Способ сварки взрывом труб

 

Использование: в химической, атомной и нефтегазовой отраслях промышленности. Сущность изобретения: перед сваркой взрывом во внутренней трубе создают дополнительное давление P_вн с помощью, например, предварительно запрессованного в нее стержня. Это позволяет снизить рабочее давление на 15 - 30%. 1 ил.

Изобретение относится к технологии производства качественных биметаллических труб и может найти широкое применение в химической, атомной и нефтегазовой отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сварки взрывом, при котором в наружную трубу соосно устанавливают внутреннюю трубу и создают рабочее давление со стороны наружной трубы.

Недостатком данного способа является завышенное рабочее давление, которое при сварке металлов с ограниченной взаимной растворительностью и склонных к образованию интерметаллидов способствует снижению качества соединений за чет излишней пластической деформации.

Целью изобретения является повышение качества соединения.

Для этого в способе сварки взрывом труб, при котором в наружную трубу соосно устанавливают внутреннюю трубу и создают рабочее давление со стороны наружной трубы, перед сваркой во внутренней трубе создают дополнительное давление, обеспечивающее напряжение величиной σ_вн=(0,2-0,6) σ_т, где σ_т предел текучести материала внутренней трубы, а сварку ведут с давлением Р_св=(0,7-0,85) от рабочего без использования противодавления.

При проведении патентного поиска по данной заявке были обнаружены технические решения, в которых для обеспечения качества соединения в качестве опорных элементов используют воду и опорные оправки. При воздействии рабочего давления сварки на соединяемые трубные заготовки внутри заготовок появляется противодействующее давление, являющееся только реакцией на рабочее давление и использующее образование сварочного напряженно-деформированного состояния металла на свариваемых поверхностях. Однако противодействующее давление отсутствует как до процесса сварки, так и после воздействия сварочного давления, поэтому снижать рабочее давление не представляется возможным и, следовательно, повышения качества соединения не происходит.

В предложенном способе благодаря созданию дополнительного давления, действующего совместно с наружным, образуется благоприятное для условий соединения труб напряженно-деформированное состояние свариваемого металла, что позволяет снизить рабочее давление на 15-30% а это исключает образование дефектов (оплавления, интерметаллиды и т.д.) на границе соединения.

Сущность способа сварки взрывом труб иллюстрируется схемой устройства для осуществления процесса, представленной на чертеже.

Способ сварки взрывом труб осуществляют следующим образом.

Наружную 1 и внутреннюю 2 трубы устанавливают коаксиально с эквидистантным зазором при помощи центрирующей шайбы 3 и центрирующей крышки 4. Снаружи располагают заряд 5 ВВ, который взрывают детонатором 6, установленным на вершине направляющего конуса 7. Дополнительное давление Р_вн создают во внутренней трубе 2, например, с помощью запрессованного в нее стержня 8. Величину дополнительного давления Р_вн с внутренним напряжением σ_вн выбирают исходя из пластических свойств материала внутренней трубы 2 из следующего соотношения: σ_вн=(0,2-0,6) σ_т, где σ_т предел текучести материала внутренней трубы 2.

Создание дополнительного давления с напряжением величиной более 0,6 σ_т технически затруднено и не приводит к снижению величины рабочего сварочного давления. Применение дополнительного давления с напряжением величиной менее 0,2 σ_т не дает желаемого эффекта и не дает возможности снижать рабочее сварочное давление.

В связи с созданием дополнительного давления Р_вн, увеличивающего противодействующее давление во время процесса сварки, рабочее давление Р_св сварки снижают и выбирают в пределах (0,7-0,85) Р_св, где Р_св величина рабочего давления сварки.

Созданное дополнительное давление Р_вн во внутренней трубе 2 совместно с наружным рабочим давлением Р_св в процессе образования соединения образует требуемое для сварки взрывом напряженно-деформированное состояние свариваемого металла, результатом которого является высокоскоростная совместная пластическая деформация в субтонком слое соединяемых материалов поверхностей труб. За счет этого снижают рабочее давление сварки на (15-30%), при этом снижаются скорость деформирования и нагрев метаемой трубы 2. Это неизбежно ведет к исключению процесса образования локальных оплавлений, интерметаллидов и различных дефектов на границе соединения, в результате чего повышается качество взрывосварного трубчатого соединения. Следует отметить, что внутреннее напряжение может быть переменным по длине внутренней трубы, но изменение этого напряжения должно быть в указанных пределах σ_вн=(0,2-0,6) σ_т и изменяться от начала процесса сварки (верхняя кромка труб) с увеличением к концу процесса сварки взрывом.

Пример конкретного выполнения.

Для сварки выбрали титаностальное соединение, металлы которого обладают ограниченной растворимостью и склоны к образованию интерметаллидов. Для этой цели использовали трубные заготовки из титана ОТ4 диаметром ⊘ 104 х 4 мм длиной 300 мм, из стали 12Х118Н10Т диаметром ⊘ 92 х 4 мм длиной 300 мм. Создание дополнительного давления осуществляли путем напрессовки на стальной стержень внутренней трубной заготовки из стали 12Х18Н10Т. Затем производили сборку сварочного комплекта в соответствии со схемой, приведенной на чертеже. Сварочный комплект устанавливали на основание во взрывной камере и снаружи формовали заряд ВВ. Причем толщину слоя заряда ВВ использовали на 20% меньше, т.е. величина рабочего сварочного давления стала на 20% меньше требуемого сварочного давления. После сварки взрывом запрессованный стержень выдавливали на прессе.

Достижение требуемой величины дополнительного давления осуществляли путем подбора диаметра стержня и расчета температуры нагрева внутренней трубной заготовки из стали 12Х18Н10Т. При этом запрессованный в трубу стержень выполнял двоякую роль: во-первых, создавал дополнительное давление; во-вторых, выполнял роль опорного элемента, сдерживающего излишнюю пластическую деформацию при сварке взрывом. В результате использования дополнительного давления исключается образование на границе титаностального соединения оплавлений, интерметаллидов и других дефектов, а это, в свою очередь, повышает качество биметалла.

Формула изобретения

СПОСОБ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ТРУБ, при котором в наружную трубу соосно с ней устанавливают внутреннюю трубу и создают рабочее давление со стороны наружной трубы, а во внутренней трубе противодавление, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения, противодавление создают величиной, соответствующей напряжению, равному (0,2-0,6) σ_т, где σ_т- предел текучести материала внутренней трубы, причем рабочее давление составляет 0,7 0,85 давления без использования противодавления.

РИСУНКИ

Рисунок 1