Способ контактной стыковой сварки труб

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 4 В 23 К 11 0 И ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ оплавления величинабы, см;длина зоэкспандир гд гца тр рубц пр 1 1 геформ а ци иванин, см. Эта в упругих д ее внутрелием Ро. ли фо Р.Ъпр =- ехр ( е г.) -цилиндричес определяема бЗ 0= 12(я жесткость трубы,по зависимости ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения Сварканефтегазстрой(54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБ(57) Изобретение относится к способам контактной стыковой сварки труб и может быть использовано для сварки различных развитых тонкостенных сечений. Цель изобретения - расширение технологических возможИзобретение относится к способам сварки и сборки стыков труб контактными методами и может быть использовано для контактной сварки различных развитых сечений, в частности, тонкостенных.Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет обеспечения сварки тонкостенных труб и повышение качества сварки.Согласно способу свариваемые трубы центрируют, зажимают, оплавляют их торцы и производят осадку. Перед оплавлением осуществляют экспандирование труб на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки. Экспандирование осуществляют силовым внутренним радиальным воздействием в плоскости, расстояние от которой до торца трубы определяется по формулег. =г+т, (1),1479233 А ностей способа за счет обеспечения сварки тонкостенных труб и повышение качества сварки. Трубы перед оплавлением экспандируют силовым радиальным внутренним воздействием в плоскости, перпендикулярной оси трубы, на величину изменения диаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки. Плоскость силового радиального внутреннего воздействия на трубу располагают на расстоянии от торца трубы, равном г.=г+ггг, где 1 - величина оплавления конца трубы; ггг - длина зоны деформации трубы при экспандировании. Установление связи между температурными и силовыми деформациями позволяет в процессе нагрева избежать образования раструбообразности концов труб, мешающей реализации значительных осесимметричных С осадных усилий, а следовательно, и качественной сварке. 6 ил. ина выбирается из условий маций стенки тр)бы % р при радиальном нагружении уситолщина стенки трубы, см;модуль упругости материала трубькгс/см;(9) ч - коэффициент Пуассона материала трубы;Х - характеристика трубы, см , определяемая по формуле Я - средний радиус трубы, см,Из формулы (2) следует, что направление деформации совпадает с направлением воздействия силами Ро присов 1,(0, (5) т, е. граничное условие деформации трубыХи, -- л/2 (6) подставляя (4), определяем На фиг. 1 изображен конец трубы в процессе экспандирования при контактной стыковой сварке, продольное сечение; на фиг. 2 - аппроксимированный к экспоненте график распределения температур вдоль образующей трубы; на фиг, 3 - график изменения деформаций стенки трубы вдоль образующей трубы; на фиг. 4, - стык труб непосредственно перед осадкой, продольное сечение; на фиг, 5 - эпюра деформаций температурного поля, поле экспандирования и суммарная эпюра наложения деформаций; на фиг, 6 - устройство для реализации способа, общий вид.На фиг, 2 аппроксимированная к экспоненте температура равна Т=Т .ехр( - Кт), (8) где К - декремент экспоненты, или коэффициент жесткости режима сварки.Кривая показывает распределение температур Т в зависимости от расстояния от торца трубы т при начальной температуре процесса сварки труб Т.р. При этом технологическая точка сварки Т соответствует абсциссе т=т.Конечный диаметр экспандирования Оэксп может быть найден по формулеОэксп= Отр+ 2 Ф где О.р - средний диаметр трубы, см;К - величина радиальных температурных деформаций, см: 2 аТскКФи (10)+,з(,)а - коэффициент линейного расширенияматериала трубы, градПри наложении кривых Т=(т) (фиг, 2) и К=(т) (фиг, 3) варьированием коэффицентра жесткости режима сварки К достигается при наложении деформаций температурного поля и поля экспандирования цилиндричность концов свариваемых труб. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устройство (фиг. 6) для реализации способа контактной стыковой сварки труб 1содержит воздействующие башмаки 2, закрепляемые на силовом экспандере 3, приводимом в действие известными устройствами (не показаны), установленном на штанге 4, При этом расстояние воздействующимибашмаками 2 при закреплении должно составлять 21. (1. рассчитывается по формуле(1),Эксп андер выпол нен с возможностьюосевого смешения зажимающих трубы 1частей, что дает возможность перемещатьтрубы 1 в процессе оплавления и осадки.Стык труб 1 собирается в сварочной машине 5. Трубы центрируются и зажимаютсясиловыми башмаками 6 сварочной машины 5.Токоподвод осуществляется через токоподводящие башмаки 7 сварочной машины 5.Привод оплавления и осадки включен в конструкцию сварочной машины 5.Способ контактной стыковой сварки осуществляется следующим образом.Трубы 1 собираются в сварочной машины 5, где центрируются и фиксируются силовыми башмаками 6. Осуществляется фиксация труб 1 токоподводяшими башмаками 7. Экспандером 3 осуществляется экспандирование труб 1 при помощи воздействующих башмаков 2 на величину деформации,равную величине изменения диаметра труб 1при нагреве до технологической температурысварки (эта величина определяется из формулы (10). Затем осуществляют оплавлениетруб 1, При этом осесимметричные усилияоплавления невелики и устойчивость концовтруб достаточна для сохранения формы.В процессе оплавления происходит нагревторцовых частей труб 1 до технологическойтемпературы сварки. Таким образом, наложение деформаций температурного поляи поля экспандирования обеспечивает цилиндричность концов труб при последующейосадке, где осесимметричные усилия осадкизначительно превышают усилия при оплавлении. Цилиндричность концов труб приосадке предохраняет стык от продольнойпотери устойчивости. После окончательногоформирования стыка сваренные трубы освобождаются от башмаков 6 и 7 сварочноймашины 5 и извлекаются. Далее процессповторяется.Пример, Сваривали оболочки из стали 20наружным диаметром 114 мм с толщинойстенки 1 мм. Величина оплавления 6 мм, величина осадки 2 мм.Цилиндрическая жесткость трубы О==1,71 см , длина зоны деформации трубыпри экспандировании т=0,92 см; величинатемпературных деформаций %=0,18 см;конечный диаметр экспандирования Оэксп== 11,76 см. Внутреннее воздействие на трубупроизводилось на удалении от торца, равном1.=1+ т=1,52 см.Исходные данные: технологическая температура сварки Т-=1400 С; коэффициент линейного расширения материала трубы а=1,5 10град , предел текучести материала трубы о =3700 кгс/см, коэффициент Пуассона М =0,3, модуль упругости Е=210 кгс/см, декремент экспоненты К=0,6.При описанном сочетании геометрических факторов Е и Оэксп. обеспечивается форма концы трубы, максимально близкая к цилиндрической.Установление связи между температурными и силовыми деформациями позволяет в процессе оплавления избежать образования раструбообразности концов труб, мешающей реализации значительных осесимметричных осадных усилий, а следовательно, и сварке труб, особенно труб с малой толщиной стенки. Формула изобретения Способ контактной стыковой сварки трубвключающий центрование, зажим, оплавле 5 ние торцов, экспандирование торцов силовым радиальным внутренним воздействиемна них и осадку, отличающийся тем, что,с целью расширения технологических возможностей способа путем обеспечения сварки тонкостенных труб и повышения качествасварки, экспандирование осуществляют перед оплавлением на величину изменениядиаметра трубы при нагреве ее до технологической температуры сварки в плоскости,расположенной на расстоянии 1. от торца15 трубы, равномЕ=1+т,где 1 - величина оплавления концов трубы;т - длина зоны деформации трубы приэкспандировании.1479233 фриск Ю ильев комитета по изобретениям и откры сква, Ж - 35, Раушская наб., д кий комбинат Г 1 атент, г. Ужгоро Редактор И. РыбценкоЗаказ 248ВНИИПИ Государственного13035, МПроизводственно. издатель Составит ехред И, Тираж 895 И. Фелицинаес КорректорПодписное тиям при ГКНТ СС4/5д, ул. Гагарина, О