Способ соединения труб с трубной решеткой

Способ соединения труб с трубной решеткой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистичесанх

Республик

<н770617

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (&3} Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 22 ° 11- 78 (21) 2687370/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 15. 10. 80. (51)М. Кл.

B 21 D 39/06

Государстаеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621 774 . 72 (088; 8) (72) Авторы изобретения

В. И. Черненко, A. Б. Дмитриев и И. Л. Кузнецов

Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ С ТРУБНОЙ РЕШЕТКОЙ

Изобретение относится к области изготовления теплообменных аппаратов и парогенераторов, и может быть использовано в энергетическом и химическом машиностроении.

Известен способ крепления труб в трубных решетках с помощью вальцовочного соединения (1J .

Известный способ осуществляют сле-10 дующим образом.

Конец трубы вставляют в отверстие трубной решетки, при этом между наружной поверхностью конца трубы и поверхностью отверстия трубной решетки воз-15 никает технологический зазор. Трубу фиксируют в отверстии. К отверстию трубы подводят вальцовку, содержащую коническое веретено и ролики. При вращении вальцовки осевое перемещение 2О конического веретена передается роликам, которые вращаясь создают радиальное давление на стенки трубы. Под действием радиальных усилий в трубе возникают сначала упругие деформации, а 25 затем при напряжениях, превышающих предел текучести, — пластические. Труба раздается до соприкосновения со стенками отверстия. Под действием радиально направленных сил металл 30 трубы в слоях, близких к поверхности отверстия трубной решетки, течет в аксиальном направлении. При этом происходит некоторое утонение стенки трубы. При дальнейшем воздействии радиальных усилий в материале трубной решетки также возникают упругие и пластические деформации. Таким образом, между трубой и трубной решеткой возникает напряженное состояние за счет контактного давления между сопряженными поверхностями. Изменяя направление вращения веретена, извлекают вальцовку из отверстия трубы. При этом происходит упругая разгрузка элементов соединения. Прочность и герметичность полученного вальцовочного соединения зависят от величины и характера распределения остаточных радиальных напряжений. Величина остаточных радиальных напряжений равна величине контактного давления. В процессе эксплуатации соединения величина контактного давления изменяется, так как в результате релаксации происходит уменьшение остаточных радиальных напряжений. Уменьшение контактного давлеиня влечет за собой уменьшение прочности и герметичности соЕдинения. 70 17 нах с благоприятной ориентировкой плоскостей скольжения ("слабые" зерна) меньше, чем в зернах с неблагоприятной ориентировкой плоскостей скольжения ("сильные" зерна), то при разгрузке элементов соединения от деформирующего усилия в процессе изготовления соединения упругое изменение размеров "сильных" зерен должно быть больше, чем упругое изменение размеров "слабых" зерен. Однако вследствие взаимосвязи обоих видов зерен деформация их при разгрузке одинакова, и

"слабые" зерна после уменьшения действующих в них напряжений до нуля нагружаются затем напряжениями обратного знака. Таким образом, при разгрузке часть зерен сохранит некоторую долю напряжений, а другая часть зерен получит напряжения обратного знака

5Î

Таким образом, недостатком извес ного способа крепления труб в трубной решетке является то, что полученное соединение в процессе эксплуатации из-за релаксации напряжений не сохраняет первоначальной прочности и герметичности и оказывается не пригодным к эксплуатации.

Целью изобретения является создание способа крепления труб в трубной решетке, обеспечивающего увеличение надежности соединения.

Цель достигается с помощью того, что в способе крепления труб в трубной решетке, включающем фиксацию трубы в отверстии решетки, деформацию эакрепляемого участка трубы до исключения радиального зазора между трубой и решеткой, последующую совместную деформацию закрепляемого участка трубы и трубной решетки и упругую разгрузку элементов соединения, перед 20 фиксацией трубы в отверстии трубной решетки производят поверхностно-пластическую деформацию наружной. поверхности закрепляемого участка трубы и поверхности отверстия трубно решет- 5 ки, а после упругой разгрузки элементов соединения соединение подвергают тепловому воздействию при температуре, равной (О, 25-0, 4)Тп, где Т„„, — абсолютная температура плавления материала элементов соединения.

В процессе получения соединения при изменении формы и размеров элементов соединения происходит относительное смещение зерен металла внутри поликристаллического тела. Плоскости скольжения отдельных зерен произвольно ориентированы в пространстве. Разная ориентация их приводит к тому, что при нагружении пластическая деформация возникает в первую очередь 4О в зернах с наиболее благоприятной ориентировкой плоскостей скольжения.

Остальные зерна при этом деформируются упруго и могут получать лишь относительное смещение. Так как величина упругой составляющей деформации в зерпо сравнению с напряжениями, существующими при нагружении, т. е. разная ориентировка плоскостей скольжения в зернах вызывает неравномерное распределение деформаций в металле и приводит к возникновению остаточных межкристаллитных напряжений. Поверхностно-пластическая деформация наружной поверхности закрепляемого участка трубы и поверхности отверстия способствует разориентировке плоскостей скольжения в среднестатически соседствующих зернах. Последующее тепловое воздействие способствует увеличению амплитуды тепловых колебаний атомов и возвращению атомов в полбжение равновесия. В связи с этим возникающие в процессе изготовления соединения упругие деформации зерен выравниваются с одновременным снятием искажений кристаллической решетки. Пластичность зерен возрастает и происходит явление возврата, т.е. под воздействием межкристаллитных напряжений происходит меж-. зеренное и внутризеренное проникновение металла элементов соединения.

Увеличивается удельная площадь контакта элементов соединения, что способствует повышению надежности соединения.

Установлено, что для чистых металлов 0,4 Т„„ =Т „, где p9kp абсолютная температура рекристаллизации,Т„ — абсолютная температура плавления. Harрев деформируемого металла сверх температуры возврата ведет к возникновению рекристаллизации, т.е. к появлению зародышей и возникновению и росту новых зерен взамен деформированных. Увеличиваясь в размерах с течением времени, новые зерна могут полностью поглотить атомы деформированных зерен. Но для получения явления возврата и микроползучести необходимо, чтобы произошла упругая разгрузка существовавших ранее и подвергнутых кристаллическому искажению зерен.

Таким образом, температура теплового воздействия должна быть выбрана в пределах (0,25-0,4)Тщ, т.е. ниже порога рекристаллизации.

Настоящий способ соединения труб с трубной решеткой осуществляют следующим образом.

Закрепляемый участок трубы подвергают поверхностно-пластической деформации путем обкатывания двумя диаметрально расположенными роликами с усилием 200-300 кгс. Одновременно поверхность отверстия трубной решетки подвергают поверхностно-пластической деформации, воздействуя на нее шариками с радиальным усилием 200-300 кгс.

В результате в металле наружной поверхности закрепляемого участка трубы и поверхности отверстия трубной решетки происходит разориентировка плоскостей скольжения в соседствующих. зернах. Затем закрепляемый участок

770»17

Формула изобретения

Составитель И. Капитонов

Редактор И. Шубина Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Шомак

Заказ 733 /9 Тираж 986 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, б т(>) . ы з а водят В оТ Beрсти е . К отв ерс тин> трубы подводят самозатягивающуюся вальцовку. При вращении вальцовки осевое перемещение конического веретена передается роликам, которые, вращаясь, создают радиальное давление на стенки трубы. Под действием радиальных усилий в трубе возникают упругопластические деформации. Труба раздается до соприкосновения со стенками отверстия. Между поверхностями отверстия и трубы за счет сжимающих радиальных 1О напряжений возникает напряженное состояние. Происходит относительное смещение зерен металла. Изменяя направление вращения веретена, извлекают вальцовку из отверстия трубы. При этом происходит упругая разгрузка элементов соединения. Так как плоскости скольжения зерен разориентированы, то распределение деформаций в металле элементов соединения происходит нерав-2О номерно и в металле возникают остаточные межкристаллитные напряжения.

Полученное соединение помещают в нагревательное устройство, где выдерживают при определенной температуре в течение заданного времени. Выбор температуры нагрева определяют по темпе— ратуре плавления материала элементов соединения, а временной интервал задают исходя из требуемых .герметичности и прочности соединения. 30

В процессе теплового воздействия возрастает пластичность зерен, и в результате межзеренного и внутризеренного проникновения металла элементов соединения растет удельная площадь контакта элементов соединения.

При этом чем длительнее тепловое воздействие, тем в большей степени произойдет межзеренное и внутризереннное проникновение металла элементов соединения.

Опытным путем установлено, что при тепловом воздействии в течение 10-15 ч при температуре, равной примерно 0,4Т„ металла элементов соединения прочность соединения возрастает на 35-80%, а герметичность — на 5-0-100%. Этот временной интервал и принят как оптимальный для осуществления данного технологического процеcñà.

В экспериментальных условиях трубы из стали перлитного класса марки 1X2fi размером 16х2,5 мм на участке, равном ширине трубной решетки, подвергли поверхностно-пластической деформации с усилием 300 кгс. Поверхность отверстия диаметром 16,2 мм трубной решетки толщиной 100 мм, выполненной из стали той же марки, подвергли поверхностнопластической деформации шариками с радиальным усилием 300 кгс. Затем конец трубы завели в отверстие трубной решетки и развальцевали. Полученное соединение подвергли тепловому воздействию при %=450 С в течение 10 ч.

Способ соединения труб с трубной решеткой, включающий фиксацию трубы в отверстии решетки, деформацию закрепляемого участка трубы до исключения радиального зазора между трубой и решеткой, последующую совместную деформацию закрепляемого участка трубы и трубной решетки и упругую разгрузку элементов соединения, о т л и ч аю шийся тем,,что, с целью увеличения надежности соединения путем увеличения удельной площади контакта элементов соединения, перед фиксацией трубы в отверстии трубной решетки производят поверхностно-пластическую деформацию наружной поверхности закрепляемого участка трубы и поверхности отверстия трубной решетки, а после упругой разгрузки элементов соединения соединение подвергают тепловому воздействию при температуре, равной (0,25-0,4) щ,где Тп„ вЂ” абсолютная температура плавления материала элементов соединения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дорошенко П. A. "Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов", "Судостроение", Ленинград, 1972, с. 265-284.