Способ контактной стыковой сварки труб

Способ контактной стыковой сварки труб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способам контактной стыковой сварки труб и может быть использовано для сварки различных развитых тонкостенных сечений. Цель изобретения - расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения сварки тонкостенных труб и повышение качества сварки. Трубы перед оплавлением экспандируют силовым радиальным внутренним воздействием в плоскости, перпендикулярной оси трубы, на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки. Плоскость силового радиального внутреннего воздействия на трубу располагают на расстоянии от торца трубы, равном L = T+M , где T - величина оплавления конца трубы

M - длина зоны деформации трубы при экспандировании. Установление связи между температурными и силовыми деформациями позволяет в процессе нагрева избежать образования раструбообразности концов труб, мешающей реализации значительных осесимметричных осадных усилий, а следовательно и качественной сварке. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 1) 4 В 23 К 11 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” !1 М..

/!

1 трупри (2) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4245995/23-27 (22) 25.03.87 (46) 15.05.89. Бюл. № 18 (71) Специальное конструкторское бюро

Научно-производственного объединения

«Сварканефтегазстрой» (72) А. Ф. Иткин, И. Я. Немировский, В. П. Солтыс, В. И. Хоменко и О. С. Папков (53) 621.791.762.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 818788, кл. В 23 К 11/04, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1409432, кл. В 23 К 11/04, 1986. (54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБ (57) Изобретение относится к способам контактной стыковой сварки труб и может быть использовано для сварки различных развитых тонкостенных сечений, Цель изобретения — расширение технологических возможИзобретение относится к способам сварки и сборки стыков труб контактными методами и может быть использовано для контактной сварки различных развитых сечений, в частности, тонкостенных.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения сварки тонкостенных труб и повышение качества сварки.

Согласно способу свариваемые трубы центрируют, зажимают, оплавляют их торцы и производят осадку. Перед оплавлением осуществляют экспандирование труб на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки. Экспандирование осуществляют силовым внутренним радиальным воздействием в плоскости, расстояние от которой до торца трубы определяется по формуле

L=t+m, (1) „„SU„„1479233 A 1 ностей способа за счет обеспечения сварки тонкостенных труб и повышение качества сварки. Трубы перед оплавлением экспандируют силовым радиальным внутренним воздействием в плоскости, перпендикулярной оси трубы, на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки. Плоскость силового радиального внутреннего воздействия на трубу располагают на расстоянии от торца трубы, равном Е,=1+пг, где t — величина оплавления конца трубы; ги — длина зоны деформации трубы при экспандировании.

Установление связи между температурными и силовыми деформациями позволяет в tlpoцессе нагрева избежать образования раструбообразности концов труб, мешающей реализации значительных осесимметричных осадных усилий, а следовательно, и качественной сварке. 6 ил. где t — величина оплавления конца бы, см; т — длина зоны деформации трубы экспандировании, см.

Эта величина выбирается из условий упругих деформаций стенки трiбы Wimp npu ее внутреннем радиальном нагружении усилием Ро .

Wgnp =,— ехр(— Я„) созА, Ро где D — цилиндрическая жесткость трубы, определяемая по зависимости бз

12(— v ) (3) где 6 — толщина стенки трубы, см;

Š— модуль упругости материала трубы, кгс/см-;

1479233

3 1 — v

Р282 (4) У2 82 т=л/2 (7) (9) v — коэффициент Пуассона материала трубы;

Х вЂ” характеристика трубы, см, определяемая по формуле

R — средний радиус трубы, см.

Из формулы (2) следует, что направление деформации совпадает с направлением воздействия силами Ро при созХ„,(0, (5) т. е. граничное условие деформации трубы

Х„, =Зт/2 (6) подставляя (4), определяем

На фиг. 1 изображен конец трубы в процессе экспандирования при контактной стыковой сварке, продольное сечение; на фиг. 2 — аппроксимированный к экспоненте график распределения температур вдоль образующей трубы; на фиг. 3 — график изменения деформаций стенки трубы вдоль образующей трубы; на фиг. 4,— стык труб непосредственно перед осадкой, продольное сечение; на фиг. 5 — эпюра деформаций температурного поля, поле экспандирования и суммарная эпюра наложения деформаций; на фиг. 6 — устройство для реализации способа, общий вид.

На фиг. 2 аппроксимированная к экспоненте температура равна

T=Tcsexp (— Кт ), (8) где К вЂ” декремент экспоненты, или коэффициент жесткости режима сварки.

Кривая показывает распределение температур Т в зависимости от расстояния от торца трубы m при начальной температуре процесса сварки труб T.р. При этом технологическая точка сварки Т ° соответствует абсциссе m =m.

Конечный диаметр экспандирования D- ° может быть найден по формуле

Оэксп=.Отр+ 2 Ф где 0.p — средний диаметр трубы, см;

Ф, — величина радиальных температурных деформаций, см:

2аTcsg

Фьк (10)

1 +93(i ) а — коэффициент линейного расширения материала трубы, град

При наложении кривых T=f(m ) (фиг. 2) и R =f(m ) (фиг. 3) варьированием коэффицентра жесткости режима сварки К достигается при наложении деформаций температурного поля и поля экспандирования цилиндричность концов свариваемых труб.

Устройство (фиг. 6) для реализации способа контактной стыковой сварки труб 1 содержит воздействующие башмаки 2, закрепляемые на силовом экспандере 3, приводимом в действие известными устройствами (не показаны), установленном на штанге 4. При этом расстояние воздействующими башмаками 2 при закреплении должно составлять 2L (L рассчитывается по формуле (!).

Эксп андер выпол нен с возможностью осевого смешения зажимающих трубы 1 частей, что дает возможность перемещать трубы 1 в процессе оплавления и осадки.

Стык труб 1 собирается в сварочной машине 5. Трубы центрируются и зажимаются силовыми башмаками 6 сварочной машины 5.

Токоподвод осуществляется через токоподводящие башмаки 7 сварочной машины 5.

Привод оплавления и осадки включен в конструкцию сварочной машины 5.

Способ контактной стыковой сварки осуществляется следующим образом.

Трубы 1 собираются в сварочной машины 5, где центрируются и фиксируются силовыми башмаками 6. Осуществляется фиксация труб 1 токоподводяшими башмаками 7. Экспандером 3 осуществляется экспандирование труб 1 при помощи воздействующих башмаков 2 на величину деформации, равную величине изменения диаметра труб 1 при нагреве до технологической температуры сварки (эта величина определяется из формулы (10). Затем осуществляют оплавление труб 1. При этом осесимметричные усилия оплавления невелики и устойчивость концов труб достаточна для сохранения формы.

В процессе оплавления происходит нагрев торцовых частей труб 1 до технологической температуры сварки. Таким образом, наложение деформаций температурного поля и поля экспандирования обеспечивает цилиндричность концов труб при последующей осадке, где осесимметричные усилия осадки значительно превышают усилия при оплавлении. Цилиндричность концов труб при осадке предохраняет стык от продольной потери устойчивости. После окончательного формирования стыка сваренные трубы освобождаются от башмаков 6 и 7 сварочной машины 5 и извлекаются. Далее процесс повторяется.

Пример. Сваривали оболочки из стали 20 наружным диаметром 114 мм с толщиной стенки 1 мм. Величина оплавления 6 мм, величина осадки 2 мм.

Цилиндрическая жесткость трубы D=

=183,13 кгс см, характеристика трубы Х=

=1,71 см, длина зоны деформации трубы при экспандировании m=0,92 см; величина температурных деформаций WT=0,18 см; конечный диаметр экспандирования 0эксп=

= 11,76 см. Внутреннее воздействие на трубу производилось на удалении от торца, равном

L=t+m=1,52 см.

1479233

Исходные данные: технологическая температура сварки Т-=1400 С; коэффициент линейного расширения материала трубы а=1,5 10 град, предел текучести материала трубы о =3700 кгс/см, коэффициент Пуассона М =0,3, модуль упругости

Е=2 ° 10 кгс/см, декремент экспоненты

К=0,6.

При описанном сочетании геометрических факторов L u Dý-.. обеспечивается форма концы трубы, MBKcHMBJIbHQ близкая к цилиндрической.

Установление связи между температурными и силовыми деформациями позволяет в процессе оплавления избежать образования раструбообразности концов труб, мешающей реализации значительных осесимметричных осадных усилий, а следовательно, и сварке труб, особенно труб с малой толщиной стенки.

Формула изобретения

Способ контактной стыковой сварки труб включающий центрование, зажим, оплавле5 ние торцов, экспандирование торцов силовым радиальным внутренним воздействием на них и осадку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа путем обеспечения сварки тонкостенных труб и повышения качества сварки, экспандирование осуществляют перед оплавлением на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки в плоскости, расположенной на расстоянии L от торца

15 трубы, равном

L=t+m, где t — величина оплавления концов трубы;

m — длина зоны деформации трубы при экспандировании.

1479233

/77

W> ™риса Я

+þñ

Составитель И. Фелицина

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес Корректор М. Васильева

Заказ 2481/!! Тираж 895 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Г1атент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !01