Способ соединения труб с трубной решеткой

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалист ичесанхРеспублик о 1770617 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 22.11. 78 (21) 2687370/25-27с присоединением заявки йо)(зВ 21 Э 39/06 Государстаеииый комитет СССР ио делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. И. Черненко, А. Б. Дмитриев и И. Л, Кузнецов Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт(7 1 ) 3 а я в итель 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.5Известен способ крепления труб в трубных решетках с помощью вальцовочного соединения 1) . Известный способ осуществляют следующим образом.Конец трубы вставляют в отверстие трубной решетки, при этом между наружной поверхностью конца трубы и поверхностью отверстия трубной решетки возникает технологический зазор. Трубу фиксируют в отверстии. К отверстию трубы подводят вальцовку, содержащую коническое веретено и ролики. При вращении вальцовки осевое перемещение 20 конического веретена передается роликам, которые вращаясь создают радиальное давление на стенки трубы. Под дей-. ствием радиальных усилий в трубе возникают сначала упругие деформации, а 25 затем при напряжениях, превышающих предел текучести, - пластические. Труба раздается до соприкосновения со стенками отверстия. Нод действием радиально направленных сил металл 30 трубы в слоях, близких к поверхностиотверстия трубной решетки, течет ваксиальном направлении. При этомпроисходит некоторое утонение стенкитрубы. При дальнейшем воздействии радиальных усилий в материале трубнойрешетки также возникают упругие ипластические деформации. Таким образом, между трубой и трубной решеткойвозникает напряженное состояние засчет контактного давления между сопряженными поверхностями. Изменяя направление вращения веретена, извлекают вальцовку из отверстия трубы. Приэтом происходит упругая разгрузкаэлементов соединения. Прочность и герметичность полученного вальцовочногосоединения зависят от величины и характера распределения остаточных радиальных напряжений. Величина остаточных радиальных напряжений равнавеличине контактного давления. В процессе эксплуатации соединения величина контактного давления изменяется,так как в результате релаксации происходит уменьшение остаточных радиальных напряжений. Уменьшение контактного давлеиия влечет за собой уменьшение прочности и герметичности соЕдинения.Таким образом, недостатком известного 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 1 О упругой составляющей деформации в зернах с благоприятной ориентировкойплоскостей скольжения (" слабые" зерна) меньше, чем в зернах с неблагоприятной ориентировкой плоскостейскольжения ("сильные" зерна), то приразгрузке элементов соединения от деформирующего усилия в процессе изготовления соединения упругое изменениеразмеров "сильных" зерен должно бытьбольше, чем упругое изменение размеров "слабых" зерен, Однако вследствиевзаимосвязи обоих видов зерен деформация их при разгрузке одинакова, и"слабые" зерна после уменьшения действующих в них напряжений до нулянагружаются затем напряжениями обратного знака. Такимобразом, при раз 5 О 55 60 грузке часть зерен сохранит некоторую долю напряжений, а другая часть зерен получит напряжения обратного знака 5 и решеткой, последующую совместнуюдеформацию закрепляемого участка трубы и трубной решетки и упругую разгрузку элементов соединения, перед 20фиксацией трубы в отверстии трубнойрешетки производят поверхностно-пластическую деформацию наружной, поверхности закрепляемого участка трубы иповерхности отверстия трубно 9 решетки, а после упругой разгрузки элементов соединения соединение подвергаюттепловому воздействию при температуре,равной (0,25-0,4)Т , где Т - абсолютная температура плавления материалаэлементов соединения,В процессе получения соединенияпри изменении формы и размеров элементов соединения происходит относительное смещение зерен металла внутриполикристаллического тела. Плоскостискольжения отдельных зерен произвольно ориентированы в пространстве. Разная ориентация их приводит к тому,что при нагружении пластическая деформация возникает в первую очередь 4 Ов зернах с наиболее благоприятнойориентировкой плоскостей скольжения.Остальные зерна при этом деформируются упруго и могут получать лишь относительное смещение. Так как величина по 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 наружнойповерхности 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 =ТР, где Трер- абсолютная температура рекристаллизации,Т -абсолютная температура плавления. Нагрев 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 разориентировкаплоскостей скольжения в соседствующих.зернах. Затем закрепляемый участок770617 Формула изобретения Составитель И. КапитоновРедактор И. Шубина Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Щомак Заказ 733 /9 Тираж 986 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж,. Раушская наб., д. 4/5Филиал ППППатент, г. ужгород, ул. Проектная,тр) бы анодят В отверстие. К отверс - тию 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 1 Ц 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 неравО 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 температуре плавления материала элементов соединения, а временной интервал задают исходя из требуемых .герметичности и прочности соединения. 30В 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 ус,гановлено, что при тепловом воздействии в течение 10-15 ч при температуре, равной примерно 0,4 Т металла элементов соединения прочность соединения возрастает на 35-80, а герметичность - на 50-100. Этот временной интервал и принят как оптимальный для осуществления данного технологического процесса.В экспериментальных условиях трубы из стали перлитного класса марки 1 Х 2 М размером 16 х 2,5 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 поверхностно- пластической деформации шариками с радиальным усилием 300 кгс. Затем конец трубы завели в отверстие трубной решетки и развальцевали. Полученное соединение подвергли тепловому воздействию при 1=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 щ и й с я 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 Т - абсолютная температура плавления материала элементов соединения.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Дорошенко П. А. "Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов", "Судостроение", Ленинград, 1972, с, 265-284.