Способ соединения труб с трубной решеткой

(54) (57) 1. СПОСО С ТРУБНОЙ РЕШЕТКО бы устанавливают ной решетки и пр ,ледней кольцевыми ч а ю щ и й с я повышения работос соединения, после Б СОЕДИН Й, при к в отверс ивариваю швами, тем, чт пособнос приварк ЕНИЯ оторо тия т к о т о, с ти с и тр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО(56) 1. Бондарев А.И, и др.тивные способы сварки трубными досками в энергомашннонии. М НИИЭинформэнергомаш7-79-05, 1979, с. 39.2. Зеленин В.А. и др. Свсоединения труб с трубнымисудовых теплообменныхЛ., "Судостроениеф, 19отип)трубной решетке кольцевьии швами выполняют по крайней мере один усиливающий шов изнутри трубы по обра зующей путем сквозного проплавления ее стенки совместно с прилегающим к зоне сплавленил металлом трубной решетки.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью пов шения качества сборки и стабильно проплавления усиливающих швов, на трубах предварительно выполняют про рези под усиливающие швы.3. Способ по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения деФормаций металла трубы н исключения образования трещин в основном металле, усиливающие швы выполняют на заданном расстоянии от кольцевых швов.4, Способ по пп. 1 ч 3, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью упрощения технологии и повынения про иэводительности, усиливающие швы выполняют в виде сварных точек.5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Однако вальцовочные соединенияимеют тенденцию к релаксации напря-жений в условиях высоких температур и знакопеременных вибрационныхнагру;лений при эксплуатации, в результате чего герметизирующий свар-.ной шов начинает выполнять и силовыефункции.Вследствие воздействия постоянныхи особенно опасных переменных нагрузок (в связи с наличием концентратора напряжений в виде зазора междутрубой и трубной решеткой) в сварныхшвах возможно образование трещин ипоявление межконтурных течей в местах разрушениячто для ответственных теплообменных аппаратов и парогенераторов, как правило, недопустимо,Для устранения этого явленияприменяют технологические процессысварки, обеспечивакицие увеличениерабочего сечения швов за счет, например, применения высококонцентрированных источников нагрева, таких,как электронно-лучевая сварка, сварка лучом ОКГ или других способов,например, многослойной аргонодуговой сварки.Каждый из этих способов обеспечивает качественное выполнение свар . Изобретение относится к сварке, в частности к способам соединения труб с трубной решеткой и может быть использовано при производстве теплообменных аппаратов и парогенераторов, имеющих узел закрепления типа. труба-трубная решетка или труба-толстостенный коллектор, как в энергетике, так и в других отраслях промышленности, использующих эту широко распространенную конструкцию соединения, в частности в нефтехимической промышленности и судостроении.Обычно при изготовлении ответственных теплообменных аппаратов применяют комбинированный способ закрепления труб в трубных решетках или коллекторах, представляющий собой . сочетание приварки труб кольцевыми швами Й запрессовки их в отверстиях трубной решетки в большинстве случаев на всю ее толщину путем механической раздачи .или импульсным методом Ц .Недостатки этих способов состоят в том, что возникающие при этом контактные напряжения между трубой и отверстием трубной решетки препятствуют осевому и иэгибному перемещению труб под действием температурных и иных напряжений в процессе эксплуатации, тем самым разгружая кольцевой герметизирующий шов от воздействия эксплуатационных нагрузок на трубный пучок. ных соединений при существенном усложнении технологии и применении весьма дорогостоящего и сложного оборудования. При этом не всегда удается достигнуть необходимого положительного эффекта, так как усталостная прочность соединений с увеличенной глубиной проплавления возрастает незначительно из-эа наличия. концентратора напряжений в виде,зазора между трубой и трубной решеткой, играющего роль острого надреза в корне шва.Наиболее близким к предлагаемому является способ соединения труб с трубной решеткой, при котором трубы устанавливают в отверстия трубной решетки и приваривают к последнеи кольцевыми швами 2 .Недостатком этого способа, кроме трудности выполнения кольцевых швов на значительном расстоянии от внешней поверхности трубной решетки, является также то, что кольцевые швы,являющиеся лобовыми по отноше- нию, например, к осевому нагружениювследствие неравномерного разогревакорпуса и труб прямотрубных теплообменных аппаратов, имеют вследствиетакого расположения низкую деформационную способность и, следовательно, шов, расположенный со сторонытрубного пучка, будет полностью воспринимать осевое нагружение, в товремя как шов, расположенный ближек внешней стороне трубной решетки,это. усилие не воспринимает, а учитывая, что, как правило, разрушение сварных швов срабочим сечением больше толщины стенки привариваемой трубы идет перпендикулярноее образующей, в целом работоспособность узла заделки, выполненногопо такому технологическому варианту,определяется только работоспособ-,.ностью шва, расположенного со стороны трубного пучка.Цель изобретения - повышение работоспособности сварного соединения.Указанная цель достигается тем,что согласно способу соединения трубс трубной решеткой, при которомтрубы устанавливают в отверстиятрубной решетки и приваривают кпоследней кольцевыми швами, послеприварки труб к трубной решеткекольцевыми швами выполняют по крайней мере один усиливающий шов изнутрИ трубы по образующей путем сквозного проплавления ее стенки совместно с прилегающим к зоне сплавленияметаллом трубной решетки,С целью повышения качества сборки и стабильности проплавления уси-ливающих швов, на трубах предварительно выполняют прорези под усиливающие швы.1038151 С целью уменьшения деформации и:исключения образования трещин в основном металле усиливающие швывыполняют на заданном расстоянииот кольцевых швов,С целью упрощения технологии и 5повыаения производительности, усиливающие швы выполняют в виде сварных точек.На фиг, 1 представлена схемаосуществления способа, на фиг. 2 - 10прорези под усиливающие швам нафиг. 3 - заплавление полученных прорезей, на фиг. 4 - сечение А-А нафиг. 2, вариант 1; на фиг. 5 - то же,вариант Пф на фиг. б - один иэ вариантов способа, ,на фиг, 7 - усиливающие точечные швы, на фиг. 8усиливающие точечные швы в прорезях.Способ соединения труб с трубнойрешеткой осуществляется следующимобразом.Трубу 1 устанавливают в отверстиитрубной решетки 2, предварительно закрепляют ее, например, механической подвальцовкой на глубину 10-15 юи приваривают кольцевым швом 3 к25трубной решетке, после чего выполняют по образующей продольные швы 4. ФЩ 1Размеры сварных соединений Прочность соединения Циклическое нагружение Статическоенагружение ольцевой .продольный шовшов Способ Глубинапроплавле ирина ния Предел выносливости Мпа, место разрушения Усилие вы-:рыва,кН,место разрушения, Длина 1,4 150,По сварномушву 25;По сварномуьзву Базовый 210;По трубе вместе окончания про"дольныхшвов Предлагаемый 1,4 46;По основному металлу трубы с образованием шейки 15 1,4 имеют значительно лучшие показатели как по статическои, так и по усталостной п 1 ючности. Характер разрушения соединений свидетельствует о том, что кольцевой герметизирующий шов в соединениях, выполненных по данному способу, оказывается разгруженным от действующих на него уси лий.Положительный эффект может батьдостигнут при выполнении даже одного усиливающего шва, однако с целью и более равномерного распределения А 5 напряжений по периметру кольцевого В таблице приведены усредненные результаты усилия вырыва по испытанию б образцов на каждый вариант., За предел ограниченной выносливости принимают отношение максимальной нагрузки в цикле, при которой не происходило разрушение образца на выбранной базе испытаний, к номинальному поперечному сечению трубы. На каждый вариант было испытано по 10 образцов.Проведенные испытания см. таблицу) показывают, что соединения, выполненные по предлагаемому способу,Лучшии вариант способа - внполнение продольньс; тров по прорезям на трубах (фиг. 1) осуществлен на образцах из стали марки 08 Х 18 Н 10 Т.Диаметр труба 18 мм, толщина стенки 1,4 мм, толщина трубной решетки 60 мм, количество продольных швов 4 шт. Сварку образцов осуществляют аргонодуговой сваркой неплавящимся. вольфрамовым электродом автоматом АГб(конструкции ЦНИИТ-. ИАШ) беэ присадочной проволоки. Продольные швы выполнены специальной сварочной головкой, изготовленной для отработки технологии автоматической сварки продольных швов изнут.ри привариваемых труб. Йроведено сравнительное испытание по определению статической прочности при осевом нагружении, а также усталостной прочности при ассиметричном циклическом растяжении на базе 2 млн. циклов этих образцов и образцов, выполненных только кольцевым швом (базовый вариант),Ы таблице приведены результатыиспытаний, 1038151шва целесообразно усиливать последний не менее чем двумя усиливающимишвами. При этом швы рекомендуетсярасполагать равйомерно по периметру трубы.Способ может быть усовершенствован за счет предварительного выполнения на привариваемых трубкахсквозных прорезей 5 в местах последующего выполнения усиливающихшвов, За счет этого обеспечивается 10Ъолее надежное сплавление усиливающих швов с прилегающим основным металлом трубной решетки, уменьшениенеобходимой погонной энергии сварки,кроме того, регулируя количество 15подаваемого присадочного металла,можно обеспечить оптимальное рабочее сечение усиливающих швов безобразования усиления, неизбежноговследствие теплового расширения 20металла при варианте сварки безпредварительного выполнения прорезейна трубах,Немаловажным достоинством данного усовершенствования является такжето, что после выполнения продольныхразрезов торец привариваемой трубыможет быть без значительных пластических деформаций подвергнут раздачена конус, так как в данном вариантераздача обеспечивается за счет изгибаэлементов разрезанного торца трубы.При этом отпадает необходимость впредварительной селекции труб по диаметру, так как ограничения по холодной деформации при сборке могут быть 35без ущерба для качества расширены,облегчается сборочное крепление трубв отверстиях трубной решетки,так какторец трубы с прорезями подобноразрезной цанге, удерживается в отверстии за счет упругих сил, Крометого, может быть успешно выполненасборка труб при относительно большойвеличине зазоров в соединении с трубной решеткой, 45При сварке теплообменных аппаратов из некоторых материалов, в частности цветных металлов и высоколегированных сталей, склонных к образованию горячих подсолидусных трещин,в местах пересечения продольныхусиливающих ивов и кольцевого герме. тиэирующего вследствие неблагоприятного распределения температурных напряжений возможна значительная де Формация металла трубы и образование трещин в процессе сварки.Чтобы избежать этого, рекомендуется вариант способа, при котором усиливающие швы выполняют на неМо- тором расстоянии от кольцевого шва, не допуская их пересечения, При этом расстояние до кольцевого шва определяется теплофизическими характеристиками и деформационной способностью свариваемых материалов,Оптимальная величина расстояния от продольных швов до кольцевого определяется опытным путем и в большинстве случаев находится в пределах 2-4 толщин стенки привариваемой трубы.Способ может быть также усовершенствован с целью повышения производительности и упрощения технологии за счет выполнения усиливающих швов путем точечного проплавления стенки п 1 Фвариваемых труб швами типа электроэаклепочных 6. При этом требуемая из прочностных соображений суммарная площадь поперечного сечения точечных швов может быть обеспечена за счет увеличения их количества по периметру трубы, а при невозможности их близкого расположения друг к другу - за счет расположения в несколько рядов по периметру параллельно кольцевому герметизирукидему швуеДля лучшего проплавления и стабилизации рабочего сечения точечных швов целесообразно, особенно при значительной толщине проплавляемого металла, до сборки выполнять отверстия 7 в трубах в местах последующей сварки усиливающих точечных швов, Эти же отверстия могут служить для ориентировки сварочной горелки при выполнении швов.Следует отметить, что выполнение предлагаемых соединений труб с трубными решетками усиливающих продольных или точечных швов не создает ограничений в части технологии выполнения кольцевого герметизирующего шва, который может накладываться любым из применяемых в насто - ящее время методов сварки.1038151 -4 Рориокю Х ВНИИПИ Заказ 6112/1 б Тираи 1106 Подписное Филиал ППП "Патентф,