Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой. Заглушки для сварки труб

Способ приварки плоской заглушки

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„158152

А1 (g)) В 23 К 31/02, 33/00

° е !

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l5 и присадочный выступ, и распола гают в V-образной разделке между © кромками трубы и полутора. Второй кромкой полутора 2 опирают на поверхность заглушки 3 и полностью закрывают скос ее кромки. Соединение собирают на прихватках и заваривают стыковым швом 4. Полученное соединение при работе нагружают внутренним давлением, От нагрузки наибольшее перемещение получает центр заглушки, при этом она через нижнюю кромку полутора прижи- «» мается к трубе, тем саьым разгружая сварной шов, Кроме того, полуторовый элемент, работающий совместно с sa глушкой, увеличивает момент сопротивления ее тонких кромок.

В соединении, полученном предлагаемым способом, конец полуторовой

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4499472/24-27 (22) 20.09 89 (46) 30, 07. 90. Бюл. Ф 28 (71) Ленинградский филиал Проектнотехнологического института "Энергомонтажпроект (72) В.И.Есарев (53) 621.791.75.021 (088,8) (56) 1авастшерна P.È. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов, M.:0òðoéHçäàò, 1986, с, 30, фиг,11в. (54) СПОСОБ ПРИВАРКИ ПЛОСКОЙ ЗАГЛУЛКИ (57) Изобретение относится к сварке, в частности .к способам приварки плоской заглушки к трубопроводу, и может найти применение при прокладке трубопроводов, Цель иэобр.етения вЂ” повыИзобретение относится к сварке, в частности к способам приварки плоской заглушки к трубе, и может найти применение при изготовлении трубопроводов и сосудов.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение. металлоемкости соединения, На чертеже представлен сварной узел, полученный по предлагаемому способу, общий вид, Способ осуществляется следующим образом.

В трубе 1 кромку обрабатывают под углом 35, в полуторе 2, являющемся технологическим элементом, так же обо рабатывают кромку под углом 35 . Между ними устанавливают заглушку 3, имеющую дусторонние скосы под углом

2 шение надежности и снижение метаплоемкости соединения. Заглушку 3, имеющую на кромке присадочный выступ тол" щиной не более толщины трубы 1, который образован двусторонними скосами под углом 150, устанавливают между трубой и одной из кромок полутора 2.

При этом образуется Y-образная раэдитк а. Прин арив ают э аглушку стыковым кольцевым illBDM так, что противоположная кромка полутора опиралась на ее поверхность. Заваренное соединение при работе нагружают внутренним давлением, От нагрузки наибольшее перемещение получает центр заглушки и через кромку полутора прижимается к трубе, разгружая сварной шов, 1 ил, 23 4 шва), скосы трубы и полутора выбраны ст анд ар тными (35 ), Формула изобретения

Способ приварки плоской заглушки преимущес.твенно к трубе, при котором заглушку устанавливают между трубой и .технологическим элементом и приваривают к ним, о тл ич аю щи и с я тем,." что, с целью повышения надежности и снижения металлоемкости, технологи.ческий элемент выполняют в виде полутора, на свариваемых кромках трубы и полутора выполняют разделку кромок, на кромках заглушки выполняют двусторонние скосы под углом 15 и технологический выступ толщиной не более толщины стенки трубы, который располагают в разделке кромок трубы и полутора, другую кромку которого размещают с воэможностью опирания на поверхности заглушки, 15815 оболочки пе приварен к плоской заглушке, поэтому при перемещении центра заглушки, своей жесткостью не только увеличивает жесткость заглушки, но и разгружает сварной шов 4 от изгибающего момента, создаваемого давлением на заглушку, Применение предлагаемого способа позволяет получить легкую плоскую заглушку с прочным сварным соединением.

При выборе формы разделки исходили иэ следующих соображений: толщина присадонного выступа заглушки выбрана равной толщине стенки трубы из условия более равномерного проплавления (если толщина будет меньше, то возможен прожог заглушки, если наоборот, то прожог трубы или непровар. корня

Составитель Л,Назарова

Техред Л.Олийнык Корректор С.йекмар

Редактор Л.Веселовская,. вЂ”,Ф1 ъ

Заказ 2056

Тираж 633

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CJCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгороц, ул. Гагарина, 101

Похожие патенты:

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам производства двух-трехслойных листов путем электрошлаковой наплавки за один проход плоской заготовки и последующей ее прокатки на лист

Изобретение относится к сварке, а именно к способам получения сварных соединений короткими швами, имеющими широкое применение в различных отраслях промышленности

Изобретение относится к сварке, в частности к способам многопроходной сварки замкнутых швов металла большой толщины

Изобретение относится к сварке и может быть использовано для получения сварных тавровых соединений, преимущественно колеса вентилятора

Изобретение относится к дуговой сварке стыковых соединений тонколистовых конструкций в среде защитных газов неплавящимся электродом, преимущественно автоматической, и может быть применено в различных отраслях машиностроения для сварки листовых конструкций

Изобретение относится к сварке, в частности к конструкции нахлесточным соединениям, эксплуатируемым в условиях, предопределяющих щелевую коррозию и возникновение дополнительных расклеивающих нагрузок, действующих на элементы нахлесточных соединений

Изобретение относится к автоматической дуговой сварке, в частности к способам многослойной сварки стыков со щелевой разделкой с регулированием режимов сварки в зависимости от изменения параметров сечения разделки, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно в нефтегазовом и химическом машиностроении

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для автоматической сварки листовых металлических конструкций большой толщины из химически активных сплавов в судостроении и других отраслях промышленности

Изобретение относится к сварке, а именно к способам сварки плавлением толстостенных деталей различной теплоемкости, и может быть использовано в тяжелом машиностроении и других отраслях промышленности

Изобретение относится к механизмам для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении воздушных фурм доменных печей металлургических заводов

Изобретение относится к микросварке и может быть использовано в радиотехнической и электронной промышленности при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при герметизации корпусов микросхем контактной шовной сваркой

Изобретение относится к сварке, а именно к способу сборки под сварку цилиндрических корпусов аппаратов из жестких обечаек толщиной более 60 мм

Изобретение относится к сварке, в частности к устройствам для сборки и сварки трубопроводов

Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки трубных решеток с трубками, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении теплообменной аппаратуры

Изобретение относится к микросварке полупроводников и может быть применено в приборостроении

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может найти применение при изготовлении элементов силовых конструкций летательных аппаратов

Изобретение относится к сварке, а более конкретно к установкам для контактной сварки труб при строительстве магистральных и промысловых трубопроводов для транспортировки нефти, газа и воды

Изобретение относится к сварке, в частности к способам изготовления особотонкостенных карт и обечаек листовых заготовок, например для сильфонов, и может найти применение в химическом и энергетическом машиностроении

Изобретение относится к инструментам, используемым в технологии производства изделия электронной техники, а именно к инструментам для микросварки проволочных выводов к контактным площадкам интегральных схем

Изобретение относится к сварке, в частности к способам приварки плоской заглушки к трубопроводу, и может найти применение при прокладке трубопроводов

www.findpatent.ru

способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой - патент РФ 2293634

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам контактно-стыковой сварки при герметизации оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов и при изготовлении тепловыделяющих сборок. Способ включает сжатие трубы и заглушки сварочным усилием, направленным по оси трубы и заглушки, разогрев их электрическим током и последующую вварку с заглублением в трубу заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра. Сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях. Поверхность для подвода сварочного тока располагают параллельно оси заглушки и под углом 90° к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу. Это позволит повысить универсальность способа, качество сварки, а также служебные и технологические характеристики изделия. 2 ил. способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, патент № 2293634

Рисунки к патенту РФ 2293634

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области сварки, и может быть использовано, например, в технологии производства тепловыделяющих элементов ядерных реакторов АЭС при герметизации их оболочек и при изготовлении направляющих каналов тепловыделяющих сборок.

Известен способ контактной стыковой сварки сопротивлением трубы, установленной с вылетом в разъемном электроде, с заглушкой, имеющей наружный диаметр, равный диаметру трубы, который осуществляется за счет нагрева свариваемых деталей электрическим током и их сжатия сварочным усилием. При этом токоподвод и приложение сварочного усилия к заглушке осуществляется в одном сечении, а направление сварочного тока в контакте между электродом и заглушкой и направление сварочного усилия совпадают (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн.2. Москва: Энергоатомиздат, 1995 г., с.218).

Недостатками известного способа являются малая протяженность сварного шва, соизмеримая с толщиной стенки трубы, а также то, что в процессе сварки в зоне выполнения сварного шва увеличивается наружный диаметр трубы свыше допустимых размеров. В результате в связи с использованием данного способа требуется дальнейшая механическая обработки наружной поверхности соединения. Это снижает технологические преимущества способа и повышает вероятность получения сварных швов, не соответствующих предъявляем требованиям.

Недостатками известного способа является также то, что подвод тока и сварочного усилия к заглушке при выполнении сварки осуществляется в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы. При этом площадь сечения стыка в первоначальный момент сварки существенно меньше площади торцевой поверхности заглушки, через которую подводится сварочный ток и передается сварочное усилие, что приводит к их неравномерному нагреву и снижению качества сварного соединения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ контактной приварки к трубе заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва меньше наружного диаметра трубы, но больше внутреннего ее диаметра, заключающийся в их сжатии, нагреве сварочным током и вварке заглушки в стенку трубы с заглублением в нее (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн.2. Москва: Энергоатомиздат, 1995 г., с.218) - прототип.

Недостатками данного способа является то, что подвод тока и сварочного усилия к заглушке при выполнении сварки осуществляется в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы. При этом площадь сечения стыка в первоначальный момент сварки существенно меньше площади торцевой поверхности заглушки, через которую подводится сварочный ток и передается сварочное усилие, что приводит к их неравномерному нагреву и снижению качества сварного соединения. Такой подвод тока и сварочного усилия ограничивает также длину наружной части заглушки из-за разогрева ее и недопустимой деформации при сварке.

Так как сечение для подвода тока и сварочного усилия к заглушке перпендикулярно ее оси, то использование указанного способа в раде случаев, например при изготовлении тепловыделяющих элементов, ухудшает их служебные характеристики из-за повышенного гидравлического сопротивления торцевой части сварного соединения, расположенной перпендикулярно направлению движения потока теплоносителя в реакторе. Кроме того, условия сборки в кассету тепловыделяющих элементов, загерметизированных таким способом, из-за их упирания в дистанционирующие решетки требует применения специальных сборочных приспособлений, снижающих технологичность процесса сборки, делают способ недостаточно универсальным и требуют в ряде случаев выполнения операции торцовки сварного соединения на конус, что уменьшает протяженность сварного шва из-за ограниченных возможностей по допустимой длине заглушки, усложняет технологию изготовления тепловыделяющего элемента и может способствовать разгерметизации соединения.

Технической задачей изобретения является повышение универсальности способа, повышение служебных, технологических характеристик изделия и повышение стабильности качества сварки.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе, заключающемся в сжатии свариваемых деталей, разогреве их электрическим током с последующей вваркой в трубу с заглублением заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, согласно формуле изобретения сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях, при этом поверхность для подвода сварочного тока к заглушке располагают параллельно оси заглушки и под углом 90 градусов к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:

- подвод сварочного тока к заглушке и передача сварочного усилия к ней в различных поперечных сечениях позволяют использовать для сварки заглушку практически без ограничения ее длины, что расширяет технологические возможности известного способа и позволяет применять заглушки, имеющие коническое или сферическое наружное окончание, обеспечивающее требуемые характеристики изделий, например тепловыделяющих элементов, как при сборке их в кассету, так и при работе в реакторе;

- выполнение условия равенства 90 градусам угла между поверхностью для подвода сварочного тока и поверхностью для подвода сварочного усилия при параллельности поверхности для подвода сварочного тока оси заглушки дает возможность применять заглушку с максимальным наружным диаметром, равным и даже больше наружного диаметра трубы, который закрывает ее торец и позволяет в конечном итоге повысить служебные характеристики изделия, например тепловыделяющего элемента, за счет снижения гидравлического сопротивления его потоку теплоносителя в реакторе и упрощения сборки в кассету;

- расположение поверхности для подвода сварочного тока к заглушке между ввариваемой в трубу частью заглушки и поверхностью для подвода сварочного усилия исключает ненужный нагрев металла на этом участке. Этому же способствует то, что выравнивается разогрев металла заглушки и трубы в связи с тем, что первоначальное сечение стыка соизмеримо с нагреваемым сварочным током сечением заглушки на ее ввариваемой части.

На фиг.1 показана схема выполнения способа.

На фиг.2 показано полученное соединение.

Способ осуществляется следующим образом

Оболочка 1 зажимается в электроде 2. Заглушка 3, имеющая диаметр под сварку (d), который больше внутреннего диаметра трубы, но меньше максимального диаметра заглушки или, по крайней мере, равен ему, фиксируется в электроде 4 таким образом, что максимальный диаметр (D) заглушки полностью находится в осевом отверстии электрода или с минимальным вылетом, например, 0,5-1 мм. Подвод сварочного тока (I) осуществляется через цилиндрическую поверхность максимального диаметра заглушки (D), сжатие трубы и заглушки обеспечивается сварочным усилием (Р), при этом угол между поверхностью для подвода сварочного тока I и поверхностью для подвода сварочного усилия Р составляет 90 градусов. Сварочное усилие может передаваться от электрода к заглушке через вкладыш 5, выполненный из диэлектрического материала, и, в частности, это может быть окисленная поверхность 6 самого электрода. Необходимость использования такого вкладыша зависит от протяженности участка заглушки с диаметром (D) и электропроводности материала заглушки. В процессе перемещения заглушки вовнутрь трубы выдавливаемый из стыка металл внутренних слоев оболочки и наружных слоев заглушки на участке, определяемом диаметром (d), формуется в виде поверхности, плавно соединяющей торец оболочки с заглушкой. Образование такой поверхности зависит от величины перекрытия внутреннего диаметра трубы диаметром заглушки и от характера разогрева ее конца. При равномерном разогреве сечений оболочки и заглушки, участвующих в образовании сварного соединения, или преимущественном разогреве оболочки, что достигается режимами сварки или конструкцией электрода 2, а также при величине перекрытия торцов заглушки и оболочки порядка одной третьей толщины стенки оболочки деформируемый металл, выдавливаемый наружу, формируется в виде поверхности 7 (фиг.2), плавно соединяющей наружный диаметр трубы с заглушкой. Наличие удлиненной части заглушки с диаметром (D) позволяет выполнять заглушку с коническим наружным окончанием, обеспечивающей необходимые эксплуатационные и технологические характеристики сварного соединения и изделия в целом и организовать через нее токоподвод, что повышает концентрацию тока в свариваемом сечении и способствует повышению качества сварки.

Способ реализован при сварке трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента диаметром 9,15 мм с толщиной стенки 0,65 мм, выполненной из сплава Э-110. Диаметр (d) заглушки составлял 8,25 мм при его протяженности 4 мм. Максимальный диаметр заглушки (D) был равен 9,17 мм протяженностью 14 мм. Сварка выполнялась без изоляционного вкладыша при величине электрического сопротивления электрода 300-650 мкОм. Величина сварочного усилия составила 330-380 кг, величина сварочного тока 14-17кА, продолжительность импульса сварочного тока порядка 60 мкс. После сварки внешний вид сварных соединений соответствовал установленным требованием, качество сварных швов подтверждено металлографическим контролем шлифов сварных соединений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, включающий сжатие свариваемых деталей сварочным усилием, разогрев деталей электрическим током и последующую вварку заглушки в трубу с заглублением, при этом диаметр заглушки на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, отличающийся тем, что сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях, при этом поверхность для подвода сварочного тока к заглушке располагают параллельно оси заглушки и под углом 90° к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу.

www.freepatent.ru

Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой

Изобретение относится к машиностроению, в частности к герметизации трубчатых изделий, в том числе тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) ядерных реакторов.

Известен способ герметизации контактной стыковой сваркой трубы-оболочки ТВЭЛа с заглушкой, диаметр которой выполнен меньшим наружного диаметра свариваемой трубы, при этом оболочку и заглушку зажимают в зоне сварки в соосно расположенных кольцевых разъемных электродах с последующим приложением к электродам усилия сжатия и пропускания через свариваемые детали импульса тока (см. а.с. СССР №1520763, МКИ В 23 К 11/02, приоритет от 03.11.87).

Недостатками способа являются необходимость обеспечения высокой соосности между электродами, остывание нагретого металла в заневоленном электродами положении, что приводит к увеличению уровня сварочных напряжений в сварном шве и снижению качества сварных соединений. Высокая соосность достигается как за счет первоначального расположения электродов относительно друг друга, так и наличием специального хвостовика на заглушке, обеспечивающего ее центровку относительно электрода, в котором она расположена. Это увеличивает металлоемкость заглушки и затраты на ее изготовление.

Другим отрицательным моментом является то, что распределение сварочного тока происходит между торцевой частью заглушки, контактирующей с электродом, и ее частью, находящейся в электроде. В результате увеличивается неравномерность нагрева свариваемых деталей, уменьшается плотность тока в зоне стыка и скорость разогрева свариваемых деталей, что также отрицательно сказывается на стабильности качества сварки.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ контактно-стыковой сварки сопротивлением трубы с заглушкой (см. патент РФ №2127457, МКИ G 21 С 3/10, 21/00, 21/ 02, В 23 К 11/02, 15/00, бюл. №7 от 10.03.99) - прототип, используемый при изготовлении ТВЭЛов.

Способ заключается в фиксации с заглублением торца оболочки в приспособлении, сжатии его с заглушкой, имеющей максимальный диаметр меньше наружного диаметра трубки, но больше внутреннего ее диаметра и взаимный их нагрев электрическим током. Недостатками способа являются необходимость обеспечения высокой соосности между электродами, остывание нагретого металла в заневоленном электродами положении, что приводит к увеличению уровня сварочных напряжений в сварном шве и снижению качества сварных соединений, а также ухудшение стабильности сварки за счет уменьшения плотности тока в стыке из-за его частичного распределения в части заглушки, помещенной в электрод, и излишнего разогрева заглушки. Высокая соосность достигается как за счет первоначального расположения электродов относительно друг друга, так и наличием специального хвостовика на заглушке, обеспечивающего ее центровку относительно электрода, в котором она расположена. Это увеличивает металлоемкость заглушки и затраты на ее изготовление.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности качества сварных швов и соединения в целом, упрощение настройки оборудования, снижение затрат на изготовление заглушек.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе, заключающемся в фиксации в приспособлении с заглублением торца трубы, сжатии его с заглушкой, имеющей максимальный диаметр меньше наружного диаметра трубы, но больше внутреннего ее диаметра, и взаимный их нагрев электрическим током и последующим вдавливанием заглушки внутрь трубы, согласно изобретению часть заглушки размещают в электроде свободно с возможностью ее радиального перемещения в процессе сварки, а требуемую соосность трубы и заглушки получают при вдавливании ее внутрь трубы.

Указанная совокупность признаков является новой и существенной для решения поставленной задачи, так как первоначальное свободное расположение части заглушки в электроде с возможностью ее радиального перемещения в дальнейшем при сварке с учетом зазора между внутренней поверхностью центрального отверстия электрода и этой частью заглушки упрощает настройку оборудования и дает возможность формироваться сварному соединению в свободном состоянии, уменьшающем уровень остаточных напряжений в сварном соединении, организует подвод тока практически только по торцу заглушки в зоне его контакта с торцом оболочки. Это в совокупности с получением высокой соосности между трубой и заглушкой в процессе перемещения последней внутрь трубы во время сварки обеспечивает равномерное формирование сварного соединения по периметру, повышает стабильность качества сварного соединения и позволяет уменьшить затраты на изготовление заглушки за счет уменьшения ее металлоемкости и требований по точности изготовления хвостовика до значений, определяемых конструкторской документацией на ТВЭЛы, тепловыделяющие сборки.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже схематично показан процесс реализации предлагаемого способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Труба 1 фиксируется в электроде 2, имеющем требуемую величину омического сопротивления, с заглублением. Часть заглушки 3 помещается в электрод 4 с возможностью ее радиального перемещения, что достигается за счет разности диаметра этой части заглушки и диаметром осевого отверстия в электроде. После необходимых технологических операций, связанных, например, с созданием атмосферы заданного состава и давления, торец заглушки прижимается к торцу трубы сварочным усилием. Через образовавшийся контакт пропускают сварочный ток, который разогревает детали до пластического состояния, и заглушка вдавливается внутрь трубы. В процессе ее перемещения деформация внутренних слоев трубы и наружных слоев свариваемой части заглушки осуществляется по конической поверхности 5 с углом конусности С порядка 20-35°. Образование такой поверхности позволяет заглушке в процессе перемещения самоцентрироваться, если у нее есть возможность свободного радиального перемещения, что обеспечивается зазором А. При этом для оптимального случая должно соблюдаться условие гарантированного контакта торцов трубы и заглушки при их сжатии сварочным усилием по всему периметру стыка, то есть величина зазора А должна быть меньше минимально допустимой величины перекрытия D с учетом реальной соосности между электродами. Это также, с одной стороны, позволяет организовать подвод тока к заглушке практически только через торцевой контакт ее с электродом, что дает возможность максимально сконцентрировать сварочный ток I в стыке, в результате чего зона разогрева по диаметру заглушки получается практически соизмерима с площадью токоподводящей торцевой частью электрода 4. Поэтому даже на относительно мягких режимах сварки улучшается динамика процесса и повышается стабильность качества сварных швов. А с другой стороны - уменьшить длину хвостовика заглушки и точность его изготовления до величин, определяемых конструктивными особенностями ТВЭЛов и тепловыделяющих сборок. Однако, как и в общем случае, для повышения стойкости электрода и уменьшения выдавливания разогретого металла заглушки в зазор А сварку целесообразно выполнять на режимах со скоростью нарастания тока не более 12 кА/с при минимальных длительностях сварочного импульса в целом, обеспечивающего требуемую протяженность и герметичность сварного шва.

Способ реализован при сварке труб 9,13 мм с заглушками из сплава циркония. Перед сваркой торцы труб обрезались под прямым углом и по радиусной поверхности с радиусом, примерно равным половине толщины оболочки. Перекрытие торцов трубы и заглушки составляло в пределах 0,2-0,6 от толщины стенки трубы на радиус. Длина сварочной части заглушки, участвующей в образовании сварного соединения, составляла 3,5-4,5 мм, а общая длина заглушки составляла 1-1,5 максимального диаметра заглушки. Для сварки использовались промышленные автоматы контактно-стыковой сварки ТВЭЛов типа АССК, модернизированные для работы с такой заглушкой. Заглушка помещалась в электрод с зазором, составляющим 0,1-1 от величины взаимного перекрытия торцов деталей. Сварка выполнялась при скорости нарастания сварочного тока 8-12 кА/с, при сварочном усилии в контакте между свариваемыми деталями 250-300 кг и величине сварочного тока 12-16 кА. Выполненные после сварки замеры соосности трубы в зоне сварного шва и заглушки показали, что она не превышает 50% от максимально допустимой. Качество сварных швов по всем параметрам соответствовало установленным требованиям.

bankpatentov.ru

Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам герметизации контактно-стыковой сваркой трубчатых изделий, в том числе тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) ядерных реакторов, выполненных в виде трубы с заглушкой. Конец трубы фиксируют в приспособлении с заглублением. Часть заглушки располагают в электроде свободно с возможностью ее радиального перемещения в процессе сварки. Сжимают трубу с заглушкой, которая имеет максимальный диаметр меньше наружного диаметра трубы, но больше ее внутреннего диаметра. Осуществляют взаимный нагрев деталей электрическим током с последующим вдавливанием заглушки внутрь трубы. Требуемую соосность трубы и заглушки получают при вдавливании заглушки внутрь трубы. Применение указанного способа способствует повышению стабильности качества сварных швов и соединения в целом, упрощает настройку оборудования. 1 ил.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже схематично показан процесс реализации предлагаемого способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, включающий фиксацию конца трубы в приспособлении, сжатие торцов трубы и заглушки, имеющей максимальный диаметр меньше наружного диаметра трубы, но больше ее внутреннего диаметра, последующий разогрев сварочным током и вдавливание заглушки внутрь трубы, отличающийся тем, что часть заглушки располагают в электроде свободно с возможностью ее радиального перемещения в процессе сварки, а требуюмую соосность трубы и заглушки получают при вдавливании ее внутрь трубы.

www.findpatent.ru

Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой

Изобретение относится к способу контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой и может найти применение при изготовлении стержневых тепловыделяющих элементов ядерных установок. Способ включает размещение и фиксацию конца трубы с заглублением в сварочной оснастке, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки, имеющей участок, ввариваемый в стенку трубы, диаметром больше внутреннего, но меньше наружного диаметра трубы, и последующую вварку заглушки в стенку трубы с переменной скоростью продвижения заглушки. Конец трубы на участке длиной 1,5-3 толщины стенки трубы размещают на участке сварочной оснастки, электрическое сопротивление которого меньше сопротивления материала участка трубы в зоне сварки. Разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки осуществляют за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом подачи сварочного тока в трубу, расположенном на расстоянии, равном 1,5-3 толщины стенки трубы от ее конца. Кроме того, разогрев свариваемых деталей при сварке ведут до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния с шириной в центральной части сварного соединения, равной 0,1-3 толщины стенки трубы. Технический результат заключается в упрощении технологии сварки без ухудшения качественных показателей сварных соединений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области сварки и в частности к способам контакно-стыковой сварки стрежневых тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных энергетических установок.

Твэлы представляют собой трубчатую конструкцию, загерметизированную со стороны торцов приваренными к ней заглушками.

Известен способ контактной стыковой сварки сопротивлением трубы с заглушкой, используемый при изготовлении твэлов по А.С. СССР №1596576, МПК В23К 11/02, 1987, включающий фиксацию конца оболочки с заглублением в разъемном кольцевом упоре-холодильнике, выполняющем также роль токоподвода, шунтирование участков трубы, прилегающих к каждому сектору данного устройства, для получения сопротивления заданной величины, сжатие трубы с заглушкой, имеющей наружный диаметр больше внутреннего диаметра трубы, но меньше наружного ее диаметра, и нагрев свариваемых деталей электрическим током с одновременным обеспечением теплоотвода от наружной поверхности трубы в зоне сварки.

Недостатками известного способа является сложность его выполнения в связи с необходимостью изготовления сварочной оснастки (упора-холодильника) с заданным законом изменения сопротивления, нестабильность качества сварных соединений из-за изменения характеристик сварочной оснастки под воздействием термических и динамических механических воздействий на нее в процессе работы.

Известен способ изготовления твэлов контактной стыковой сваркой трубы с заглушкой по патенту РФ №2082574, МПК В23К 11/02, G21С 3/00, 1997, включающий фиксацию оболочки в токоподводе с заглублением, сжатие трубы с заглушкой, имеющей наружный диаметр больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, и нагрев свариваемых деталей электрическим током, распределяемым по поверхности трубы в зоне сварки.

Недостатками известного способа является сложность его выполнения в связи с необходимостью осуществлять распределение сварочного тока по поверхности трубы в зоне сварки, что требует специальной сложной дорогостоящей сварочной оснастки - токоподвода или применения специальных покрытий на конце трубы или на внутренней поверхности отверстия токоподводва, в зоне выполнения сварного соединения. И то и другое не гарантирует стабильного качества сварных соединений из-за возможности изменения характеристик сварочной оснастки под воздействием термических и динамических механических воздействий на нее в процессе работы и сложности равномерного распределения тока по периметру соединения.

Наиболее близким к заявляемому является способ по патенту РФ №2166215, МКИ G 21 С2102 В23К 11/02, бюл. №8 от 20.03.2001 г. (прототип), заключающийся в фиксации трубы в токоподводе с заглублением, сжатие торца трубы с заглушкой, имеющей наружный диаметр больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, нагрев свариваемых деталей электрическим током, распределяемым по поверхности трубы в зоне сварки, и сварку с переменной скоростью движения заглушки в течение всего цикла сварки.

Недостатками известного способа является сложность равномерного распределения тока по периметру соединения из-за необходимости осуществлять распределение сварочного тока по поверхности трубы в зоне сварки, что требует специальной, сложной сварочной оснастки и не гарантирует стабильного качества сварных соединений из-за возможности изменения характеристик сварочной оснастки в целом или ее отдельных участков под воздействием термических, динамических и механических воздействий на нее в процессе работы.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии сварки без ухудшения качественных показателей сварных соединений.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, включающем размещение и фиксацию конца трубы с заглублением в сварочной оснастке, разогрев электрическим током сжатых торцами конца трубы и заглушки, имеющей, по крайней мере, один участок, ввариваемый в стенку трубы, с диаметром больше внутреннего, но меньше наружного диаметра трубы, с последующей вваркой с переменной скоростью перемещения заглушки в стенку трубы, согласно изобретению участок трубы от ее конца на длину, равную полутора - трем толщинам стенки трубы, размещают на участке сварочной оснастки, обладающем электрическим сопротивлением меньшим, чем сопротивление материала участка трубы в зоне сварки, с последующим преимущественным разогревом концов этого участка указанной длины за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом преимущественной подачи сварочного тока в трубу, расположенном от ее торца на расстоянии, равном полутора - трем толщинам стенки трубы, до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния шириной в центральной части сварного соединения от 0,1 до 3-х толщин стенок трубы.

Представленная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники и обеспечивает решение поставленной задачи, так как:

- размещение конца трубы длиной, равной от полутора до трех толщин ее стенки, на участке сварочной оснастки, обладающем электрическим сопротивлением меньшим сопротивления материала участка трубы в зоне сварки, не требует специального распределения электрического тока по поверхности трубы и позволяет использовать для сварки более простую в изготовлении и более надежную и долговечную сварочную оснастку, что упрощает технологию сварки и повышает ее стабильность. Если длина конца трубы, размещенного на этом участке, превышает три толщины стенки этой трубы, то не удается получить сварные соединения требуемой протяженности. Это связано с тем, что участок трубы между ее торцом и местом подачи сварочного тока в трубу частично остается непрогретым и сварное соединение формируется только за счет нагрева и деформации металла в районе торца трубы.

Если длина конца трубы, размещенного на участке сварочной оснастки, обладающем электрическим сопротивлением меньшим сопротивления участка трубы в зоне сварки, менее полутора толщины стенки трубы, то для получения сварных соединений требуемой минимальной протяженности необходима сварочная оснастка, обеспечивающая распределение электрического тока по поверхности трубы в зоне сварки, что усложняет технологию сварки;

- преимущественный разогрев концов участка трубы указанной длины в зоне сварки за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом преимущественного ввода тока в трубу, расположенном на расстоянии от торца трубы, равном полторы - три толщины ее стенки, до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния оказывается достаточным для получения сварных соединений требуемого качества и геометрии без использования оснастки, обеспечивающей распределение электрического тока по длине участка трубы в зоне сварки, что упрощает ее конструкцию и технологию сварки;

- наличие зоны термического влияния шириной в центральной части сварного соединения от 0,1 до 3-х толщин стенок трубы обеспечивает получение сварных соединений требуемого качества как по сплошности сварных швов, так и по протяженности сварного соединения вдоль оси трубы. При этом если ширина зоны термического влияния в радиальном направлении меньше 0,1 толщины стенки, то повышается вероятность получения непроваров, а при перегреве сварного соединения с получением зоны термовлияния в центральной части больше трех толщин стенок, как правило, в сварных швах отмечаются точечные микродефекты, ограничивающие возможность использования таких сварных соединений.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг.1 - схема выполнения способа;

фиг.2 - схема сварного соединения;

фиг.3 - фотография сварного соединения, полученная по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Конец трубы 1 длиной, равной полутора - трем толщинам стенки трубы, помещается в отверстие сварочной оснастки 2, представляющей собой кольцевой зажим, состоящий из отдельных секторов. Сварочная оснастка имеет электрическое сопротивление больше электрического сопротивления материала свариваемого участка трубы (фиг.1). Требуемая величина электрического сопротивления обеспечивается за счет наличия в сварочной оснастке участка 3, состоящего из сжатых между собой отдельных бронзовых пластин толщиной 0,3-0,8 мм. Количество и состояние поверхности пластин определяет величину электрического сопротивления оснастки, которое должно быть в пределах 200-1000 мкОм. Минимальная ширина этого участка в предельном случае может определяться толщиной окисной пленки, по крайней мере, на одной из деталей 4 или 5. К торцу трубы прижимается своим торцом заглушка 6, находящаяся в электроде 7 и имеющая диаметр в зоне сварки больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра.

Таким образом, электрический ток (I - показан пунктиром) большей своей частью проходит по участку трубы длиной (L) и разогревает его. При этом за счет контактных сопротивлений наиболее сильному нагреву подвергаются зоны конца трубы, по границам этого участка.

Если свариваемый участок трубы длиной больше полуторной толщины стенки расположен на участке сварочной оснастки, обладающем электрическим сопротивлением меньше сопротивления материала этого участка трубы, что достигается за счет выполнения секторов этого участка из металла, обладающего большей, чем металл трубы, теплоэлектропроводностью (например, бронза БРНБТ), то ток частично проходит по стенке трубы и большей частью непосредственно через сварочную оснастку к концу трубы. При длине участка (L) больше 3-х толщин стенок трубы величина сварочного тока, проходящего по сварочной оснастке к концу трубы, настолько велика, что прогреть весь участок трубы, необходимый для образования сварного шва большой протяженностью, не представляется возможным. С уменьшением участка (L) зоны максимального разогрева, расположенные по его концам, сближаются, образуя зону разогрева (зону термовлияния) 8 в виде гантели, где пластичность металла существенно выше, чем в остальной части свариваемых участков трубы и заглушки. По этой зоне под действием сварочного усилия осуществляется пластическая деформация металла трубы и заглушки. Заглушка вдавливается в стенку трубы с последующим образованием сварного шва 9 (фиг.2, 3). Если ширина зоны термовлияния в центральной части (К) сварного соединения меньше 0,1 толщины стенки трубы, то для обеспечения необходимого перемещения заглушки требуется повышенное сварочное усилие. Увеличение сварочного усилия снижает интенсивность нагрева стыка сварного соединения, что в свою очередь способствует уменьшению объема образующегося при сварке грата. Все это, в конечном итоге, способствует возникновению непроваров. Для случая, когда величина зоны термовлияния больше 3-х толщин стенок, наоборот, объем разогретого до пластического состояния металла настолько велик, что для получения необходимого перемещения заглушки требуется более низкое сварочное усилие. Снижение сварочного усилия приводит к увеличению электрического сопротивления в стыке и дальнейшему разогреву сварного соединения. Значительная часть металла выдавливается в виде грата. Сварной шов формируется в условиях неравномерного объемного сжатия, что приводит к возникновению точечных локальных микродефектов, ограничивающих возможность использования таких сварных соединений.

Пример конкретного выполнения способа

Предложенный способ сварки был проверен при сварке образцов и макетных ТВЭЛов, оболочки которых представляют трубу из сплава циркония Э-110 с наружным диаметром 9,13 мм при толщине стенки 0,6 мм. Сварка выполнялась на автомате АССК-4001. Для сварки использовалась сварочная оснастка с величиной сопротивления 200-1000 мкОм. Длина конца свариваемого участка трубы, располагаемого на участке сварочной оснастки, имеющем электрическое сопротивление меньше сопротивления материала участка трубы, составляла 0,9-1,5 мм. Сварка выполнялась при величине сварочного усилия 200-300 кг. Сила сварочного тока составляла 12-13 кА. Характерный вид сварного соединения, удовлетворяющего всем предъявляемым требованиям, полученного при средних значениях этих параметров, показан на фиг.4.

1. Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, включающий размещение и фиксацию конца трубы с заглублением в сварочной оснастке, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки, имеющей участок, ввариваемый в стенку трубы, диаметром больше внутреннего, но меньше наружного диаметра трубы, и последующую вварку заглушки в стенку трубы с переменной скоростью продвижения заглушки, отличающийся тем, что конец трубы на участке длиной 1,5-3 толщины стенки трубы размещают на участке сварочной оснастки, электрическое сопротивление которого меньше сопротивления материала участка трубы в зоне сварки, разогрев сварочным током сжатых торцами конца трубы и заглушки осуществляют за счет контактного сопротивления в стыке между торцом трубы и заглушки и местом подачи сварочного тока в трубу, расположенном на расстоянии, равном 1,5-3 толщины стенки трубы от ее конца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разогрев свариваемых деталей при сварке ведут до образования общей по длине сварного соединения зоны термического влияния с шириной в центральной части сварного соединения, равной 0,1-3 толщины стенки трубы.