Способ получения сварного соединения труб с трубными решетками Советский патент 1982 года по МПК B23K31/06 

Изобретение относится к сварке труб с трубными решетками (преимущественно труб малых диаметров) и может найти применение в энергетиче кой, химической, судостроительной и других отраслях промышленности. Для соединения труб с трубными решетками нашли применение сварка п лением, наплавка, пайка, вальцовка (механическая, энергией взрывчатых веществ, энергией импульсных разрядов и др.). Для особо ответственных теплообменных аппаратов, как правило, применяются Сварно-вальцовочные соединения. В современных теплообменных аппаратах используются трубы диамет ром менее 10 мм с тол11иной стенки 1,0-1,5 мм, что существенно усложня процесс их надежного закрепления в трубных решетках, так как практичес ки не удается обеспечить равнопрочность сварного соединения основному металлу, в то we время требования к длительной безотказной работе теплообменных аппаратов постоянно возрастают. Кроме того, известные способы соединения не позволяют исключить зазор между трубами и трубными решетками, наличие которого оказывает отрицательное влияние на работоспособность узла труба - трубная решетка, так -как способствует развитию щелевой коррозии. 1 Для обеспечения надежности соединений труб малых диаметров с трубчатыми решетками теплообменных аппаратов необходимо использовать комбинированное соединение, выполненное сваркой плавлением (наплавкой) и дийОУзионмой сваркой (по высоте трубной решетки), при которой контактные давления создаются газом, подаваемым внутрь трубы. Известна схема диЛфузионной приварки к патрубку облицовочной фольги путем создания давления при помощи инертного газа и одновременного на3эбгрева патрубка токами высокой частоты в кольцевом индукторе 1. Однако известную схему диффузионной сварки нельзя применить для со-, единений труб с трубными решетками, так как, во-первых практически невозмокно быстро и равномерно прогреть трубную решетку в диаметральной плоскости в кольцевом индукторе при наличии более 100 отверстий в ней; вовторых, равномерный прогрев трубной решетки по высоте, а также пучка труб заполненных газом под давлением, может привести к недопустимому увеличению диаметра труб, выходящих за пределы трубной решетки и даже к их раз (зушению. Известен способ получения сварного соединения труб с трубными решетками, при котором трубы устанавливают в отверстия трубной решеткой заподлицо г ее наружной поверхностью, выполняют наплавку на поверхность трубной решетки и затем вскрытие наплавленных отверстий .труб С2. Известный способ сварки имеет существенные недостатки, В результате сварочных деформаций происходит смещение и перекос труб относительно .первоначального их положения. Это,,в свою очередь, приводит к местному уто нению стенок труб в процессе рассверливания отверстий в направленном слое. Цель изобретения - повышение надежности и работоспособности за счет обеспечения качественного соединения по всей поверхности контактирования труб с трубной решеткой. Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу получения сварного соединения труб с трубными решетками, при котором трубы устанавливают в отверстия трубной решетки заподлицо с ее наружной поверхностью, выполняют наплавку на поверхность трубной решетки и затем вскрытие заплавленных отверстий труб,,труб с трубной решеткой, после наплавки охлаждают наплавленную поверхность труб ной решетки до температуры 0,,8 температуры плавления металла сварного шва и поддерживают эту температуру путем нагрева в течение заданного про межутка времени, а внутрь труб подают газ под давлением, обеспечивая напряжения в трубах, равные 1,0-1,2 предела текучести металла труб и в межтруб ное пространство - хладагент, и поддерживают вышеупомянутые уаювия в течение промежутка времени, необходимого для получения сварного соединения между трубой и трубной peuJeткoй по всей поверхности контактирования. Сущность способа соединения труб с трубными решетка и заключается в том, что собирают трубы с трубными рететками, устанавливая их в отверстия трубной раиетки заподлицо с ее поверхностью; выполняют.наплавку на торце трубной решетки с обязательным закупориванием труб; охлаждают наплавленный торец трубной решетки до температуры, равной 0,7-0,8 температуры плавления, после чего внутрь труб через вторую трубную решетку подается газ под давлением, достаточным для осуществления диффузионной сварки. Для получения сварного соединения труб с трубными решетками, выполненного диффузионной сваркой, не менее 2/3 толщины трубной решетки (на оставшейся части - происходила вальцовка, необходимо температуру наплавленного торца трубной решетки поддерживать в пределах 0,,8 Тпл.i одновременно охлаждать участки труб, выходящие из трубной решетки. Процессы сварки плавлением и диффузионной совмещень по времени - еще не закончено охлаждение сварного соединения температура 0,7-0,8 Тпл., а внутрь труб подается давление и осуществляется диффузионная сварка. Таким образом, используется тепло ранее нагретого металла. Охлаждение торцов труб за трубной решеткой предотвращает их раздутие и в то же время позволяет получить соединение без зазоров. Пример. На торце одной из трубных решеток теплообменного аппарата, представляющего.собой сборку двух трубных решеток из сплава ПТ-38 с пучком труб (100-150 штук} размером 6,0 X 1,0 мм, производится наплавка с обязательным закупориванием трубок из сплава ПТ-7М. В другой трубной решетке трубы, крепятся .аргонодугово сваркой оплавлением. На трубной решетке крепится крышка для подачи внутрь труб инертного газа, с помощью которого создаются контактные давления при диффузионной сварке. К трубным решеткам крепится кожух со штуцерами для вакуумирования межтрубного пространства до сварки и пропускания через него хладогена с целью предотвращения раздутия труб за трубной решеткой при выполнении диффузионной сварки. После выполнения операции наплавки и охлаждения торца трубной решетки с наплавкой до температуры 0,7-0,8 tпл. внутрь труб подается аргон. Для труб размером 6 х 1,0 мм давление аргона составляет 12-13 МПа. С целью получения сварного соединения/на наибольшей контакта трубы с труб ной решеткой торец трубной решетки (с наплавкой подогревают, сохраняя при этом соотношение СО,) Тпл. Тд.св. Спустя 5 мин после подачи в трубы аргона во внутритрубное прост. ранство поданзт проточный хладагент. После выдержки 10-15 мин при этих условиях откл эчают нагрев и производя охла : дение трубной .решетки. При температуре 350С снимают давление и дальнейшее охлаждение до комнатной температуры производят на воздухе. По ле полного охлаждения вскрывают отверстия в наплавке, выполняют наплав ку на второй трубной решетке и опера 1цию соединения труб с трубной решеткой производят аналогично первой трубной решетке. Всего изготовлено около 15 моделе теплообменных аппаратов и исследовано около 3000 сварных соединений тру с трубными решетками. Модели прошли гидравлические испы тания и испытания на газовую плотность с созданием в межтрубной полос ти давления гелия до 1,0-2,0 МПа. Ре зультаты испытаний положительные. Использование предлагаемого спосо ба сварки труб с трубными решетками обеспечивает по сравнению с известны ми такие преимущества, как повышение статической и циклической прочности соединений с обеспечением равНопрочности сварных соединений привариваемым трубам; повышение коррозионной стойкости соединений за счет ликвидации зазора между трубой и трубной решеткой; повышение надежности и срока службы теплообменных аппаратов, что способствует получению экономического эффекта. Формула изобретения Способ получения сварного соединения труб с трубными решетками, при котором трубы устанавливают в отверстия трубной решетки заподлицо с ее наружной поверхностью, выполняют наплавку на поверхность трубной решетки и затем вскрытие заплавленных отверстий труб, о.тличающийсятем, что, с целью повышения работоспособности и надежности за счет обес печения качественного соединения по всей поверхности контактирования труб с трубной решеткой, после наплавки. наплавленную поверхность трубной решетки до температуры 0,7 0,8 температуры плавления металла сварного шва и поддерживают эту температуру в течение заданного промежутка времени, а внутрь труб подают газ под давлением, обеспечивая напряжения в трубах, равные 1,0-1,2 предела текучести металла труб в межтрубное пространство и хладагент, и поддерживают вышеупомянутые условия в течение промежутка времени, необходимого для получения сварного соединения между трубой и трубной решеткой по всей поверхности контактирования. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1.Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М., 1968, с. 102. 2.Патент Франции № 1208653, кл. В 23 К 9/0, 1967 (прототип).