Способ приварки труб к трубным решеткам

(19) (1) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 599941, кл, В 23 К 31/06, 1976,2. Авторское свидетельство. СССР 9 737170, кл. В 23 К 31/06, 1977 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ПРИВАРКИ ТРУБ К ТРУБ НЫМ РЕШЕТКАМ, включающий размещение трубы с заглублением в отверстиях трубной решетки и выполнение сварки сварочной дугой, пятно которой смещают на тело трубной решетки, о т 4(51) В 23 К 31/06; В 23 К 33/00 л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, отверстия со стороны наружной поверхности трубных решеток выполняют конусными, трубы размещают в отверстиях и раздают их до соприкосновения с конусной поверхностью отверстий, после чего растачивают отверстия со стороны наружной поверх ности трубных решеток на цилиндр на глубину, равную двум толщинам стенки трубы, с диаметром, равным максимальному диаметру конусной части отверстия в трубной решетке, с радиусом перехода от цилиндра к конусу, равным толщине стенки трубы, после чего приваривают концы труб к трубной решетке5 10 15 20 25 30 40 45 50 Цель достигается тем, что согласно способу приварки труб к трубным решеткам, включающему размещение трубы с заглублением в отверстиях трубной решетки и выполнение сваркисварочной дугой, пятно которой смещают на тело трубной решетки, отверстия со стороны наружной поверхности трубных решеток вьшолняют конус- ными, трубы размещают в отверстиях Изобретение относится к сваркеплавлением, в частности к способуприварки труб к трубным решеткам,и может найти применение в энергетической, атомной, судостроительнойи других отраслях при изготовлениитрубных конструкций, например теплообменных аппаратов с трубной системой,Известен способ сварки труб струбными досками, при котором трубуутапливают ниже поверхности трубнойрешеткиНедостатком способа сварки является низкая работоспособность сварных соединений в процессе эксплуатации сварных конструкций.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ электродуговой приварки трубк трубным решеткам, включающий раз -мещение трубы с заглублением в отверстиях трубной решетки,и выполнение сварки сварочной дугой, пятнокоторой смещено на тело трубной решетки21.Недостатком известного способаявляется его ограниченная применимость - только для сварки Г-образным электродом и при обязательномприменении флюсов, связывающих водо-род и предупреждающих порообразоваиие. Такие флюсы разработаны толькодля сварки отдельных металлов, чтоеще более сужает объем использования Зспособа. Кроме того, многие из флюсовявляются гигроскопичными, а операция нанесения их на вертикальнуюцилиндрическую поверхность и удержания на ней весьма сложна технологически. Поглощение флюсом влаги иосыпание его с вертикальных стеноксвариваемых деталей сводит на нетпреимущества способа.Цель изобретения - разработкаспособа сварки, позволяющего получатьсварные соединения без дефектов(без пор). и раздают их до соприкосновенияс конусиой поверхностью отверстий,после чего растачивают отвер"тиясо стороны наружной поверхноститрубных решеток на цилиндр на глубину, равную двум толщинам стенкитрубы, с диаметром, равным максимальному диаметру конусной части отверстия в трубной решетке, с радиусомперехода от цилиндра к конусу, равным толщине стенки трубы, после чего приваривают концы труб к трубнойрешетке,Расточка отверстий на глубинуодной- двух толщин стенки трубы производится с целью удаления загрязнений, попавших в верхнюю часть зазора при раздаче трубы, а так жедля получения цилиндрической поверхности на теле трубной решетки, накоторую можно сместить при сваркепятно сварочной дуги, Этим технологическим приемом удается оптимальным способом распределить тепло дуги между свариваемыми детапями: массивной трубной решеткой и тонкостенной трубой. Глубина расточки на цилиндр определяется тем, что после сварки этот участок оказывается расплавленным и его протяженность определяет величину рабочего сечения шва, а соответственно и работоспособность соединения. Диаметр расточки на цилиндр принят равным максималь ному диаметру конуса наружной сторо-. ны трубной решетки. Это объясняется тем, что при такой расточке обрабатывается вся поверхность участка трубной решетки в зоне расплавления выше торца трубы.Если диаметр цилиндра принять меньшим максимального диаметра конуса, то в верхней ч,"сти отверстия остается необработанной конусная часть поверхности отверстия в трубной решетке, в которой остается: утоненное кольцо концевой части трубы. Таким образом, двойная поверхность в этой зоне механически необ- работана, что вызывает появление дефектов (пор, трещин и т.д.). Если диаметр цилиндра принять большим максимального диаметра конуса, то уменьшается величина перемычки между двумя соседними отверстиями в трубной решетке, что недопустимо из-за уменьшения ее жесткости и прочности. Таким образом, оптимальнымО В процессе раздачи концов труб и во время вылеживания (в период между сборкой и сваркой) на поверхности труб и в верхней части зазоров возможна абсорбция влаги, сосредоточение загрязнений и т.д. С целью их удаления выполняют расточку тела 45 трубной решетки (вместе с закрепленной в ней трубой). Наиболее целесообразной формой расточки является цилиндрическая с плавным переходом от тела трубной решетки к трубе. Ди аметр расточки равен максимальному диаметру конуса 0, (фиг.1). При цилиндрической расточке пятно дуги можно смещать на тело трубной решетки и тем самым получ;:ть сварной шов 55 требуемой геометрической формы. Величина пятна дуги практически соизмерима с толщиной стенки трубы д, подиаметром цилиндра является максимальный диаметр конусной части отверстия.Для улучшения формирования сьарного шва и предупреждения несплавления переход от цилиндрической части в трубной решетке к конусу выполняют равным толщине стенки трубы, после чего приваривают концы труб к трубной решетке.На фиг. 1 представлена сборка трубы с трубной решеткой; на фиг. 2 - соединение после раздачи конца трубы до соприкосновения ее с конусной поверхностью трубной ре щетки; на фиг. 3 - то же, после вы-. полнения цилиндрической расточки; на фиг. 4 - сварное. соединение трубы с трубной решеткой.При сварном соединении трубы 1 2 б с трубной решеткой 2 геометрическая форма поперечного сечения сварного шва (фиг. 4) обеспечивает его равнопрочноств по отношению к телу трубы. Зто достигается смещением 2 пятна сварочной дуги на цилиндрическую поверхность отверстия в трубной решетке (выше радиуса К или в его верхней части). Благодаря этому большая часть тепловой энергии расходуется на плавление металла массивной трубной решетки, а меньшая - на плавление тонкостенной трубы.В случае отсутствия цилиндрической расточки при малой величине перемычки между отверстиями трубной решетки невозможно сместить пятно дуги на требуемую величиину,этому глубина цилиндрической расточки должна быть пеменее величины сГ,Учитывая, что имеетсярадиус перехода К = (1 - 0,5) 8, глубина расточки должна быть увеличена на величину его максимального значения К== с . Таким образом, максимальноезначение глубины проплавления принято равным 2 У . Значение глубиныдолжно находиться в интервале(1 - 2) д,С уменьшением расстояния междуотверстиями в трубной решетке ее жесткость и прочность понижаются. В данном случае это расстояние на большей протяженности по толщине трубной решетки остается неизменным, ауменьшается только на небольшомрасстоянии, не превышающим 2 д.Учитывая, что толщина трубных решеток в теплообменных аппаратах, применительно к которым рекомендуетсяпредлагаемый способ, значительнобольше толщины стенки трубы (на 1-2порядка), такое ослабление практически не сказывается на жесткости ипрочности решетки,При выполнении цилиндрической расточки и при сварке согласно предлагаемому способу удалось получить оптимальную геометрическую форму входного отверстия, при которой понижается гидравлическое сопротивление при прохождении жидкости через трубную систему. При этом повышается производительность теплообменных аппаратов. П р и м е р. Сварка труб с трубной решеткой выполняется в защитной среде аргона неплавящимся вольфрамовым электродом диаметром 2 мм (заточенным на конце) без присадки. Сила сварочного тока 50 А, напряжение на дуге 9-10 В (длина дугового промежутка 0,8-1,2 мм), время сварки одной трубки диаметром 10- 13 мм составляет 10-15 с. Приваривают 27 труб к трубным решеткам (материал - сплав ПТМ). Размер труб 7 х 0,8 мм, толщина трубной решетки 30 мм. Отверстия в трубной решетке выполняют конусными на глубину 14 мм, максимальный диаметр конуса 8,6 мм. Раздача концов производится дорном. Обработка на цилиндр осуществляется на сверлильном станке .сверлом диаметром 8,6 мм, имеющим закругление радиусом 0,8 мм.140916 О Внешний осмотр и замер параметровР 5 Капиллярнаядефектоскопия Радиографический контСпособ роль Поры 36 шт, размеромдо 0,6 мм Внешние дефектыразмером до0,5 мм - 4 шт,Формирование удовлетворительное,наплыв до 0,5 ммна сторону Известный Формирование удовлетворительное,наплыв до 0,2 ммна сторону Предлагаемый Поры 9 шт. размером до 0,2 мм Дефектов не обнаружено Результаты контроля приведеныв таблице,Как видно из таблицы, применениепредлагаемого способа сварки позволило резко уменьшить количество дефектов,Таким образом, использование предлагаемого способа сварки по сравнению с известным позволяет расширитьобласть применения, в том числе длясварки тонкостенных труб малых диаметров, способствует уменьшению величины наплыва расплавленного металла внутрь трубы и снижению гидравлического сопротивления на входе средыв трубную систему, т.е. повышениюпроизводительности теплообменногоаппарата, кроме того, уменьшениюдефектов типа пор, снижению процен.та бракаи уменьшению расхода наего ремонт, а также повышению качества сварного соединения, т.е. повышению надежности и долговечности сварных конструкций.2 Тирам 086ИИПИ Государственного комипо делам изобретений и от3035, Москва, 3-35, Раушска ое ПодСССР е ы, д. 4/5 н Проектная,"Патент", г. Уш Фили од Составитель Ю. Мельцоведактор О. Бугир Техред Л.Иикеш Корректор С. Шекмар