем подачи стержня вручную в переднюю кромку сварочной ванны при перемещении горелки вдоль стыка. Продукты горения обеспечивают достаточную защиту от атмосферы при сварке стали. При сварке других металлов, таких как чугун, нержавеющая сталь, алюминиевые и медные сплавы, используются флюсы для очистки и защиты металла от окисления.

Оборудование Сварочная горелка имеет две ручки управления с накаткой, которые регулируют расход кислорода и ацетилена, так что получается нейтральное или слегка окисляющее или восстанавливающее пламя, в зависимости от области применения.Горелка имеет ввинчиваемое сопло из набора сопел с отверстиями разного диаметра, которые обеспечивают соответствующий размер пламени и, следовательно, необходимую подводимую теплоту для конкретного металла и толщины свариваемого материала. Шланги для кислорода и топливного газа подсоединяются между сварочной горелкой и газовыми баллонами, при этом газы проходят через пламегасители и регуляторы давления. Гасители обратного пламени - это предохранительные устройства, которые предотвращают возврат пламени в цилиндры в случае обратного возгорания.Для использования в мастерских газовые баллоны обычно устанавливаются парами на тележке, которую можно перемещать туда, где это необходимо.

Присадочный металл и флюсы Химический состав присадочных металлов определен в BS 1453: 1972 и включает ферритные стали, чугун, аустенитные нержавеющие стали, медь и медные сплавы и алюминиевые сплавы. Ферритные стали не требуют использования флюса, но для других материалов доступны запатентованные флюсы.

Области применения Газовая сварка используется в основном для ремонта и технического обслуживания, особенно при ремонте кузовов автомобилей и сельскохозяйственных орудий, хотя постепенно ее заменяет небольшое оборудование для сварки TIG и MIG.Газовая сварка в определенной степени используется для работы с листовым металлом (например, для обогрева и вентиляции воздуховодов) и до сих пор используется для прокладки корневых проходов в трубах, где она особенно полезна для перекрытия зазоров.

Два применения, в которых газовая сварка имеет явные преимущества по сравнению с другими процессами, - это сварка и ремонт отливок из серого чугуна и наплавка дорогими сплавами. Отливки из серого чугуна можно успешно сваривать, используя высокие температуры предварительного нагрева до 600 ° C и газовую сварку с присадочными стержнями из чугуна.Осаждение дорогостоящих износостойких сплавов, таких как кобальт-хромовольфрамовые сплавы или сплавы на основе карбидов хрома или вольфрама, можно проводить с минимальным плавлением основного металла, так что разбавление осажденного сплава и последующее уменьшение исключается износостойкость. Газовая сварка также успешно применяется в ювелирном производстве с миниатюрными горелками и небольшими газовыми баллонами.

Ацетилен - единственный горючий газ, пригодный для газовой сварки из-за его благоприятных характеристик пламени как при высокой температуре, так и при высокой скорости распространения.Другие горючие газы, такие как пропан, пропилен или природный газ, выделяют недостаточно тепла для сварки, но используются для резки, пайки горелкой и пайки. Они также используются для газовой правки деформированных деталей и для предварительного нагрева перед сваркой и последующего нагрева после сварки.

Газовая резка Газовая резка, иногда называемая газовой резкой или кислородной резкой, включает в себя активное экзотермическое окисление разрезаемой стали, когда материал был предварительно нагрет пламенем кислородно-топливного газа до температуры воспламенения около 900 ° С.Оборудование для газовой резки такое же, как и для сварки, за исключением того, что требуется специальная режущая насадка. Сопло имеет внешнее кольцо с отверстиями, через которые подается смесь подогреваемого газа, и центральное отверстие, через которое проходит струя кислорода. В результате экзотермической реакции окисления стали образуется жидкий шлак из оксида железа, и через несколько секунд, в зависимости от толщины металла, происходит пробивка сечения. Оксид железа и расплавленный металл удаляются из разреза потоком кислорода. Перемещение резака по заготовке обеспечивает непрерывное резание, резаком можно управлять вручную или с помощью моторизованной каретки.Таким способом можно резать сталь толщиной до 300 мм.

Стойкие к окислению стали, такие как нержавеющая сталь, можно резать специальными методами, включая введение железного порошка или других запатентованных порошков в поток кислорода. Эти порошки вступают в реакцию с тугоплавкими оксидами хрома, снижают их температуру плавления и повышают текучесть, что позволяет производить резку. Для получения дополнительной информации обратитесь к ссылке 40.

Нержавеющая сталь, цветные металлы и сплавы обычно режут с помощью процесса плазменной резки, который не требует экзотермической реакции.

Возможна ручная газовая резка, а точность резки может быть улучшена за счет использования небольшого колеса, установленного на резак. Колесо может быть автономным или моторизованным. Для общей резки и профилирования (в том числе снятия фаски на кромках листов) обычно используется механизированная резка. Для механизированной резки распространены электронные отслеживающие устройства, которые состоят из фотоэлемента, который повторяет контур чертежа и направляет режущее сопло с помощью приводных двигателей, которые регулируют движение каретки и траверсы, к которой прикреплен резак.

Доступны станки для резки с числовым программным управлением, которые используют программы, хранящиеся или перфорированные на магнитной ленте, которые посылают соответствующие сигналы на приводные двигатели.

Низкотемпературная пайка титана с использованием присадочных сплавов на основе алюминия

Пайка титана с использованием присадочных сплавов с низкой температурой плавления является предпочтительным выбором с точки зрения стоимости и сохранения его механических свойств. Однако пайка титана при низкой температуре все еще является проблемой, особенно в отношении присадочных сплавов на основе алюминия.В течение последних лет было разработано несколько методов пайки и наполнителей на основе алюминия для удовлетворения промышленных требований; некоторые из них могут соответствовать некоторым из этих требований. Использование ультразвука при пайке в последнее время привлекло повышенное внимание, что помогает сократить время и необходимость в специальной среде для пайки, что впоследствии снижает стоимость и увеличивает применимость. В обзоре представлена ​​пайка титана ниже температуры превращения с использованием промышленных и экспериментальных наполнителей на основе алюминия различного состава; включая процедуры традиционной и ультразвуковой пайки.Соответственно, исследуется влияние условий пайки и легирующих элементов на механические свойства и образование интерметаллических соединений.

1. Введение

Пайка титана при температуре ниже температуры превращения имеет большое значение для предотвращения нежелательных изменений его исходной микроструктуры [1, 2]. Низкая температура пайки особенно важна для тонкостенных паяльных структур аэрокосмических компонентов и теплообменников [3]. Более короткий цикл пайки / меньшая температура пайки помогает предотвратить избыточное взаимодействие между компонентами соединения и рост интерметаллических соединений на границе соединения [2].Титан имеет сильное химическое притяжение кислорода; поэтому даже при комнатной температуре на его поверхности быстро образуется пассивный слой аморфного оксида [4]. Окисление поверхности затрудняет процесс соединения титана с точки зрения установления металлического соединения; кроме того, титан следует защищать от сильного окисления при температурах, превышающих 650 ° C [5]. Помимо склонности к укрупнению зерна и влиянию на прочность / пластичность основных компонентов, высокотемпературная пайка требует специального оборудования, условий и более длительного времени обработки, что приводит к более высокой стоимости обработки по сравнению с низкотемпературной пайкой.

Титановые соединения широко изучаются [6]. В отличие от пайки, сварка обычно не используется для титановых сотовых многослойных конструкций [7–10], которые требуют соединения многих точек без деформации. Кроме того, сварочный процесс не подходит для соединения алюминидов титана [11]. Для пайки титановых сплавов разработано и исследовано большое количество припоев-присадок; некоторые из них использовались в коммерческих целях. В 1950-х и 1960-х годах первые работы были сосредоточены на присадочных сплавах на основе Ag, Au, Cu и Pd для ∼ (316–427 ° C) и присадочных сплавах на основе Al для рабочих температур ∼204 ° C.Позднее были разработаны сплавы на основе Ti и Ti – Zr, которые показали лучшую металлургическую совместимость с титаном [12] и обеспечили более высокую прочность соединения по сравнению с другими системами припоя. В таблице 1 приведены некоторые примеры относительно высокопрочных и температурных паяных соединений с использованием присадочных сплавов на основе Ti и Ti – Zr. Однако низкотемпературная пайка с более свободными условиями может найти несколько применений: там, где нельзя применять инертную атмосферу, соединяемые детали не могут поместиться в ограниченных и особых условиях, таких как массовое производство путем непрерывной пайки, большие пайки пайки или для пайки на месте. Кроме того, снижение стоимости соединения за счет снижения температуры важно для снижения общей стоимости изготовления и сохранения доли титана в общей конструкционной массе аэрокосмических систем [13].

60 мин.

Прочность на сдвиг (МПа) Условия Наполнитель Основной металл Каталожные номера

Технически чистый титан (класс 2) [14]
261.7 Вакуум + аргон, 870 ° C, 30 мин Технически чистый титан (класс 2) [15]
540 Аргон, 950 ° C, 30 мин (класс 5) [16]
545 Вакуум, 1030 ° C, 3 мин. (класс 5) / [17]

Основные легирующие элементы, присадочные сплавы для пайки титана и его сплавов в основном можно разделить на пять групп: на основе титана [1, 14, 16, 18–21], на основе циркония [16, 19, 22, 23], серебра. присадочные сплавы на основе [24–27], алюминия [28–31] и никеля [19, 32].Попытки пайки титана с использованием присадочных сплавов на основе алюминия и других присадочных систем начались более 60 лет назад [33]. С того времени было разработано множество присадочных сплавов на основе алюминия, и было предпринято множество попыток достижения подходящих условий пайки. Титан припаивался к самому себе и к алюминиевым сплавам наполнителями на основе алюминия с использованием оксиацетиленовой горелки с флюсом [30, 33], в аргоне высокой чистоты [10, 33], в вакууме [28–31, 34–36] и в условиях воздуха: в безпотоковом процессе с помощью ультразвуковой вибрации (УЗВ) [37–39] или дополнительного давления [40].Исследование и улучшение механических свойств полученного соединения посредством тщательного проектирования цикла пайки и контроля зоны образования / диффузии интерметаллических соединений были среди основных исследованных задач при пайке титана и его сплавов. Были предприняты значительные усилия для сокращения времени цикла пайки при одновременном достижении подходящей прочности за счет использования новых технологий и разработки новых композиций легкоплавких присадочных материалов. Несмотря на то, что к настоящему времени проделана значительная работа, пайка титана наполнителями на основе алюминия все еще нуждается в дальнейшем развитии, чтобы увеличить ее долю в промышленном секторе.

Разработанная микроструктура и механические свойства паяных соединений зависят от компонентного состава, температурно-временного цикла и конструкции соединения. Выбор правильных параметров цикла зависит, в свою очередь, от скорости и характера взаимодействия на интерфейсе родитель / наполнитель. Короткий цикл температурно-временной пайки защищает основной компонент от нежелательных металлургических изменений, которые могут происходить быстрее при повышении температуры; например, эффекты старения, которые проявляются через 4 часа при 537.8 ° C (1000 ° F) в Ti -– 6Al -– 4V будет происходить за ∼10 мин при 579,4 ° C (1075 ° F) [41]. Однако время пайки может быть увеличено в соответствии с составом исходного материала / присадочного материала, чтобы обеспечить возможность диффузии межфазного элемента до определенного предела, необходимого для достижения оптимальной прочности соединения. Распространение некоторых процессов пайки, обычно при высокой температуре, может происходить в течение относительно длительного времени выдержки до достижения гомогенизации микроструктуры по всему соединению, что особенно известно как диффузионная пайка.Matsu et al., Ganjeh et al. и Chang et al. [16, 17, 42] исследовали диффузионную пайку нескольких наполнителей на основе Ti и Zr, которая привела к специфической микроструктуре и высокой прочности на сдвиг (таблица 1). Эти процессы включают изотермическое затвердевание и гомогенизацию соединения [43].

При литье металла ультразвуковая вибрация (USV) обеспечивает множество значительных эффектов, таких как дегазация [44–47], измельчение и изменение микроструктуры [48–51]. Использование USV при пайке - привлекательный вспомогательный инструмент [37–39, 52–58]; однако изучению комбинированного воздействия USV с технологическими параметрами процесса пайки и разработке стыковочного интерфейса, более совместимого с USV, еще не было уделено должного внимания. Основное внимание в этом обзоре будет уделено границе раздела титан / алюминий, которая включает в себя присадочные сплавы на основе алюминия для пайки исходных (базовых) компонентов титан / титан и титан / алюминий с учетом технологических параметров и процедур.

2. Присадочные сплавы на основе алюминия

Различные системы сплавов на основе алюминия были испытаны для пайки основных компонентов титана / титана и титана / алюминия. Легирующие добавки к присадочным материалам служат нескольким целям, таким как снижение температуры плавления, улучшение смачивания [28, 34], уменьшение толщины интерметаллидов [29], улучшение коррозионной стойкости [41] и улучшение статической / динамической прочности при рабочей температуре [29]. ].

Снижение температуры пайки и уменьшение времени контакта расплавленного присадочного сплава с исходным титановым сплавом снижает эрозию титана [26, 42] и повышает надежность тонкостенных титановых соединений [3]. Присадочные сплавы на основе алюминия могут быть подходящим кандидатом для пайки титана, удовлетворяющего следующим условиям: температура плавления значительно ниже температуры превращения титановых сплавов, хорошая металлургическая совместимость с титановыми сплавами, хорошее смачивание и растекание по поверхности титана, хорошая коррозионная стойкость [ 59], низкой плотности и приемлемой прочности для большой соединительной поверхности [2]. Были внедрены некоторые промышленные присадочные сплавы на основе Al систем Al – Cu, Al – Mg и Al – Si с добавками Cr и Ti [3, 19]. Однако алюминий приводит к быстрому образованию хрупкого интерметаллического слоя на стыке с Ti и обеспечивает относительно низкую прочность по сравнению с другими присадочными сплавами; активность Al с Ti считается основной проблемой при разработке наполнителей на основе алюминия и оптимизации процесса пайки.

2.1. Разработка условий / методов пайки твердым припоем Ti / Ti и Ti / Al с использованием наполнителей на основе алюминия
2.1.1. Вакуум, пайка горелкой и другие методы

Lewis et al. [33] первоначально протестировали многие из имеющихся в продаже присадок для пайки, используя процедуры тщательной подготовки образцов. Полученная прочность на сдвиг паяных соединений внахлест при пайке в печи с контролируемой атмосферой составила 73,77–115,69 МПа с использованием алюминиевого наполнителя 61S (6061). Дальнейшие испытания пайки горелкой были выполнены путем покрытия поверхностей образцов промышленным титановым флюсом и с использованием немного восстанавливающего пламени. В целом силовые результаты были ниже 44.82–88,94 МПа по сравнению с пайкой в ​​печи в контролируемой атмосфере; Причина была объяснена захватом флюса в зоне стыка или недостаточным контролем температуры и защитой от окисления при пайке горелкой. Использование горелочной пайки всегда должно сопровождаться определенными флюсами, при выборе подходящего флюса следует учитывать легирующие элементы в расплавленном наполнителе и он должен подходить для всех элементов соединения. Флюсы для титана - это в первую очередь смеси фторидов и хлоридов щелочных металлов, натрия, калия и лития [4].

Takemoto et al. [28] исследовали пайку чистого соединения Ti / Al3003 (Al – 1Mn) в вакууме с использованием трех различных присадочных сплавов на основе алюминия. Время пайки было коротким (3–5 мин), а температура пайки не превышала. Таблица 2 показывает результаты прочности на сдвиг.


Прочность на сдвиг (МПа) Условия пайки Наполнители

38,25
при том же уровне вакуума с использованием чистого алюминия и Al – 0.8% Si в качестве присадочных материалов при времени выдержки 3 мин [28, 29]. Сообщенная прочность на сдвиг относится к обоим присадочным металлам; в любом случае увеличение времени выдержки привело к резкому снижению прочности соединения чистого Al-наполнителя.Было обнаружено, что использование чистого Al в качестве присадочного металла для пайки Ti / Ti при 700 ° C привело к самоотделению соединения после выдержки 30 мин, а толщина образовавшегося слоя интерметаллического соединения () была равной наибольшая, которая действует как место зарождения трещин.

Sohn et al. [34] изучали диффузию между присадочным металлом и исходными металлами CP-Ti / Al1050, поддерживая температуру и изменяя время выдержки в вакууме, как показано на рисунке 1.


Наилучшее достижение прочности на сдвиг был для времени пайки 25 мин.При увеличении времени пайки прочность связи снижалась из-за образования полостей в Al вблизи границы раздела Al / интерметаллид. Shiue et al. [35] исследовали метод быстрого нагрева при соединении алюминида титана Ti50 – Al50 с помощью инфракрасной пайки с использованием чистого алюминия и в качестве присадочных сплавов. Пайка проводилась в вакууме с использованием высокоскоростного источника инфракрасного излучения для нагрева, и ей предшествовал предварительный нагрев. Для чистого алюминиевого наполнителя было обнаружено большое образование хрупкой интерметаллической фазы для всех времен выдержки, а прочность связи была очень слабой.На рис. 2 показано место трещины в основной фазе соединения.


Что касается присадочного сплава, содержащего Si, было замечено, что интерметаллиды были заметны на ранней стадии инфракрасной пайки. При увеличении времени и температуры объемная доля резко уменьшилась и сменилась на, а затем исчезла. Наибольшая прочность была достигнута при температуре пайки.

Хорунов и др. [31] исследовали присадочные сплавы Al – Si и Al – Mg при пайке ОТ4 (Ti – 3Al – 1.5Mn) титанового сплава в вакууме. Полученные значения прочности с использованием присадочных сплавов Al – Mg были относительно высокими (82–83 МПа), в то время как полученное соединение с использованием присадочного сплава Al – Si характеризовалось худшим качеством с обнаружением сплошного слоя силицида вдоль границы раздела.

Были предприняты некоторые усилия для упрощения процесса пайки и выполнения пайки титана в нормальных условиях окружающего воздуха. Эти усилия были сосредоточены на разработке легкоплавких припоев и поиске подходящей техники для удаления оксидного слоя на стыковых поверхностях стыка.В Германии Bach et al. (цитируется в [2]) провели раннюю попытку пайки Ti – 6Al – 4V на воздухе с использованием сплава с низкой температурой плавления, который представлял собой тонкую алюминиевую фольгу, покрытую медью (33% Cu) для пайки зазора . Изготовленный стык имел хорошее качество; в любом случае прочность на сдвиг не превышала 25 МПа, что служит только для соединения больших площадей. Это показало, что эвтектика Al – Cu достаточно активна, чтобы реагировать с титаном в воздухе. Карфул и Мухрат [40] исследовали прочность паяного соединения Ti / Ti в зависимости от состава присадочного металла и параметров пайки на воздухе.Новые припои группы Al – Cu – Ni – Ti были изучены с целью выявления влияния легирующих элементов, а также исследования возможности пайки на воздухе. Наивысшая достигаемая средняя прочность на сдвиг составила ~ 74–73 МПа при использовании присадочных сплавов Al – 8.54Cu – 1.35Ni – 0.08Ti и Al – 6.44Cu – 1.96Ni – 0.92Ti. Удаление оксидных слоев между алюминием и титаном является ключом к началу процесса соединения. Соответственно, добавление давления приведет к разрушению оксидного слоя наполнителя на основе алюминия за счет шероховатости поверхности Ti.Затем из-за растрескивания окалины происходит выпучивание, и очищенные поверхностные атомы алюминия вступают в реакцию со слоем оксида титана, восстанавливая его до атомарного титана [40]. Использование USV в качестве вспомогательного инструмента при пайке, которое приводит к быстрому разрушению оксидного слоя на стыке стыка и делает возможным процесс соединения в условиях воздуха, кратко описывается ниже.

2.1.2. Пайка Ti с помощью ультразвука наполнителями на основе алюминия

Сонохимические эффекты USV в жидкостях изучаются более 80 лет [60].Интерес к пайке с помощью ультразвука возник более 50 лет назад. Одним из первых патентов США была установка для пайки с помощью ультразвука, в которой использовался ультразвуковой наконечник, окруженный пламенем местного нагрева [61].

Использование USV в течение короткого периода времени приводит к очень быстрому разрушению оксидного слоя на основном материале и его смачиванию присадочным материалом [52], даже если это эффективно для достижения хорошего смачивания керамики присадочными материалами на воздухе. [53, 54, 62]. Акустическая кавитация, возникающая в жидком металле, считается важнейшим физическим эффектом распространения ультразвуковых колебаний [63–66]. Образование каверн начинается с полупериода разрежения в наиболее слабых местах расплава [63]. Полости продолжают увеличиваться в размере до тех пор, пока они не разрушатся под действием сжимающих напряжений в течение следующего полупериода сжатия; Результатом этого коллапса являются импульсы давления высокой интенсивности, всплески температуры и высокоскоростные струи. Важными физическими и химическими процессами, связанными с ультразвуковой кавитацией, являются дегазация расплава, фильтрация, смачивание твердых включений и изменение структуры.Кроме того, акустическая кавитация приводит к адсорбции энергии ультразвука и образованию акустического потока. Чтобы вызвать кавитацию в жидком металле, звуковое давление должно превышать определенный уровень, который называется порогом кавитации [63].

Использование USV при пайке сокращает время обработки, следовательно, снижает стоимость и защищает основные компоненты от дальнейших металлургических изменений. К преимуществам относятся менее специфические требования к атмосфере из-за быстрого разрушения оксидного слоя [39, 52], улучшенное растекание расплавленного наполнителя [55, 62] и гомогенизация микроструктуры соединения [39]. В таблице 3 приведены технологические параметры и результаты прочности на сдвиг ультразвуковой пайки соединений Ti / Ti и Ti / Al с использованием наполнителей на основе алюминия.

38. 25 вакуум Al – 20Ag – 10Cu
69,88 вакуум Al – 10Si – 0.5Mg

Ti000

37263 металл: Ti Grade 5;
присадочный металл: TiBraze Al-665 (Al – 2.5Mg – 0.3Cr) / 100 .

Ссылка Материалы Метод нагрева и наилучшие условия (полностью на воздухе) Прочность на сдвиг (МПа)

Индукционная пайка, 660 ° C, (5 сек, 84 Вт) USV, без выдержки 50–60
[39] Основные металлы: Ti Grade 5 / Al1060 ;
присадочный металл: Al – 12Si
( A = 6, 20 кГц) USV, 620 ° C, 4 секунды USV + выдержка в течение 15 или 5 минут + 4 или 0 секунд USV ∼68
[ 38] Основной металл: Ti Grade 2;
присадочный металл: TiBraze Al-665A (Al – 2,5Mg – 0,3Cr) / 50
Индукционная пайка, (25 кГц, 120 Вт) USV, 670 ° C, выдержка 5 мин при 560 ° C, затем нагрев до 670 ° C и выдержка в течение 3 мин, применение USV в течение 6 с ∼64
[55] Основные металлы: Ti Grade 5 / Al6061;
присадочный металл: Al – 9. 4Si – 10Zn – 10Cu – 2Ni
( A = 6, 20 кГц) USV, 560 ° C, 4 сек. USV + выдержка в течение 60 мин. + 4 сек. USV ∼43
[55] Основные металлы: Ti Grade 5 / Al6061;
присадочный металл: Al – 15Sn – 8.2Si – 8.5Zn – 8.5Cu – 1.7Ni
( A = 6, 20 кГц) USV, 560 ° C, 4 с. USV + выдержка в течение 15 мин. + 4 с. USV ∼76

Chen et al. [52] исследовали мгновенное разрушение оксидной пленки Ti – 6Al – 4V на границе с жидким сплавом Al – Si и химические взаимодействия во время процесса, используя частоту 20 кГц и амплитуду USV.Образцы нагревали, после чего титановый сонотрод быстро загружали на титановую подложку с постоянным давлением 0,2 МПа. Время применения УСВ составляло 2–16 с. Из-за эффекта USV на титановой подложке образовалось большое количество ямок, как показано на Рисунке 3. Образование ямок началось с небольшой выемки на поверхности пленки оксида Ti из-за «кавитационной эрозии» [ 65, 67] (N на рис. 4), который служит микроканалом и обеспечивает прямое взаимодействие между свежей поверхностью Ti и расплавленным алюминиевым сплавом.

Предложенный механизм образования ямок в соответствии с данным исследованием заключался во-первых, в образовании выемки в оксидном слое титановой подложки и во-вторых, в резком химическом растворении твердой фазы Ti – 6Al – 4V в жидком наполнителе Al – Si, с последующими дальнейшими межфазными химическими реакциями.

Chen et al. [39] провели дальнейшую работу по ультразвуковой пайке Ti – 6Al – 4V / Al1060 на воздухе с наполнителем Al – 12Si. В этом исследовании ультразвуковая вибрация применялась к пластине Ti – 6Al – 4V в течение 4 с, затем время выдержки составляло 0, 5 и 15 минут, а затем второй период ультразвуковой вибрации в течение 4 с.Применение первой ультразвуковой вибрации в течение 4 с вызывало образование ямок на поверхности титанового сплава (рис. 4 (а)). При выдержке 5 или 15 мин растворение продолжалось со стороны Al1060 и Ti; следовательно, оксидная пленка отслаивается от титановой подложки, что называется «подрывом оксида подложки» (рисунки 4 (b) и 4 (c)). В дополнение к образованию ямок кавитация и перемешивающее действие акустического потока вызвали следующие эффекты во время ультразвуковой операции: (i) Ускорение процесса растворения на стороне Ti после образования ямок на пленке оксида Ti, а также вдоль стороны Al1060.(ii) Во время вторых 4 секунд USV разрыв плавающей оксидной пленки титанового сплава (Рисунок 4 (d)). Одновременно происходит разрушение дендритов Al и равномерное распределение фаз Al в соединении.

В любом случае увеличение времени выдержки до 15 минут или добавление второго периода USV не улучшило прочности паяных соединений на сдвиг.

Tillmann et al. [37] изучали пайку Ti – 6Al – 4V с помощью ультразвука с наполнителем Al – 2.5Mg – 0.3Cr и индукционным нагревом. Изучаемыми параметрами являлись толщина слоя (60–200 µ м), температура пайки (660–680 ° C) и акустическая мощность (60–96 Вт), после чего отбирались образцы лучших параметров ультразвуковой пайки. по сравнению с традиционной вакуумной пайкой. Повышение температуры выше или уменьшение толщины до менее 100 привело к появлению больших пустот в зоне пайки. Увеличение акустической мощности до 70% (84 Вт) привело к значительному уменьшению оксидного слоя на границе раздела, и меньшая интенсивность не могла удалить оксидный слой, в то время как самая высокая из 80% вызывала значительную кавитацию, приводящую к образованию зазора. в суставе (рис. 5). Наивысшая прочность на сдвиг, полученная с использованием образца 100, 660 ° C, 5 с, 70%, не достигала более 60 МПа и между 30 и 40 МПа для образцов, полученных вакуумной пайкой.

Более низкие значения прочности для образцов, спаянных в вакууме, объяснялись низкой скоростью нагрева, которая приводила к чрезмерному образованию интерметаллида с низкой пластичностью на границе раздела.

Elrefaey et al. [38] провели предварительное исследование микроструктуры и поведения разрушения при ультразвуковой пайке титана Grade 2 с использованием присадочного сплава TiBrazreAl-665A. Результаты показали образование тонкого слоя взаимодействия, и соединение разрушилось в основном на границе раздела Ti / Al из-за хрупкой природы интерметаллида. Chen et al. [55] исследовали добавление олова при пайке соединения Ti / Al с помощью ультразвука. Аналогичным образом в других работах [39, 62, 68] использовалась простая сборка внахлест с заданным зазором стыка. Добавление Sn привело к расширению интервала плавления; до достижения температуры солидуса остаточная жидкость, богатая оловом, заполняла капиллярные зазоры между затвердевшими зернами, что значительно снижало остаточные термические напряжения и повышало прочность соединения [55].

Чтобы гарантировать эффективную передачу USV к стыку, фиксирующая установка и механизм, с помощью которого перемещается USV, должны быть тщательно спроектированы.Это включает рассмотрение акустических свойств компонентов крепления буровой установки, приложенной силы в зоне соединения и расположения наконечника сонотрода [69]. Elrefaey et al. [38] использовали, например, устройство, в котором рупор был установлен вертикально, а образец, который был установлен в стальной держатель, находился под давлением 0,2 МПа из-за веса рупора (рис. 6). В то время как Tillmann et al. [37] использовали пайки внахлест с крутящим моментом 8 Нм, создаваемым винтовым соединением.


Несмотря на то, что использование USV является ценным способом разрушения оксидного слоя и улучшения свойств соединения, результаты ультразвуковой пайки Ti / Ti и Ti / Al подтверждают, что процесс требует большего контроля и исследования. от условий пайки / материалов для достижения более высоких механических свойств.

2.2. Образование интерметаллических соединений на границе раздела Ti / Al

В системе Ti – Al встречается несколько интерметаллических фаз, таких как [70]. На самом деле интересны только технически [71].Поскольку почти все присадочные металлы образуют интерметаллические соединения с титаном [29], поэтому изучение и контроль их образования / развития на границе раздела в значительной степени определяют механическое поведение паяных соединений. Образование и рост интерметаллического соединения на границе раздела в основном связано с составом материалов наполнителя, исходного материала и температурно-временными параметрами. Например, пайка титана с чистым алюминием в основном приводит к образованию на границе раздела фаз; добавление Si (≥3%) в алюминиевый присадочный сплав приведет к образованию; однако добавление Cu или Ag не изменит вероятность образования [29].Фаза, предсказанная эффективным теплотой по правилу образования, не обязательно образуется на движущейся границе реакции, если зародышеобразование затруднено [72]. Многие исследования показали, что это могло бы образоваться за счет уже существующих или фаз в присутствии избытка Al. Суджата и др. [73] рассчитали свободную энергию образования различных соединений алюминида титана в интервале температур ∼ (0–1200 ° C) и обнаружили, что свободная энергия меньше, но немного выше, чем у.Предпочтительное образование единственного продукта во время реакции твердый Ti / жидкий Al объясняется двумя факторами: первый - это дополнительные стадии образования, которые включают в качестве одной из исходных фаз, а второй фактор - наличие избыточного количества жидкий Al, который сводит к минимуму тенденцию к образованию соединений с высоким содержанием Ti. Велерт и Борман [74] исследовали механизм фазовой селекции интерметаллических соединений в фазовой реакции Ti / Al. Предварительно нанесенные слои и между элементарными слоями Al / Ti после отжига в течение 50 и 20 часов при 400 ° C, соответственно, исчезли и были заменены на.Соответственно, фазовый отбор во время межфазной реакции объяснялся различиями в скоростях роста конкурирующих фаз. Аналогичная причина выбора основной фазы была сделана Michaelsen et al. [75], включая зародышеобразование как первую стадию образования TiAl 3 . Аналогичные результаты формования сплава на основе α были получены Zhang et al. [76] с использованием горячего алюминирования погружением (750 ° C-15 с) с последующей интердиффузионной обработкой (600 ° C-30 ч). Было обнаружено, что добавление Si, Mn или Ag к чистому алюминиевому покрытию улучшает однородность толщины и снижает образование поперечных трещин.Дополнительные промежуточные слои, состоящие из (TiAl 3 + TiAl 2 ) и / или TiAl, были сформированы после высокотемпературного окисления для всех покрытий. Zhang et al. [77] сообщили в другой работе с использованием аналогичных процедур алюминирования и взаимной диффузии рост продуктов реакции в твердом состоянии на границе раздела и подложки после последующего окисления при 700 ° C и 300 часах, тогда как TiAl 3 + TiAl 2 и Ti 3 слоев Al были сформированы при температуре 800, °, ° C и 300 ч окисления на воздухе.Смешанный + слой образовался в результате реакции O 2 с. Xu et al. [78] применили горячее прессование в вакууме к слоистым материалам Ti / Al с последующим отжигом и обнаружили, что следующей реакционной фазой после TiAl 3 был TiAl на границе раздела Ti / Al после израсходования слоя Al и во время второй стадии обработки отжигом при более высоких температурах. . Диффузия на границе раздела Al / Ti может быть ускорена за счет уменьшения обжатия при холодной / горячей прокатке [78, 79]. При пайке титанового сплава ОТ4 Mg-содержащими алюминиевыми сплавами также могло происходить образование промежуточного слоя и титана [31].

Диффузия химических элементов через поверхность раздела пайки высока в начале процесса пайки, поскольку диффузия в начале происходит между жидкой и твердой фазами. Как только происходит образование интерметаллических соединений, скорость диффузии снижается и становится все меньше и меньше за счет увеличения толщины интерметаллического слоя до тех пор, пока рост интерметаллического соединения не будет подавлен. Учитывая, что в алюминиде с высоким содержанием титана титан может диффундировать быстрее, чем Al [80, 81].Толщина интерметаллического слоя при использовании чистого алюминия в качестве наполнителя является наибольшей, и любые добавки или примесные элементы будут подавлять - но иначе - рост интерметаллического слоя [29].

Пайка алюминида титана TiAl при 900 ° C в течение 30 с с использованием чистого Al-наполнителя дает очень слабое соединение, и основной фазой в соединении является хрупкая фаза [35]. С другой стороны, для другого случая с более длительным циклом соединения под давлением и без какого-либо дополнительного наполнителя «диффузионное связывание» двухфазного гамма-алюминида титана Ti – 45Al (в ат.%) образовавшейся фазы на границе склеивания. Буке и Аппель пришли к выводу [82], что неизбежное загрязнение диффузионной пары кислородом приводит к образованию тонкого слоя фазы. Аналогичный результат был получен Херрманном и Аппелем [83] для различных двухфазных алюминидов титана на основе гамма-излучения, при этом использовался даже значительно более высокий вакуум.

2.3. Основные системы наполнения на основе алюминия
2.3.1. Чистый алюминий в качестве присадочного металла

Чистый алюминий очень активен по отношению к титану при температуре пайки, вызывая высокий уровень эрозии и, как следствие, ненадежные паяные соединения, особенно для тонкостенных титановых конструкций [2].Takemoto et al. [28, 29] обнаружили, что наибольшая толщина интерметаллида была вызвана использованием чистого алюминия в качестве наполнителя. Небольшие добавки легирующих элементов или примесей к чистому Al-наполнителю уменьшали толщину интерметаллического слоя на паяной границе. Было обнаружено, что добавление 0,8% Si значительно снижает толщину и скорость роста интерметаллида, и полученные соединения Ti / Ti с использованием наполнителя Al-0,8Si сохраняют более высокую прочность соединения после пайки при относительно более высоких температурах и более длительном времени выдержки по сравнению с с наполнителем из чистого алюминия [29].В том же контексте Shiue et al. [35] обнаружили, что прочность соединения соединения TiAl / Al / TiAl была очень слабой, чтобы ее можно было оценить из-за большого количества стабильной фазы в соединении.

Незначительные изменения в легирующих элементах влияют на характеристики смачивания и растекания и должны разрабатываться в соответствии с типом основного металла Ti. Например, сравнивая наполнители Al – 4.5Mg – 0.4Si – 0.1Cr и Al – 4Mg – 0.5Si – 0.4Mn [30], первый с более 0,5% Mg и 0,1Cr вместо 0,4Mn имеет меньший угол смачивания. и лучшее растекание на титане Grade 5; Напротив, эти модификации имеют другой эффект при пайке титана Grade 2.В таблице 4 представлена ​​сводная информация о паяных соединениях Ti / Ti – Ti / Al с использованием чистого или низколегированного Al наполнителя.

Наполнитель Чистый алюминий 5

Ссылки Материалы Условия Склеивание Прочность на сдвиг (МПа) Интерметаллические соединения на границе раздела между исходным титаном и наполнителем
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[29] Чистый Ti Чистый Ti Чистый Ti Чистый Ti Al 100 Вакуум 680 3 ∼92
680 10 ∼42
Al – 0.8Si 680 3 ∼94
680 10 ∼75
[31] OT4 титан AD1 OT4 титан OT4 Fe) 60 Вакуум 685 3 76
Цитируется в [2] Ti Grade 5 Ti Grade 5 Al-0.3SiM –g 0.8 > 660 72
[35] Ti50 – Al50 Ti50 – Al50 75 75 Очень слабое соединение

Значения прочности на сдвиг, рассчитанные согласно рисунку 11 в [29]. Инфракрасная пайка, предварительный нагрев при 400 ° C в течение 60 с.
2.3.2. Присадочные сплавы типа Al – Mg

Флом [84] сообщил об исчезновении магния на границе раздела между присадочным сплавом Al – Mg и исходным титановым сплавом во время вакуумной пайки. Аналогичным образом, Хорунов и др.[31] обнаружили, что после пайки с использованием сплава AMg6, содержащего 6% Mg, только 1,5% Mg осталось в соединении, а Mg не осталось на границе раздела; уменьшение Mg объяснялось испарением Mg из наполнителя при нагревании и плавлении в вакууме. Летучесть магния при повышенных температурах [85] и реакция паров магния с оксидной поверхностью алюминия делают Mg отличным промотором смачивания [86]. Mg реагирует с оксидом алюминия, образуя сложный оксид [87] или восстанавливая его до Al + MgO [34], который образует включения и вызывает образование связей; в результате содержание Mg в суставе значительно снижается [31].Улучшенное смачивание присадочных сплавов Al – Mg было также подтверждено Хоруновым и др. [31], где наполнитель Al – Mg показал лучшее смачивание на титановом сплаве ОТ4 при температуре менее 700 ° C по сравнению с Al – Si. Повышение температуры пайки более чем на 700 ° C привело к уменьшению угла смачивания для всех наполнителей, содержащих Si или Mg. При проектировании припоя необходимо учитывать содержание Mg в наполнителе и условия пайки, например, сплав показал хороший результат 117 МПа при пайке горелкой, но дал только 61 МПа при пайке в вакууме [30].Другой пример, вакуумная пайка Mg-содержащими присадочными сплавами с 6% и 2,5% Mg показала почти идентичную прочность, которая была выше, чем при использовании Si-содержащих наполнителей [31]. Eckardt et al. [30] сообщили об образовании переменного прерывистого интерметаллического слоя между наполнителями Al-Mg и основным металлом титана. Кроме того, сообщалось, что на титане Grade 5 образовался более толстый интерметаллический слой по сравнению с титаном Grade 2. Сплавы с высоким содержанием магния не показали лучших свойств формирования галтели по сравнению с припоем со средним содержанием магния, таким как TiBraze 665, который содержит только 2 сплава.5% Mg [30]. В таблице 5 представлена ​​сводная информация о паяных соединениях Ti / Ti-Ti / Al с использованием присадочных сплавов типа Al-Mg.

Наполнитель (Al (6061)) (Al – 1Mg – 0.6Si – 0,25Cu – 0,25Cr) 902 > 640 температура ликвидуса 902 64 TiBraze (Al – 5Mg – 0,2Si – 0,2Ti)

Ссылки Материалы Условия Склеивание Прочность на сдвиг (МПа) Интерметаллические соединения на границе раздела между исходным титаном и наполнителем
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[33] Ti Ti 76 Аргон (печь) 5 73,8–115,7
Горелка с флюсом
[29] Чистый Ti Чистый Ti Al – 1Mg 100 Вакуум 680 3
[30] Ti Grade 5, 2 Al – 4.5Mg – 0.4Si – 0.1Cr 800 Вакуум / горелка с флюсом > 638 Температура ликвидуса Плохой результат ,
Al – 4Mg – 0.5Si – 0.4Mn 61 в вакууме и 117 горелкой
[3] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 TiBraze Al-665 (Al – 2,5Mg –0,3Cr) 100 Вакуум / горелка с флюсом 680 110.4 G5 97,6 G2
Al – 4Mg – 0,5Si – 0,4Mn 320 650–700 98,8 G5 77.4 G2
T OT4 титан AMg6 (Al – 6Mg – 0.6Mn – 0.4Si – 0.4Fe – 0.1Ti) 60 Вакуум 685 3 82
6Mg6 (Al – Al Mn – 0.4Si – 0.4Fe – 0.1Ti) 60 720 40
Al – 2.5Mg – 0.2Si – 0.4Fe – 0.2Cr 100 685 83
[84] Ti Grade 2 / Grade 12 Ti Grade 2 / Grade 12 <25 EB + вакуум > точка плавления 0,5–0,75
[37] Ti Grade 5 5 TiBraze Al-665 (Al – 2,5Mg – 0,3Cr) 100 Индукционная пайка с ультразвуковой поддержкой на воздухе 660 5 сек USV 50–60
[ Ti Grade 2 Ti Grade 2 TiBraze Al-665A (Al – 2.5Mg – 0.3Cr) 50 Индукционная пайка с ультразвуковой поддержкой на воздухе 670 5 мин при 560 ° C + 3 мин при 670 ° C + 6 с USV ∼64

Соединение внахлестку. Учитывая, что 1205 ° F - это температура ликвидуса [88].
2.3.3. Присадочные сплавы типа Al – Si

Такемото и Окамото [29] сообщили, что небольшая добавка 0,2–0,8% Si очень эффективна для подавления роста интерметаллического слоя.Однако дальнейшие добавки Si увеличивают толщину интерметаллида и способствуют образованию дополнительных интерметаллических соединений: на границе раздела, где он примыкает к исходной стороне титана. В основном производится и небольшое количество интерметаллидов. Лучший результат испытания на растяжение был при сравнении с двумя другими присадочными материалами и. Установлено, что разрушение происходит внутри присадочного металла при использовании [29]. При почти аналогичных условиях, но с более длительным временем пайки Sohn et al.[34] исследовали диффузионную пайку соединения Al / Ti методом. Связывание на границе раздела Ti / наполнитель началось, как только наполнитель был расплавлен; наблюдались два интерметаллических соединения: непрерывное со стороны титана, которое со временем увеличивалось из-за диффузии Si в Ti, и прерывистое со стороны наполнителя, и разрушение произошло в слое алюминия. При ультразвуковой пайке титана на границе раздела наполнитель Ti – 6Al – 4V / Al – 12Si образовывались два интерметаллических соединения [39]. Интерметаллид IMC-A () образовался на краю карьера во время первой USV, а IMC-B () - на стенке и дне карьера.Применение времени выдержки в течение 5 минут привело к образованию IMC-A () на границе раздела между IMC-B () и Ti – 6Al – 4V; при увеличении времени выдержки до 15 мин толщина IMC-B () увеличивалась (Рисунок 4). Уэллс [41] сообщил, что сплав Al – 7,5% Si, наплавленный на сердечник из алюминиевого сплава 6951, который не плавится во время пайки, дает более прочное соединение, чем 63Al – 32Cu – 5Ag – 0,01Li для Ti марки Grade 5. Однако Хорунов и соавт. [31] обнаружили, что Mg-содержащие присадочные сплавы обеспечивают более высокую прочность соединения, чем Si-содержащие присадочные сплавы (5.3% Si), что объяснялось затвердеванием силицида в виде непрерывной полосы на границе раздела пайки. В таблице 6 представлена ​​сводная информация о паяных соединениях Ti / Ti – Ti / Al с использованием присадочных сплавов типа Al – Si.

Наполнитель –10Si – 0,5Mg Ti Grade 5, 2 902

Ссылки Материалы Условия Склеивание Прочность на сдвиг (МПа) Интерметаллические соединения на границе раздела между исходным титаном и наполнителем
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[34] CP-Ti Al (1050) Al (1050) Al – 10Si – 1Mg 100 Вакуум 620 25 84 ,
[29] Чистый Ti Чистый Ti Al (0 0264 Al)1–10) Si 100 Вакуум 680 3 ∼94 для Al – 0.8Si ,,
[28] Чистый Ti Al (3003) 100 Вакуум 600 3 ∼70 ,
[3] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 4 (Al – 12Si – 0.8Fe) 80 Вакуум / горелка с флюсом 600–620 74.2 G5 69,6 G2
[31] Титан OT4 Титан OT4 Al – 5.3Si – 0.8Fe – 0.3Cu – 0.2Ti 100 Вакуум 5 56 Непрерывный силицид
[89] Ti Grade 5 Al (6060) Al – 8.4Si – 20Cu – 10Ge – 0.1Re 200 Вакуум + аргон 5309 10/30/60 49/55/48
Al – 8.4Si – 20Cu – 10Ge 530 10/30/60 23/17/20
[35] Ti50 – Al50 Ti50 – Al50 BAlSi-4 (AlSi-4 11–13) Si – 0.3Cu – 0.1Mg – 0.2Zn – 0.15Mn – 0.8Fe) 75 Вакуум 900 3 86.2 + (для более длительного времени пайки )
[84] Ti Grade 2 / Grade 12 Tit Grade 2 / Grade 12 TiBraze Al-642 (Al-5.3Si – 0.8Fe – 0.2Ti) <25 EB + вакуум > точка плавления 0,5–0,75
[39] Ti Grade 5 Al264 Al264 12Si Пайка ультразвуком на воздухе 620 4 секунды USV + выдержка 15 или 5 мин + 4 или 0 секунд USV ∼68 ,

Переходная жидкофазная связь.Только для Al – 0,1Si / 3 мин наблюдалось. Наблюдалась очень слабая дифракционная линия при. Инфракрасная пайка.
2.3.4. Присадочные сплавы типа Al – Cu и Al – Ag

Al – Cu и Al – Ag в основном способствовали образованию на паяной границе раздела титана. Добавление Sn не изменило тип интерметаллида, поскольку присадочный металл Al – 10Cu – 8Sn в основном способствовал образованию соединений Al (A1100) / Ti и очень слабой дифракционной линии, соответствующей Однако высокий пик Sn на границе раздела показал анализ линии EDX, и разрушение произошло внутри интерметаллического соединения [29].Иным образом наличие Si в наполнителе изменяет интерметаллидный тип; Chen et al. [55] сообщили об образовании интерметаллида на границе раздела между Ti Grade 5 и каждым из наполнителей Al – 9.4Si – 10Zn – 10Cu – 2Ni и Al – 15Sn – 8.2Si – 8.5Zn – 8.5Cu – 1.7Ni; Был сделан вывод, что добавление Sn улучшает прочность за счет снижения остаточного термического напряжения. Eckardt et al. [30] обнаружили, что присадочный сплав TiBraze Al-635 (Al – 4.2Cu – 1.5Mg – 0.5Mn – 0.5Si) имел наименьший краевой угол смачивания для Ti Grade 5 и хороший (второй по величине) для Ti Grade 2. с самой высокой прочностью среди других сплавов Al – Ag, Al – Mg и Ag – Cu – Zn– (Cd – Sn) при использовании вакуумной пайки.Промежуточный слой между основным металлом и наполнителем TiBraze Al-635 состоял из переменного и прерывистого слоя. Согласно Уэллсу [41], добавка Mg или небольшая добавка Li к присадочному металлу улучшала характеристики текучести сплавов типа Al – Cu– (5–50) Ag; с другой стороны, легирование Mg значительно снизило коррозионную стойкость соединений. Si и / или Sn-содержащие присадочные металлы образовывали более слабые соединения или имели температуру текучести ~ 587 ° C (860 K) или выше. Было обнаружено, что температура текучести сплавов Al – Cu – Ag менялась в зависимости от используемой атмосферы; температура потока в вакууме была на 111 ° C выше, чем в аргоне.При пайке устойчивых к повреждениям титановых структур присадочные материалы Al – Cu – Ag предотвращают распространение трещин за счет расслоения в ориентации остановки трещин. Поведение в ориентации разделителя трещины было аналогично поведению монолитного материала [41]. Таблицы 7 и 8 показывают сводные данные по паяным соединениям Ti / Ti-Ti / Al с использованием присадочных сплавов типа Al-Cu и Al-Ag, соответственно.

наблюдается очень слабая дифракция.
Наполнитель 902 902 Чистый Ti 64 –1Cu 9 0264 Вакуум

Ссылки Материалы Условия Склеивание Прочность на сдвиг (МПа) Интерметаллические соединения на границе раздела между исходным титаном и наполнителем
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[29] Чистый Ti64 100 Вакуум 680 3
[28] Чистый Ti Al (3003) Al – 10Cu642 Вакуум 100 5 ∼38
[29] Чистый Ti Al (3003) Al – 33Cu 100 630 3
[30] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 TiBraze Al-635 (Al – 4.2Cu – 1.5Mg – 0.5Si) 300 Вакуум / горелка с флюсом > 638 температура ликвидуса 140 в вакууме и 88 у горелки , больше для Grade 5
[ 3] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 TiBraze Al-635 (Al – 4.2Cu – 1.5Mg – 0.5Si) 200 Вакуум / горелка с флюсом 660–700 140,7 G5 100,8 G2 , больше для Grade 5
Al – 25Cu – 9Si 100 580–620 88.6 G5 34.1 G2
Ti Grade 2 Ti Grade 2 Al – 24Cu – 8.6Si – 3.5Sn 150 580–620 47.7
47.7 дюйм [2]) Ti6Al4V Ti6Al4V Al-33Cu 6–20 Воздух 550 25
9026 6061) Al – 9.4Si – 10Zn – 10Cu – 2Ni ∼200 Индукционная пайка с ультразвуком на воздухе 560 4 с USV + 60 мин + 4 с USV ∼43
Al – 8,2 Si – 8.5Zn – 8.5Cu – 1.7Ni 4 с USV + 15 мин + 4 с USV ∼76
[40] Ti-5 (95%) Ti-5 ( 95%) Al – 8.54Cu – 1.35Ni – 0.08Ti 100 Путем приложения давления / в воздухе 647 13 74.78
Al – 6.44Cu – 1.96Ni – 0.92Ti 648 9 73,66

3003) Ti Grade 2

Ссылки Материалы Условия Склеивание Сопротивление сдвигу (МПа) Основное соединение 9024 9026 9026 Интерметаллические соединения 9024 9026 9026 2 Наполнитель
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[28] Чистый Ti Al – 20Ag – 10Cu 100 Вакуум 600 5 ∼38
[29] Чистый Ti Al9 Al9 Al (3003) 100 Вакуум 630 3
[30] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 9026 9 Al – 38Ag – 7.4Si – 0.6Fe 260 Вакуум / горелка с флюсом > 580 температура ликвидуса Плохой результат
[3] Ti Grade 2 Порошок + 325 / −100 меш Вакуум / горелка с флюсом 600–620 70
Al – 28,5Ag – 21Cu – 1,3Mg 260 9 67.6

Еще один неопределенный очень тонкий.
2.3.5. Al – Ni, Al – Mn и другие типы присадочных сплавов

Добавление никеля к чистому алюминиевому наполнителю мало повлияло на подавление интерметаллического слоя на границе раздела Ti / наполнитель, тогда как добавление Mn показало лучший результат [29 ]. Однако добавление никеля к наполнителю Al – Cu – Ti вместе с уменьшением доли меди увеличивало сопротивление сдвигу [40].Ge улучшал коррозионную стойкость при добавлении к сплавам типа Al – Cu и Al – Cu – Ag, но образовывал очень хрупкие соединения [41]. В таблице 9 представлена ​​сводная информация о паяных соединениях Ti / Ti с использованием присадочных сплавов типа Al – Ni- и Al – Mn.

Наполнитель 902 902 Чистый Ti –1Mn, Al – 1Ni 902 Аl – 21.5Ni – 9Cu – 9.6Si – 1.3Fe – 0.6Mn)

Ссылки Материалы Условия Склеивание Прочность на сдвиг (МПа) Интерметаллические соединения на границе раздела между исходным титаном и наполнителем
Тип Толщина / ширина зазора () Температура (° C) Время (мин)

[29] Чистый Ti64 100 Вакуум 680 3
[30] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 300 Вакуум / горелка с потоком ≥607 93 в вакууме и плохой результат для горелки ,
[3] Ti Grade 5, 2 Ti Grade 5, 2 TiBraze Al-700 (Al – 21,5Ni – 9Cu – 9,6Si) 290 Вакуум / горелка с флюсом 700–720 127,39 G5 81,6 G2 ,
Цитируется в [2] Ti Grade 5 Ti Grade 5 Al – 1.2Mn – 0.6Si – 0.7Fe – 0.2Cu > 660 89

Работа 9025 и выводы5. Были проанализированы присадочные сплавы на основе алюминия для пайки титана и образование интерметаллических соединений на границе раздела Ti / наполнитель. Правильная конструкция цикла время-температура и контролируемые легирующие добавки в алюминиевый наполнитель являются решающими факторами для образования интерметаллических соединений на границе раздела.Толщина и тип интерметаллических фаз в значительной степени определяют механические свойства паяного соединения. В случае пайки соединений Ti / Al следует тщательно рассмотреть дальнейшее снижение температуры пайки, адекватный температурный цикл и совместимость припоя с обеих сторон Ti / Al.

Было исследовано несколько технологических параметров для ультразвуковой пайки титана присадочными сплавами на основе алюминия, включая акустическую мощность, период USV, время выдержки, толщину присадки и температуру пайки; соответственно, следует выделить следующие моменты: (i) Время выдержки после USV необходимо для процесса диффузии, протекающего на границе раздела между наполнителем и основным металлом титана.(ii) Изменение мощности ультразвука напрямую влияет на удаление оксида на границе раздела наполнитель / основной металл. (iii) Толщина наполнителя должна выбираться в соответствии с параметрами USV и температурно-временным циклом пайки; учитывая ускоренное взаимодействие между жидким наполнителем и основным металлом под действием УЗИ. (iv) Параметры / условия пайки и ультразвука следует рассматривать вместе в процессе пайки с помощью ультразвука, например, мощность / интенсивность ультразвука, метод соединения Ультразвука на заготовку, что обеспечивает отличную доставку USV в зону соединения, время активации USV и другие традиционные параметры пайки.(v) Следует уделять больше внимания изучению воздействия USV на микроструктуру паяного соединения.

Процесс пайки имеет множество факторов, которые следует учитывать для достижения наилучших возможных механических свойств произведенного соединения; качество наполнителя - один из этих факторов. Для производства алюминиевого наполнителя доступны различные процессы; Процесс литья используется как излюбленный способ производства новых присадочных алюминиевых сплавов или известных сплавов лабораторного размера для целей тестирования.Однако свойства и качество отливки влияют на механические свойства и качество окончательного паяного соединения. Влияние дефектов литья и дефектов варьировалось в зависимости от формы припоя и процесса пайки. Присадочный сплав, в первую очередь, должен иметь однородный химический состав, с контролируемыми включениями или без включений, а также без пористости. Использование USV при приготовлении и разработке специальных легкоплавких присадочных сплавов для процесса пайки из их чистых элементов могло бы стать отличным инструментом для улучшения свойств присадочного сплава, ускорения процесса и, таким образом, изучения более совместимых припоев.Из-за ограниченного числа работ по пайке Ti с помощью ультразвука наполнителями на основе алюминия и механических свойств полученных соединений заманчиво исследовать и стремиться к разработке дополнительных составов наполнителей на основе алюминия, которые могут быть более подходящими для ультразвука. -сопровождаемой пайкой Ti и для проведения более глубоких исследований с учетом интеграции между USV и традиционными параметрами пайки.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана Erasmus Mundus через PEACE II Lot 2 Project 2013–2443 / 001-001-EMA2 и FCT с эталонным проектом UID / EEA / 04436/2013, COMPETE 2020, с кодом POCI-01 -0145-ФЕДЕР-006941.

Патент США на способ формирования паяного соединения Патент (Патент № 10 974 348, выданный 13 апреля 2021 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США №62/344686, поданной 2 июня 2016 г. и озаглавленной «Метод образования сустава», которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки в соответствии с 35 U.S.C. § 119 (e).

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ

Раскрытая технология в целом относится к способам формирования соединения и, более конкретно, к новому, неочевидному способу образования перпендикулярного соединения в легких трубах или трубах, и, в частности, к устройствам, методы и принципы проектирования, позволяющие пользователю соединять трубки, трубы или другие материалы.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к устройствам, системам и способам соединения металла. Понятно, что при сварке тонких трубок или труб вместе в перпендикулярном Т-образном соединении монтажники обычно создают соединение, известное как «перемычка» или «седло». Эти соединения разрезаются на конце трубки или трубы таким образом, чтобы пересекающееся соединение соответствовало профилю другой части трубки или трубы и позволяло получить чистое сварное соединение.

Однако одной из проблем, особенно при сварке труб малого калибра или насосно-компрессорных труб, является проблема прожига материала, также известного как «выдувание отверстия» из-за характера традиционной посадки.При традиционном вырезе колец или седло на конце трубки остается острая кромка, где она соединяется с перпендикулярной частью. Когда в процессе сварки зажигается дуга, нагрев острого края трубы происходит быстрее, чем стенки перпендикулярной части. Это ускорение может быстро привести к расплавлению острого края с образованием отверстия и требует исключительно квалифицированного сварщика, чтобы предотвратить выдувание отверстия.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в улучшенных сварочных устройствах, системах и способах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В данном документе обсуждаются различные устройства, системы и методы, относящиеся к сокращению отказов «продувки дырки» путем формирования опоры или перемычки таким образом, чтобы снизить уровень квалификации, требуемый от сварщика путем удаления сварочного шва. острая кромка, на которой нагрев ускоряется и в дальнейшем создает опорный материал для процесса соединения, а также обеспечивает плотное прилегание к соседней детали. В различных реализациях могут использоваться трубки или трубы различных форм и размеров, например круглые, квадратные, прямоугольные, овальные и другие формы, хорошо известные в данной области техники.

В некоторых аспектах, формируя конечное состояние, соединительная система создает более толстую поверхность, которая служит опорой для традиционной дуговой сварки материалов с более легким калибром, чтобы предотвратить «выдувание отверстия»

В определенных аспектах, создавая конечное состояние система соединений и полученные соединения могут соответствовать или превосходить требования правила 3T, требуемого для пайки при соединении материалов с малой толщиной.

Один пример включает соединение, включающее в себя: первую трубу, имеющую конечное состояние, включая фланец опорной секции; по существу плоский наполнитель; и вторую удлиненную трубку, в которой наполнитель расположен между фланцем опорной секции и второй удлиненной трубкой.

Этот пример может включать одну или несколько из следующих функций. Соединение, в котором соединение удовлетворяет правилу 3T. Соединение, в котором конечным условием является состояние седла или совмещенного конца. Соединение, в котором фланец опорной секции расположен напротив плоской части второй удлиненной трубы. Место соединения фланца опорной секции круглое. Соединение фланца опорной секции квадратное. Соединение, в котором по существу плоский наполнитель выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу.Шов, в котором материал наполнителя, по существу, плоский, представляет собой плоский лист. Шов, в котором материал наполнителя, по существу, плоский, имеет форму диска. Система соединения, при которой сформированное соединение удовлетворяет правилу 3T. Система соединения, в которой наполнитель выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу. Система соединения, в которой наполнитель представляет собой плоский лист. Система соединения, в которой наполнитель имеет по существу дискообразную форму.Способ, при котором состояние седловидного или скошенного конца формируется на конце первой секции трубки, а вторая секция трубки имеет круглое поперечное сечение на пересечении. Способ, при котором состояние конца секции фланца с плоской кромкой формируется в первой секции трубы, а вторая секция трубы имеет секцию стенки на пересечении. Способ, при котором соединение конструируется и размещается так, чтобы иметь контакт с поверхностью, по крайней мере, в три раза больше, чем у самой тонкой части первой или второй удлиненной трубки.Метод, при котором соединение удовлетворяет правилу 3T. Метод, при котором присадочный материал выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу.

Другой пример включает систему соединения, включающую в себя: первую удлиненную трубку, имеющую концевое состояние, включающее опорную секцию; наполнитель; и вторую удлиненную трубку, в которой опорная секция сконструирована и скомпонована для создания соединения путем приваривания ко второй удлиненной трубке путем размещения присадочного материала рядом с опорной секцией и второй удлиненной трубкой и нагревания присадочного материала.

Реализации этого примера могут включать в себя одну или несколько из следующих функций. Система соединения, при которой сформированное соединение удовлетворяет правилу 3T. Система соединения, в которой наполнитель выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу. Система соединения, в которой наполнитель представляет собой плоский лист. Система соединения, в которой наполнитель имеет по существу дискообразную форму. Способ, при котором состояние седловидного или скошенного конца формируется на конце первой секции трубки, а вторая секция трубки имеет круглое поперечное сечение на пересечении.Способ, при котором состояние конца секции фланца с плоской кромкой формируется в первой секции трубы, а вторая секция трубы имеет секцию стенки на пересечении. Способ, при котором соединение конструируется и размещается так, чтобы иметь контакт с поверхностью, по крайней мере, в три раза больше, чем у самой тонкой части первой или второй удлиненной трубки. Метод, при котором соединение удовлетворяет правилу 3T. Метод, при котором присадочный материал выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу.

Другой пример включает способ формирования сварного соединения, включающий следующие этапы: загибание материала внутрь на концевой части первой трубы для создания опорной секции; размещение наполнителя на пересечении между опорной поверхностью первой трубки и секцией боковой стенки второй трубки; и удерживают первую и вторую секции трубки вместе с наполнителем, в то время как тепло прикладывается к месту пересечения при температуре и в течение времени, достаточных для расплавления наполнителя и образования соединения.

Реализации этого примера могут включать в себя одну или несколько из следующих функций. Способ, при котором состояние седловидного или скошенного конца формируется на конце первой секции трубки, а вторая секция трубки имеет круглое поперечное сечение на пересечении. Способ, при котором состояние конца секции фланца с плоской кромкой формируется в первой секции трубы, а вторая секция трубы имеет секцию стенки на пересечении. Способ, при котором соединение конструируется и размещается так, чтобы иметь контакт с поверхностью, по крайней мере, в три раза больше, чем у самой тонкой части первой или второй удлиненной трубки.Метод, при котором соединение удовлетворяет правилу 3T. Метод, при котором присадочный материал выбирается из группы, включающей кремний-бронзу, алюминий-кремний, медь, латунь и бронзу.

Хотя раскрыто несколько вариантов осуществления, другие варианты осуществления раскрытия станут очевидными для специалистов в данной области техники из следующего подробного описания, которое показывает и описывает иллюстративные варианты осуществления раскрытых устройств, систем и способов. Как будет понятно, раскрытые устройство, системы и способы допускают модификации в различных очевидных аспектах, все без отступления от сущности и объема раскрытия.Соответственно, чертежи и подробное описание следует рассматривать как иллюстративные по своей природе, а не как ограничивающие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид сбоку отрезка трубы или трубы, в котором на одном конце трубы сформировано состояние скошенного конца соединительной системы, в соответствии с одним из вариантов реализации.

РИС. 2 - вид в перспективе варианта осуществления, показанного на фиг. 1.

РИС. 3 - вид с торца состояния скошенного конца варианта осуществления по фиг.1.

РИС. 4 - вид сбоку отрезка трубки по фиг. 1, приваренный к перпендикулярному отрезку трубы или материала трубы.

РИС. 5 - вид в перспективе, соответствующий фиг. 4.

РИС. 6 - вид в перспективе куска присадочного материала, используемого при формировании сварного соединения с выступом системы соединения, показанной на фиг. 4 и 5.

РИС. 7 представляет собой вид сбоку части трубы или трубы альтернативного варианта осуществления системы соединения, в которой состояние прямого конца сформировано на конце трубы или трубы согласно одному варианту реализации.

РИС. 8 - вид в перспективе трубки или трубы, показанной на фиг. 7.

РИС. 9 - вид с торца трубки или трубы, показанной на фиг. 7.

РИС. 10 - вид в перспективе куска присадочного материала, используемого при формировании сварного соединения системы соединения, согласно одному варианту реализации.

РИС. 11 - вид сбоку Т-образного соединения, образованного между отрезком трубы или трубкой, показанной на фиг. 7 и перпендикулярный кусок сплющенной трубы или материала трубы.

РИС. 12 - вид в перспективе, соответствующий фиг.11, согласно одной реализации.

РИС. 13 - частично прозрачный подробный вид, соответствующий фиг. 12, на котором показано сварное соединение согласно одному варианту реализации.

РИС. 14 - увеличенный вид в поперечном разрезе сварного соединения, образованного между трубой или трубой с прямым концом, показанными на фиг. 7-9 и перпендикулярный кусок трубки или трубы в соответствии с одним вариантом реализации.

РИС. 15 - вид в перспективе трубы или трубы, имеющей отверстие в корпусе, согласно одному варианту реализации.

РИС. 16 - дополнительный вид в перспективе трубы или трубы, имеющей отверстие, установленное в корпусе, согласно одному варианту реализации.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Различные варианты осуществления, раскрытые или предполагаемые в данном документе, относятся к устройствам, системам и способам для формирования соединения, которые в совокупности именуются в данном документе «системой соединения». В различных реализациях соединительной системы состояние, отверстие или «состояние» формируется в отрезке трубы или трубы, что значительно увеличивает площадь поверхности, которая должна быть присоединена ко второму участку трубы или трубы.Увеличенная площадь поверхности упрощает процесс сварки и обеспечивает более прочное соединение.

Если обратиться к чертежам более подробно, то на фиг. 1-3 изображают реализации системы 1 , имеющей трубу 10 , такую ​​как труба или другой известный удлиненный металлический участок, известный в области сварки. В этих реализациях труба 10 имеет круглое поперечное сечение и заканчивается первой 10 A и второй 10 B. Как обсуждается ниже, возможно множество альтернативных реализаций.Следует принять во внимание, что раскрытые реализации системы соединения особенно подходят для соединения легких труб или труб 10, , и эти реализации позволяют даже относительно неквалифицированному сварщику быстро создавать прочные и надежные соединения без ошибок.

В реализациях по фиг. 1-3, на одном конце сформировано седловидное или загнутое положение 12 . 10 Секция трубы 10 . Понятно, что в различных реализациях это состояние 12, может быть сформировано на одном или обоих концах 10 A, 10 B.В различных реализациях состояние 12, может быть сформировано квалифицированным специалистом путем «загибания» частей трубки (показанных, как правило, под номером 14 ) внутрь, чтобы сформировать фланец или опорную секцию 14 . Понятно, что эта опорная секция 14 обеспечивает большую площадь поверхности для соединения трубки 10 с другой металлической частью, такой как закругленная трубка, с образованием соединения, как показано на фиг. 4-5. В одном неограничивающем примере, если длина трубки 10 18 калибра, 1.66 дюймов OD, площадь поверхности соединения увеличена в пять раз, с 0,228 кв. Дюйма до 1,156 кв. Дюйма. Понятно, что возможно множество дополнительных вариантов калибровки и вариантов реализации.

Соответственно, понятно, что в этих реализациях материал опорной секции 14 (например, на конце 10 A трубки 10 или трубы, или в пределах длины трубы, как описано ниже) является загибают внутрь, образуя секцию фланца 14 , имеющую большую площадь поверхности.Складывание материала опорной секции 14 вместо ее удаления также устраняет острую кромку, что снижает риск выдувания отверстия во время процесса сварки. Вместо этого в этих реализациях создается закругленная поверхность в месте сгиба. Кроме того, сложенный материал опорной секции , 14, создает опору для процесса соединения согласно этим реализациям.

Кроме того, сложенный материал опорной секции 14 в соответствии с реализациями на фиг.1-3 и ниже представлена ​​дополнительная масса в месте соединения (показана, например, на фиг. 4 под номером 20 ), которая обеспечивает поддержку сварочной ванны, создаваемой на сварном шве, что будет оценено специалистом. в искусстве.

Соответственно, как показано в реализациях на фиг. 4-5, при использовании можно образовать перпендикулярное соединение со вторым участком трубы или трубы 16 (фиг. 4 и 5). В этих реализациях, как лучше всего показано на фиг. 6, по существу плоский наполнитель 18, вырезают и придают ему форму диска или «листа» другой формы 18 , чтобы в целом соответствовать состоянию конца 12 с выступом.

При использовании затем к стыку прикладывают тепло с температурой и продолжительностью, достаточными для расплавления присадочного материала 18 , который используется для пайки с образованием паяного соединения 20 . В одной реализации наполнитель 18, представляет собой кремниевую бронзу. Понятно, что для наполнителя 18, можно использовать многие другие материалы, некоторые неограничивающие примеры включают алюминий-кремний, медь, латунь, бронзу и тому подобное. Специалист в данной области техники оценит дополнительные примеры.

Здесь «пайка» - это процесс соединения двух или более металлов вместе с совместимым присадочным металлом путем плавления и заливки присадочного металла в соединение. 20 . В этих применениях присадочный материал 18, имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы, и поэтому действует для связывания с соединенными трубами 10 , 16 . Понятно, что этот метод пайки отличается от традиционной дуговой сварки, поскольку он не плавит детали для образования соединения 20 .Кроме того, понятно, что в этих реализациях конечное состояние , 12, и опорная секция (показанная, например, на фиг.1-3 под номером 14 ) обеспечивают теплоотвод во время процесса сварки. Радиатор этих реализаций «тянет» или иным образом проводит тепло к острой кромке материала (показанной на фиг. 3 под номером 14 A), которая теперь находится вне предполагаемой «зоны сварки», как было бы понятно.

Так как металл присадочного материала 18 имеет более низкую температуру плавления, чем сплавленные основные металлы (здесь, как было бы показано на первой 10 и второй 16 трубках), присадочный материал 18 обычно имеет меньшую прочность, чем основные металлы (трубы 10 , 16 ), поэтому соединение получается более слабым, чем при традиционной дуговой сварке.Понятно, что для преодоления этой слабости Американское сварочное общество создало правило, называемое правилом AWS 3T. Правило 3T гласит, что паяные сварные швы должны иметь как минимум в три раза больший контакт с поверхностью, чем самый тонкий соединяемый материал. При этом прочность присадочного металла 18 , вероятно, превысит прочность самого тонкого основного металла, который соединяется, и произойдет разрушение основного металла 10 , 16 . В результате применения правила 3T во многих областях применения не подходит для пайки из-за невозможности иметь трехкратный контакт с поверхностью.

Однако, как показано в реализациях на фиг. 4-5, наполнитель 18, в этих вариантах реализации вставлен в стык между гибкой трубой 10 и второй частью трубки 16 .

В реализациях по фиг. 7-9 система соединения 1 труба 10 имеет «прямой» конец 12 . В этих реализациях конец 12 трубки 10 сплющен, например, путем обжатия.Понятно, что возможны многие другие способы сплющивания или формования, так что конец 12, расположен и / или сконструирован как «плоский».

В реализациях по фиг. 7-9, конечный материал (обычно обозначенный цифрой 14 ) загибается внутрь, образуя расширенную внутрь фланцевую секцию 14 . Вместо того, чтобы иметь седловидную или выступающую форму трубки 10 , эта секция фланца 14, представляет собой плоскую кромку, подходящую для соединения с трубой или трубой, имеющей плоскую боковую поверхность в месте соединения.

Опять же, часть присадочного материала 16 (фиг. 10) используется для образования перпендикулярного паяного соединения между трубкой 10 и второй частью трубки 18 (фиг. 11-14). Наполнитель 16 расположен между секцией фланца 14 и второй трубной частью 18 в месте соединения. Пока части трубопровода 10 и 18 удерживаются вместе, нагревается до температуры и в течение времени, достаточных для образования паяного соединения.Фланцевая секция 14, значительно увеличивает поверхностный контакт между двумя секциями трубопровода, тем самым обеспечивая преимущества системы соединения.

В реализациях системы 1 по фиг. 15-16, отверстие 15 может быть выполнено в теле трубки 10 , так что просвет 17 создается вместе с ним. В этих реализациях отверстие 15, может быть сконструировано и размещено так, что опорная секция 14 формируется вокруг просвета и по внешнему периметру отверстия 15 , как будет понятно специалисту в данной области. .В этих реализациях трубка 10 может быть соединена со второй трубкой (не показана) через присадочный материал 18 с использованием методов пайки, чтобы удовлетворить правилу 3T, как описано выше.

Еще одно преимущество системы соединения состоит в том, что она особенно подходит для роботизированной сварки. Роботы-сварщики не способны распознать перегрев, создаваемый традиционным методом справки, а также не могут отреагировать и изменить положение так, как это может сделать квалифицированный человек. Сложенная кромка системы соединения значительно снижает необходимость распознавания перегрева и реагирования на него, тем самым повышая пригодность и надежность роботизированной сварки.

Понятно, что различные реализации устраняют проблему несоответствия правилу 3T путем обработки трубопровода 10 таким образом, чтобы обеспечить поверхность на опорной секции 14 , которая может более чем вмещать параметры правила 3Т. Типичные перемычки, заглушки или сквозные отверстия для труб обеспечивают острую кромку или поперечное сечение материала в точке соединения и не позволяют соблюдать правило 3T, поскольку край или конец материала дает поперечное сечение, равное толщина материала.

В различных вариантах реализации, обсуждаемых здесь, материал на конце трубки или трубы 10 загибается внутрь, чтобы создать опорную секцию 14 и, следовательно, поверхность, более чем в три раза превышающую толщину материала 10 . Кроме того, следует понимать, что эти варианты осуществления создают условия для капиллярного действия, которое дополнительно втягивает припой в соединение или соединение 20, . Чтобы дополнительно улучшить сварное соединение 20 , загнутый край опорной секции 14, создает теплоотвод, который заставляет тепло, прикладываемое в процессе пайки, течь к острой внутренней кромке материала.Этот радиатор обеспечивает надлежащее плавление припоя и усиливает капиллярное действие, вытягивая текучий материал до самой горячей точки. Это действие создает повторяемый процесс пайки, который соответствует правилу AWS 3T и превышает его. Также понятно, что баланс тепла между двумя соединяемыми деталями лучше уравновешивается, и риск прожигания значительно снижается.

К преимуществам системы соединения можно отнести то, что она снижает стоимость создания сварных соединений, снижает навыки, необходимые для формирования сварных соединений, увеличивает прочность сварных соединений и повышает надежность формирования сварных соединений. без ошибок.

Хотя раскрытие было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что изменения могут быть сделаны в форме и деталях без отступления от сущности и объема раскрытых устройств, систем и способов.

Структура и характеристики труб из короткого стекловолокна / полиэтилена высокой плотности / полипропилена, экструдированных с использованием комбинированного поля напряжений при сдвиге и вытяжке

Материалы 2019,12, 1323 11 из 12

18.

Tang, K .; Xin, C .; Zhang, C .; Ян, Б .; Ren, F .; Хе, Ю. Влияние PP-g-MAH на свойства непрерывных волокон

армированных полипропиленовых композитов. Китай. Пласт. Ind. 2015,43, 83–86.

19.

Nayak, S.K .; Mohanty, S .; Самал, С.

Влияние межфазной адгезии на структурное и механическое поведение гибридных композитов ПП-банан / стекло. Polym. Compos. 2010, 31, 1247–1257. [CrossRef]

20.

Yuan, Y .; Хуанг, М. Эффекты вращения шнека на стекловолокне в матрице и свойства композитов PP / GF.

Чайна Пласт. 2017,31, 36–41.

21.

Li, M .; Chen, Y .; Chen, R .; Хуанг, А. Разработка и применение высокоэффективных армированных волокном полипропиленовых композитов

. Чайна Пласт. Инд. 2014 г., 42, 113–117.

22.

Karger-Kocsis, J .; Czig

á

ny, T. Межфазное влияние на динамические механические свойства уточного трикотажного стекла

полипропиленовые композиты, армированные волокнистой тканью, произведенные из смешанных нитей.Прочность на растяжение и изгиб

. Прил. Compos. Матер. 1997,4, 209–218. [CrossRef]

23.

Bai, C .; Zou, L. Краткий анализ полиэтиленовой трубы на гидростатическую прочность. Railw. Energy Sav.

Окружающая среда. Защищать. Ок. Saf. Здоровье 2007 г., 34, 14–18.

24.

Алтан, М .; Демирчи, М. Влияние параметров процесса на толщину сдвигового слоя в формованном под давлением короткостеклянном полипропилене

, армированном волокном. Int. Polym. Proc. 2018,33, 714–720.[CrossRef]

25.

Fu, S .; Mai, Y .; Lauke, B .; Yue, C. Синергетическое влияние на вязкость разрушения гибридных композитов из короткого стекловолокна и полипропилена, армированного коротким углеродным волокном

. Матер. Sci. Англ. 2002, 323, 326–335. [CrossRef]

26.

Asano, T .; Имаидзуми, К .; Tohyama, N .; Йошида, С. Исследование кристаллизации из расплава полипропилена

методом температурного наклона. J. Macromol. Sci. В 2004,43, 639–654. [CrossRef]

27.

Ausias, G .; Agassant, J.F .; Винсент, М. Расчет потока и ориентации волокон в экструдированных трубах из армированного термопласта

. Int. Polym. Proc. 1994,9, 51–59. [CrossRef]

28.

Kruijer, M.P .; Warnet, L.L .; Аккерман Р. Анализ механических свойств армированной трубы из термопласта

(РТП). Compos. Часть А Прил. Sci. Manuf. 2005 г., 36, 291–300. [CrossRef]

29.

A

s

,

чилийский, I.; Илиеску, М .; Ciont, N .; Джурка, И. Неблагоприятное влияние уличного движения на водораспределение

трубопроводов. Water 2018,10, 1086. [CrossRef]

30.

Othman, A .; Abdullah, S .; Ari ffi n, A.K .; Мохамед, Н.А.Н. Исследование квазистатического осевого раздавливания

трубок квадратного сечения из пултрузионного композита, наполненного полимерным пенопластом. Матер. Des.

2014

, 63, 446–459.

[CrossRef]

31.

Zhang, P .; Gui, L .; Вентилятор, З.; Yu, Q .; Ли, З. Конечно-элементное моделирование квазистатического осевого дробления плетеных композитных труб

. Комп. Матер. Sci. 2013,73, 146–153. [CrossRef]

32.

McGregor, C .; Vaziri, R .; Poursartip, A .; Сяо, X. Осевое дробление композитных труб с трехосной оплеткой при

квазистатических и динамических скоростях. Compos. Struct. 2016, 157, 197–206. [CrossRef]

33.

Siromani, D .; Awerbuch, J .; Тан Т. Моделирование с помощью метода конечных элементов поведения при раздавливании тонкостенных труб из углепластика

при осевом сжатии.Compos. Часть B англ. 2014,64, 50–58. [CrossRef]

34.

Tarakçio glu, N .; Gemi, L .; Япичи, А. Поведение стекла / эпоксидной смолы при усталостном разрушении

±

55 труб с филаментной намоткой под внутренним давлением

. Compos. Sci. Technol. 2005,65, 703–708. [CrossRef]

35.

Lang, R.W .; Стерн, А .; Доернер, Г. Применимость и ограничения текущих моделей прогнозирования срока службы для труб из термопластов

под внутренним давлением. Макромол.Матер. Англ. 1997, 247, 131–145.

36.

Hutaˇr, P .; Ševˇc

k, M .; N

á

hl

í

k, L .; Пинтер, G .; Франк, А .; Митев, И. Численная методика оценки ресурса

напорных труб из ПНД. Англ. Фракт. Мех. 2011,78, 3049–3058. [CrossRef]

37.

Li, H .; Gao, B .; Dong, J .; Фу Ю. Влияние сварки на рост трещин и оценка срока службы полиэтиленовых труб.

Полим.Тестовое задание. 2016,52, 24–32. [CrossRef]

38.

Silva, R.D .; Hilditch, T .; Бирн, Н. Оценка целостности полиэтиленовых труб в эксплуатации. Polym. Тестовое задание.

2018,67, 228–233. [CrossRef]

39.

Kratochvilla, T.R .; Франк, А .; Пинтер, Г. Определение поведения медленного роста трещин в напорных трубах из полиэтилена

с помощью испытания на растрескивание круглого стержня. Polym. Тестовое задание. 2014,40, 299–303. [CrossRef]

40.

Poduška, J .; Hutaˇr, P .; Куцера, Дж.; Франк, А .; Сад

лек, Дж .; Пинтер, G .; N

á

hl

í

k, L. Остаточные напряжения в полиэтиленовых трубах

. Polym. Тестовое задание. 2016,54, 288–295. [CrossRef]

41.

Barker, M.B .; Bowman, J .; Бевис, М. Характеристики и причины разрушения полиэтиленовых труб, подверженных

постоянным и колеблющимся нагрузкам внутреннего давления. J. Mater. Sci. 1983,18, 1095–1118. [CrossRef]

42.

Zhao, Y.; Choi, B.-H .; Чудновский А.А. Определение характеристик усталостных трещин трубного полиэтилена марки

на образцах с круглыми надрезами. Int. J. Усталость. 2013,51, 26–35. [CrossRef]

Полипропилен, полученный литьем под давлением (IMPP) | Индукционный нагрев трубопровода

По мере освоения более глубоких морских месторождений параметры эксплуатации трубопровода становятся все более сложными. Более глубокие воды стали свидетелями использования современных материалов для покрытия труб. Многослойные полипропиленовые системы широко используются для обеспечения надлежащей теплоизоляции для поддержания характеристик потока в трубопроводах и выкидных линиях.

После сварки линейных труб на область сварного шва также наносится теплоизоляция, характеристики которой аналогичны характеристикам покрытия, нанесенного на трубопроводные трубы на заводе. Теплоизоляция из литого под давлением полипропилена (IMPP) широко используется, сочетая низкий общий коэффициент теплопередачи (OHTC) с возможностью работать при высоких рабочих температурах (140 ° C).

Оборудование и процессы IMPP компании PIH спроектированы и изготовлены с учетом параметров и требований проекта:

  1. Толщина (значения U) и ширина полосы (объем материала)
  2. Конфигурация огневой линии или рабочей станции и занимаемая площадь
  3. Целевое время цикла установки

В PIH работает группа инженеров и техников, занимающихся поставкой ряда решений IMPP для сварных соединений и нестандартных фитингов (отводов, катушек, труб).

Компания PIH накопила обширный опыт в установке системы IMPP в составе морских барж-трубоукладчиков для конфигураций S-Lay и J-Lay, а также в местах расположения катушек на суше.

Оборудование и процессы IMPP компании PIH также используются на производственных площадках для нанесения IMPP на катушки. Опыт проекта также включает применение IMPP на
отводах и фитингах.

Основные характеристики IMPP

  • Системы полевых соединений IMPP совместимы с тонкопленочными и многослойными полипропиленовыми покрытиями для трубопроводов, наносимыми на заводе-изготовителе.
    • Стандартное тонкопленочное 3-х слойное полипропиленовое покрытие
    • Многослойные полипропиленовые системы
  • Несжимаемые полипропиленовые материалы, подходящие для более глубоких водоемов
  • Теплоизоляционные характеристики, сопоставимые с заводским изоляционным покрытием
  • Подходит для рабочих температур до 140 ° C
  • Подходит для полевых стыков, включая J-образные хомуты

Применение IMPP
Компания PIH разработала оборудование и процессы для эффективного применения системы IMPP.

Система IMPP

  1. Подготовка поверхности и заводское покрытие
  2. Грунтовочный слой: слой порошка и сополимера Fusion Bonded Epoxy (FBE)
  3. Заводское покрытие с предварительным нагревом (фаска и зона перекрытия)
  4. IMPP различной толщины (значение U)
  5. Закалочная

IMPP Оборудование и процессы
После нанесения FBE и слоя сополимера заводское покрытие готовится и нагревается с использованием запатентованной системы нагрева PIH.

Полипропиленовый материал наносится методом впрыска в специальную форму, специально изготовленную по параметрам площади сварного шва: диаметру, ширине полосы и толщине материала.

Формы имеют встроенное охлаждение для оптимизации отверждения и обеспечения адекватной «нагрузки на валки».

Команда IMPP

PIH на ранних этапах обсуждения проекта с клиентом помогает понять результаты проекта и разработать оптимальное оборудование и процессы для проекта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *