Способ крепления сваркой патрубка на толстостенной обечайке Советский патент 1993 года по МПК B23K33/00 B23K15/00 

Изобретение относится к способу соединения сваркой патрубка на стенке .большой толщины, в частности способу соединения патрубков на обечайке реакторной камеры ядерного реактора на легкой воде.

.Цель изобретения - обеспечение качественной сварки патрубков с обечайкой, выполненной из стали, содержащей 2-2,5 хрома, 0,9-1,1 % молибдена и 0,15% углерода.

На фиг.1 изображена половина обечайки с патрубком в разрезе; на фиг.2 и 3 - разрез А-А на фиг.1 (обечайка до и после сварки патрубка); на фиг.4 - патрубок, соединенный с обечайкой и покрытый внутри нержавеющей сталью, разрез; на фиг.5 установка для электронно-лучевой сварки, вертикальный разрез.

На обечайке 1 закреплены патрубки 2 предложенным способом. Обечайка 1 имеет восемь сквозных отверстий 3, внутренний диаметр которых соответствует внутреннему диаметру патрубков 2. Торцевая часть патрубка 2 (см, фиг.З), предназначенная для сборочного контакта с обечайкой 1, обработана и образует поверхность соединения в форме усеченного конуса 4. Обечайка 1 обработана на части своей толщины на уровне отверстия 3 и образует поверхность соединения в форме усеченного конуса 5, которая полностью соответствует форме поверхности соединения 4 патрубка 2. Поверхность 4 имеет сечение, поперечные размеры которого уменьшаются к торцу патрубка, а по00

о

со

00

о

со

верхность 5 - отверстия 3, расширяющиеся наружу обечайки 1. Половинный угол у вершины поверхностей 4 и 5 равен 45° С. Поверхность 5 расширенной частью выходит к наружной поверхности обечайки 1, следова- тельно, можно легко ввести соединительный торец патрубка 2 в расширенную часть отверстия 3. Обе поверхности 4 и 5 имеют в качестве осей ось патрубка и соответственно ось отверстия 3. Обе оси совпадают, ког- да патрубки устанавливают так, как изображено на фиг. 1 и 3.

Как видно на фиг, 1 и 4, обечайка 1 не содержит припуска для патрубков на уровне сквозного отверстия 3, в котором установ- лен патрубок 2. Обечайка 1 содержит только кольцеобразную канавку 6, на уровне которой заканчивается зона соединения 7 между патрубком 2 и расширенным отверстием обечайки 1.

Как видно на фиг.5, сварка патрубков 2 на обечайке 1 осуществляется в камере 8 больших габаритов, из которой воздух можно удалить с помощью насосной системы, создающей глубокий вакуум порядка 10 мм рт. ст.

В камере 8 расположена электронная пушка 9, подвижная в вертикальном направлении на колоннах 10, которая может быть направлена вниз, образуя с вертикаль- ной линией угол 45°. Обечайка 1 опирается на плиту 11, установленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси на тележке 12, которая может перемещаться внутри камеры 8. Обечайка 1 опирается на плиту 11 через ролики с горизонтальной осью поворотного устройства 13.

Во время электронно-лучевой сварки патрубка 2 на обечайке 1 электронная пушка 9 закрепляется в вертикальном и наклон- ном положениях. Тележка 12 закреплена в камере неподвижно и обечайка 1 закреплена неподвижно в поворотном устройстве 13. Положение обечайки 1 и патрубка 2 таково, что луч электронной пушки 9 направлен точ- но по образующей поверхности стыка в форме усеченного конуса между патрубком и обечайкой. Ось привариваемого патрубка 2 совпадает с осью вращения плиты 11. Плита 11 приводится во вращение с малой скоро- стью так, что электронный луч проходит по всей зоне стыка в форме усеченного конуса между патрубком и обечайкой со скоростью 10-40 см/мин.

Применяют электронную пушку мощно- стью 200 кВт, способную производить сварку патрубка за один проход без присадочного металла.

Обечайка 1 и патрубки выполнены путем ковки стали, содержащей в основном

2-2.5% хрома, 0,9-1,10% марганца и не больше 0,15% углерода. Содержание хрома и молибдена в стали составляет соответственно 2,25% и 1%.

При сварке патрубка 2 толщина сварочного шва составляет 150-170 мм, что хорошо совместимо с мощностью установки электронно-лучевой сварки, возможности которой достигают до значений толщины порядка 300 мм.

Качество сварного шва при этом удовлетворительное,

Для осуществления операции последовательной сварки восьми патрубков на обечайке 1 поворачивают обечайку вокруг своей оси с помощью поворотного устройства 13 так, чтобы подвести свариваемый патрубок вертикальной осью в верхнее положение, Наличие кольцеобразной канавки 6 на обечайке 1 вокруг расширенной части, выходящей из отверстия 3, позволяет создать лучший доступ электронному пучку- в зону, стыка. Обечайка 1 имеет диаметр около 4,50м; толщину обечайки ограничивают значением, меньшим 350 мм. Этот способ позволяет обходиться без часте, выступающих за наружную часть обечайки 1 и, следовательно, местных припусков около сквозных отверстий 3, Действительно, электронный пучок с наклоном 45° может легко достигать зоны стыка, а электронная пушка расположена на определенном расстоянии от патрубка, как это изображено на фиг.5.

Способ по изобретению позволяет осуществить соединение патрубков по системе set - on с обечайкой, толщина которой значительно меньше толщины в конфигурациях set-on по известному уровню техники.

На фиг.4 изображен патрубок 2. закрепленный на обечайке 1, при этом сварной шов выполнен электронным пучком без присадочного металла.

Внутреннее отверстие патрубка 2 снабжено покрытием из нержавеющей стали, за исключением участка около торца патрубка, которое нанесено внутри патрубка во время его изготовления и до его сварки на обечайке 1.

Обечайка 1 также снабжена внутри покрытием из нержавеющей стали 15,.за исключением участка около отверстий 3.

После электронно-лучевой сварки патрубка 2 на обечайке, формирующей зону стыка, покрытие из нержавеющей стали внутри патрубка и обечайки следует дополнить слоем нержавеющей стали 16, который соединяет слои 14 и 15, покрывая зону стыка.

Поверхности соединения 4 и 5 патрубка 2 и обечайки 1 в форме усеченного конуса можно выполнить путем обработки каждого из патрубков 2 и обечайки 1 на уровне соответствующих отверстий 3 до их сборки. Пат- рубки 2 могут иметь предварительно сформованный торец, служащий поверхностью стыка в форме усеченного конуса.

Основные преимущества способа по изобретению заключаются в том, что он по- зволяет осуществлять быстрое крепление патрубков на обечайке без присадочного металла. Толщину обечайки можно ограничить как в ее обычной части, так и в месте стыка с патрубком..

В любом случае половинный угол у вершины поверхностей в форме усеченного конуса должен составлять 30-60° с целью создания достаточного доступа к зоне стыка с наружной стороны патрубка и обечайки и получения надежного крепления патрубка.

Изобретение можно применить к деталям, отличающимся от обечаек и патрубков, присоединяемых к этим обечайкам, например, для присоединения патрубков к полой сферической детали, предпочтительно на уровне отверстия,центрированного по оси вращения указанной детали. Подобный монтаж патрубков часто выполняют в химических или нефтехимических реакторах.

Можно использовать другие стали для выполнения обечайки и патрубков по сравнению с вышеописанными. Однако, применяемая сталь должна иметь удовлетворительные характеристики зака- ливаемости, позволяющие получить сварной шов хорошего качества.

. В любом случае патрубок и участок обечайки, к которой он приваривается, должны иметь зону перекрытия, занимающую лишь часть толщины стенки. Преимущественно указанная зона перекрытия занимает не более одной третьей части толщины стенки. В том случае, когда зона перекрытия занимает значительную часть или всю толщину стенки, проявляются недостатки соединения по конфигурации set - In патрубков.

Изобретение применяется не только в области ядерных реакторов, но и в области химических или нефтехимических реакторов и сосудов под давлением в общем плане

Формула изобретения

1. Способ крепления сваркой патрубка на толстостенной обечайке, преимущественно корпуса водного ядерного реактора под давлением, при котором в обечайке выполняют отверстие с диаметром, равным внутреннему диаметру патрубка, на торцовой части патрубка выполняют конусную разделку кромок, собирают патрубок с обечайкой и выполняют сварку на всю толщину патрубка, располагая источник сварки с внешней стороны, отличающийся тем, что, с целью обеспечения качественной сварки патрубка с обечайкой, выполненных из стали, содержащей 2-2,5% хрома, 0,9- 1,1% молибдена, 0,15% углерода, электронным лучом без присадочного материала, на свариваемых кромках отверстия обечайки выполняют коническую разделку кромок, ответную и соответствующую конической разделке кромок на патрубке, конусную разделку кромок патрубка и/ обечайки выполняют с углом при вершине 60-120°, при сборке совмещают конусные поверхности разделки патрубка и обечайки и сварку выполняют за один проход.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что конусную разделку кромок патрубка и обечайки выполняют с углом при вершине 90°.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на обечайке на ее внешней поверхности выполняют кольцеобразную канавку, концентричную оси патрубка и сопряженную с конусной разделкой.

1 глф

Использование: при изготовлении корпусов ядерных реакторов. Сущность изобретения: на части торца патрубка выполняют поверхность соединения в форме усеченного конуса, ось которой совпадает с осью патрубка, причем половинный угол у вершины составляет около 45°, а сечение имеет поперечный размер, уменьшающийся к торцу патрубка. На обечайке 1 выполняют поверхность соединения в форме усеченного конуса, соответствующей форме поверхности соединения патрубка. Совмещают поверхности соединения, сваривают электронно-лучевой сваркой за один проход без присадочного металла патрубок и обечайку по их поверхностям соединения, с внешней стороны обечайки, к которой выходит расширенная часть отверстия поверхности соединения. Изобретение применимо, в частности, для присоединения патрубков к обечайке реакторной камеры ядерного водяного реактора. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел

ОШОВ1