RU2164198C1

RU2164198C1 - Method for diffusion welding of lapped tubes

Info

Publication number: RU2164198C1
Application number: RU99118353/02A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Аден; А.Н. Семенов; В.Н. Тюрин; Г.Н. Шевелев
Original assignee: Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-20

Abstract

FIELD: tube welding, namely, diffusion vacuum welding of lapped tubes from different materials. SUBSTANCE: welded zone of tubes 1,2 is placed into stationary annular support 3. Burnishing is realized by means of burnishing roller tool 6 having rod 5 secured eccentrically relative to rotation axis of burnishing tool 6. One burnishing roller 4 is mounted on rod 5 with possibility of rotation around its own axis. Method allows to join lapped tubes with minimum outer and inner diameters without heating bearing assembly supporting burnishing roller higher than 70 C. EFFECT: enhanced quality of tube joint. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки труб, а более конкретно к диффузионной сварке в вакууме труб из разнородных материалов внахлестку, когда собранные внахлестку концы труб нагревают в вакууме до 0,7-0,8 температуры плавления более низкотемпературного сплава и сдавливают стенки труб в области нахлестки между собой в радиальном направлении. Сдавливание осуществляют с усилием 2-5 кг/мм и выдерживают при температуре сварки в течение 2-20 минут. The invention relates to the field of pipe welding, and more particularly to diffusion welding in a vacuum of pipes made of dissimilar materials when overlapping, when the ends of pipes assembled with overlap are heated in a vacuum to 0.7-0.8 the melting temperature of a lower-temperature alloy and compress the pipe walls in the overlap area between themselves in the radial direction. Squeezing is carried out with a force of 2-5 kg / mm and maintained at a welding temperature for 2-20 minutes.

Известен способ диффузионной сварки металлических труб внахлестку, преимущественно коротких, когда сварочное сдавливание нахлесточного участка труб осуществляется последовательно по винтовой линии не менее чем в двух симметрично расположенных точках вращающейся оправкой с раскатными роликами, причем справку перемещают вдоль зоны сварного соединения (см. а.с. СССР N 677851, B 23 K 19/00). Диаметр описанной вокруг роликов окружности на 1-3 мм больше диаметра отверстия внутренней трубы. За каждый оборот оправки ее перемещают вдоль зоны нахлесточного соединения на 0,05-0,5 мм, при этом внутренняя труба в каждый момент вращения оправки деформируется в точках контакта с роликами и с усилием прижимается к внутренней поверхности наружной трубы, в результате чего происходит диффузионное схватывание свариваемых поверхностей труб. A known method of diffusion welding of metal pipes lap, mainly short, when the welding compression of the lap pipe section is carried out sequentially along a helical line at least at two symmetrically located points by a rotating mandrel with rolling rollers, and the certificate is moved along the welded joint zone (see.with. USSR N 677851, B 23 K 19/00). The diameter of the circumference described around the rollers is 1-3 mm larger than the diameter of the hole of the inner pipe. For each revolution of the mandrel, it is moved along the lap joint zone by 0.05-0.5 mm, while the inner tube at each moment of rotation of the mandrel is deformed at the points of contact with the rollers and is pressed against the inner surface of the outer tube with force, resulting in diffusion setting of welded pipe surfaces.

Основным недостатком известного способа является невозможность сварки труб внахлестку диаметром менее 120 мм, т.к. два и более роликов с подшипниками и оправкой практически невозможно расположить во внутренней трубе, с диаметром менее 120 мм, с обеспечением их работоспособности в трубе, которая может быть нагрета до 850 - 1150^oC. Вторым недостатком известного способа является низкая стойкость подшипников, на которых вращаются раскатные ролики, находящиеся в зоне нагрева. За время раскатки подшипники роликов могут нагреваться до 500^o - 750^oC, что приводит к их быстрому износу и выходу из строя.The main disadvantage of this method is the inability to weld lap pipes with a diameter of less than 120 mm, because two or more rollers with bearings and a mandrel is almost impossible to place in the inner pipe, with a diameter of less than 120 mm, ensuring their performance in the pipe, which can be heated to 850 - 1150 ^o C. The second disadvantage of this method is the low resistance of bearings on which rolling rollers in the heating zone rotate. During rolling, the roller bearings can heat up to 500 ^o - 750 ^o C, which leads to their rapid wear and failure.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа диффузионной сварки труб внахлестку, который бы позволял сваривать трубы диаметром менее 120 мм с минимальным внутренним диаметром внутренней трубы до 40 мм, при этом максимальный нагрев подшипников, на которых вращаются раскатные ролики, не должен превышать 70^oC.The problem to which the claimed invention is directed, is to create a method of diffusion lap welding of pipes, which would allow welding pipes with a diameter of less than 120 mm with a minimum inner diameter of the inner pipe of 40 mm, while the maximum heating of the bearings on which the rolling rollers do not have to exceed 70 ^o C.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что стенки труб, нагретых до температуры диффузионной сварки, в каждый момент времени в процессе сварки сдавливаются только в одной точке между раскатным роликом и неподвижной кольцевой опорой, в которую с возможностью перемещения помещается место нахлестки свариваемой заготовки. The technical result obtained by the implementation of the present invention is that the walls of the pipes heated to the temperature of diffusion welding, at each point in time during the welding process are compressed at only one point between the rolling roller and the stationary ring support, in which the place can be moved overlays of the welded workpiece.

Сдавливание стенок труб только в одной точке позволяет использовать для раскатки всего один раскатной ролик диаметром 25-45 мм, что в свою очередь позволяет сваривать трубы с внутренним диаметром, начиная с 40 мм и выше. Squeezing the pipe walls at only one point allows you to use only one rolled roller with a diameter of 25-45 mm for rolling, which in turn allows you to weld pipes with an inner diameter starting from 40 mm and above.

При этом подшипники, на которых вращается раскатной ролик, расположены за пределами нагрева труб и нагреваются при длительной работе не выше 70^oC. Такой нагрев допустим для подшипников как скольжения, так и качения.In this case, the bearings on which the rolling roller rotates are located outside the pipe heating and heat up during continuous operation no higher than 70 ^o C. Such heating is permissible for both sliding and rolling bearings.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе диффузионной сварки труб внахлестку, при котором место нахлестки нагревают до температуры сварки и сдавливают свариваемые поверхности последовательно по винтовой линии с помощью раскатки внутренней трубы вращающимся раскатником, при этом свариваемый участок труб помещают в неподвижную кольцевую опору, а раскатку осуществляют роликовым раскатником, включающем штангу, установленную эксцентрично относительно оси вращения роликового раскатника и закрепленный на ней с возможностью вращения относительно собственной оси один раскатной ролик; кроме того, эксцентрично вращаемую штангу перемещают вдоль оси неподвижно свариваемого участки труб; кроме того, свариваемый участок труб перемещают относительно штанги. The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of diffusion welding of lap pipes, in which the lap is heated to the welding temperature and the surfaces to be welded are pressed successively along a helical line by rolling the inner pipe with a rotating rolling mill, while the section of pipes to be welded is placed in a fixed ring support, and rolling is carried out by a roller rolling mill, including a rod mounted eccentrically relative to the axis of rotation of the rolling rolling mill and mounted on it can rotate about its own axis one rolling roller; in addition, the eccentrically rotated rod is moved along the axis of the motionlessly welded pipe sections; in addition, the welded pipe section is moved relative to the rod.

Сущность заявляемого способа объясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена графическая схема выполнения заявленного способа в случае, когда вдоль неподвижной трубчатой нахлестки перемещают эксцентрично вращаемую штангу. The essence of the proposed method is explained by the drawings, where in FIG. 1 presents a graphical diagram of the implementation of the claimed method in the case when an eccentrically rotated rod is moved along a stationary tubular lap.

На фиг. 2 представлена графическая схема выполнения заявленного способа в случае, когда относительно эксцентрично вращаемой штанги перемещают свариваемый участок труб. In FIG. 2 presents a graphical diagram of the implementation of the claimed method in the case when a relatively eccentrically rotated rod move the welded pipe section.

Чтобы обеспечить диффузионную сварку труб малого диаметра, например, начиная от 40 мм, и при этом не допустить нагрева подшипников, на которых вращается раскатной ролик, свыше 70^oC, необходимо выполнить целый ряд технических условий:
1. Раскатку внутренней трубы в месте нахлестки необходимо производить одним роликом, чтоб можно было максимально снизить диаметр свариваемых труб, при этом раскатной ролик должен быть меньше внутреннего диаметра раскатываемой трубы минимум на 10-15 мм.To ensure diffusion welding of pipes of small diameter, for example, starting from 40 mm, and at the same time to prevent the bearings on which the rolling roller rotates above 70 ^o C, it is necessary to fulfill a number of technical conditions:
1. The rolling of the inner pipe in the lap must be done with one roller so that the diameter of the pipes to be welded can be minimized, while the rolled roller should be at least 10-15 mm smaller than the inner diameter of the rolled pipe.

2. Раскатной ролик должен вращаться эксцентрично относительно оси вращения раскатника и оси свариваемых труб, при этом диаметр описанной окружности вокруг эксцентрично вращаемого ролика должен быть на 1-2 мм больше внутреннего диаметра раскатываемой трубы в месте нахлестки. 2. The rolling roller should rotate eccentrically relative to the axis of rotation of the rolling coil and the axis of the pipes to be welded, while the diameter of the circumscribed circle around the eccentrically rotated roller should be 1-2 mm larger than the inner diameter of the rolled pipe in the lap.

3. Участок нахлестки свариваемых труб должен быть нагрет до температуры диффузионной сварки и помещен на время сварки в неподвижную кольцевую опору так, чтобы сдавливание свариваемых стенок в точке контакта ролика происходило между кольцевой опорой и раскатным роликом. 3. The lap section of the pipes to be welded must be heated to the temperature of diffusion welding and placed at the time of welding in a fixed ring support so that the compression of the walls to be welded at the point of contact of the roller occurs between the ring support and the rolling roller.

Для выполнения этих условий собранные в виде нахлестки трубы 1 и 2 сначала нагревают в вакууме до температуры диффузионной сварки, а потом с помощью подвижной опоры 8 помещают их в опорное кольцо 3, неподвижно закрепленное в корпусе вакуумной сварочной установки. To fulfill these conditions, pipes 1 and 2 assembled in the form of an overlap are first heated in a vacuum to the temperature of diffusion welding, and then, using a movable support 8, they are placed in the support ring 3, which is fixedly mounted in the housing of the vacuum welding unit.

Раскатной ролик 4 устанавливают на конце длинной штанги 5, противоположный конец которой устанавливают в подшипники, которые закрепляют на конце вала раскатника 6 с эксцентриситетом по отношению к оси его вращения. При этом диаметр окружности, которую описывает крайняя точка ролика 4, устанавливают на 1 - 2 мм больше внутреннего диаметра раскатываемой трубы. The rolling roller 4 is mounted on the end of a long rod 5, the opposite end of which is mounted in bearings, which are mounted on the end of the shaft of the rolling bar 6 with an eccentricity with respect to the axis of rotation. The diameter of the circle, which is described by the extreme point of the roller 4, is set to 1 - 2 mm larger than the inner diameter of the rolled pipe.

Возможно два варианте раскатки. There are two options for rolling.

По первому варианту перемещают вниз-вверх ролик 4, который раскатывает в месте нахлестки внутреннюю трубу 2 при неподвижной заготовке, которую удерживает от проворота выступ, выполненный на подвижной опоре 8. In the first embodiment, the roller 4 is moved up and down, which rolls out the inner pipe 2 in the lap with a stationary workpiece, which is held from turning by a protrusion made on the movable support 8.

Раскатку внутренней трубы начинают с верхнего торца трубы 2. Для этого ролик устанавливают над торцом на расстоянии 1-2 мм и включают вращение раскатника 6. В результате штанга 5 с раскатным роликом 4 начинает совершать круговые движения, при этом диаметр окружности, которую описывает крайняя точка раскатного ролика 4, должен превышать в зависимости от конструкции заготовки и свариваемых материалов на 0,5-2 мм больше внутреннего диаметра трубы 2. После этого начинают опускать вниз раскатник 6, не прекращая его вращения. Раскатник 6 опускают до тех пор, пока раскатной ролик 4 не пройдет всю длину нахлестки в свариваемой заготовке. После этого, не прекращая вращения раскатника 6, его поднимают и выводят раскатной ролик 4 из внутренней зоны сварной заготовки. The rolling of the inner pipe starts from the upper end of the pipe 2. For this, the roller is installed above the end at a distance of 1-2 mm and the rotation of the reamer 6 is turned on. As a result, the rod 5 with the expansion roller 4 begins to make circular movements, while the diameter of the circle described by the extreme point rolling roller 4 should exceed, depending on the design of the workpiece and the materials to be welded, 0.5-2 mm larger than the inner diameter of the pipe 2. After that, the rolling bar 6 is started to be lowered down without stopping its rotation. Roller 6 is lowered until the roller 4 passes the entire length of the lap in the welded workpiece. After that, without stopping the rotation of the roller 6, it is lifted and the rolled roller 4 is removed from the inner zone of the welded billet.

По второму варианту вверх-вниз перемещают только свариваемую заготовку на длину нахлестки, а раскатной ролик 4 вращается постоянно на одном уровне в середине высоты опорного кольца 3. In the second embodiment, only the welded workpiece is moved up and down by the length of the lap, and the rolling roller 4 rotates constantly at the same level in the middle of the height of the support ring 3.

Раскатку внутренней трубы так же, как и в первом случае, начинают с верхнего торца трубы 2. Для этого с помощью подвижной опоры 8 поднимают заготовку, предварительно разогретую до температуры диффузионной сварки, и вводят ее в опорное кольцо таким образом, чтобы между верхним торцом внутренней трубы 2 обеспечивался зазор 0,5-2 мм. После этого включают вращение раскатника 6 и производят подъем заготовки вверх с помощью подвижной опоры 8. Скорость вращения раскатника и скорость перемещения подвижной опоры 8 подбираются таким образом, чтобы на один оборот раскатника перемещение свариваемой заготовки не превышало 0,5 мм, что необходимо для получения качественного сварного диффузионного соединения. После раскатки роликом 4 всей длины нахлестки труб 1 и 2, не отключая вращения раскатника, переключают перемещение подвижной опоры на движение вниз с той же скоростью, что позволяет полностью вывести сваренную заготовку из опорного кольца 3 и отправить на охлаждение. Удаление сваренной заготовки обеспечивается за счет того, что диаметр опорного кольца, куда помещается нагретая заготовка, всегда задается на 0,3-0,5 мм больше, чем наружный диаметр трубы 1 заготовки, нагретой до температуры диффузионной сварки. The rolling of the inner pipe, as in the first case, begins from the upper end of the pipe 2. To do this, using the movable support 8, raise the workpiece preheated to the temperature of diffusion welding and introduce it into the support ring so that between the upper end of the inner pipe 2 provided a gap of 0.5-2 mm. After that, the rotation of the rolling mill 6 is turned on and the workpiece is raised upward using the movable support 8. The rotation speed of the rolling mill and the speed of movement of the movable support 8 are selected so that the movement of the workpiece being welded does not exceed 0.5 mm per revolution, which is necessary to obtain high-quality welded diffusion joint. After rolling by roller 4 the entire length of the lap of pipes 1 and 2, without disabling the rotation of the rolling mill, the movement of the movable support is switched downward at the same speed, which allows you to completely remove the welded workpiece from the support ring 3 and send it for cooling. The removal of the welded workpiece is ensured due to the fact that the diameter of the support ring where the heated workpiece is placed is always set 0.3-0.5 mm larger than the outer diameter of the pipe 1 of the workpiece heated to diffusion welding temperature.

Пример конкретного выполнения способа
Нахлесточное соединение разнородных труб длиной по 200 мм из нержавеющей стали ОХ18Н10Т, диаметром 100 мм и толщиной стенки 10 мм и из циркониевого сплава с 25% ниобия диаметром 80 х 5 мм сваривались диффузионной сваркой в вакууме методом роликовой раскатки внутренней трубы на длине нахлестки, равной 120 мм.An example of a specific implementation of the method
Lap joint of dissimilar pipes 200 mm long, made of ОХ18Н10Т stainless steel, 100 mm in diameter, 10 mm wall thickness, and zirconium alloy with 25% niobium with a diameter of 80 x 5 mm were welded by diffusion welding in vacuum by roller rolling of the inner pipe at an overlap length of 120 mm

Для горячей раскатки выбрали сменный ролик диаметром 40 мм их жаропрочной стали. For hot rolling, they chose a replaceable roller with a diameter of 40 mm of their heat-resistant steel.

Ролик закрепили на конце штанги длиной 250 мм, установленной с эксцентриситетом по отношению к оси вращения раскатника. The roller was fixed at the end of a rod 250 mm long, mounted with an eccentricity with respect to the axis of rotation of the reamer.

Ролик установили на середине высоты опорного кольца (см. фиг. 2). The roller was installed in the middle of the height of the support ring (see Fig. 2).

Диаметр окружности, описываемой наружной частью раскатного ролика, выбрали равными 71,6 мм, что составило по 0,8 мм на сторону для раздачи внутренней трубы из циркониевого сплава. The diameter of the circle described by the outer part of the rolling roller was chosen equal to 71.6 mm, which was 0.8 mm per side for the distribution of the inner tube of zirconium alloy.

Эти размеры были выбраны с учетом устранения между трубами сборочного зазора и зазора, образуемого из-за значительной разности коэффициентов термического расширения между нержавеющей и циркониевой трубами. These sizes were chosen taking into account the elimination of the assembly gap between the pipes and the gap formed due to the significant difference in the thermal expansion coefficients between the stainless and zirconium pipes.

Тщательно очищенные и обезжиренные трубы собирали с нахлесткой в 120 мм и устанавливали на подвижный подъемник вакуумной сварочной установки (см. фиг. 2). Камеру вакуумировали, заготовку после создания в камере рабочего разрежения перемещали с помощью подвижного подъемника 8 в высокочастотный индуктор, в котором заготовку прогревали до 900^oC, после чего этим же подвижным подъемником 8 помещали в опорное кольцо 3 таким образом, чтобы торец внутренней циркониевой трубы заготовки не доходил до раскатного ролика на 0,5-2 мм.Carefully cleaned and degreased pipes were assembled with an overlap of 120 mm and mounted on a movable elevator of a vacuum welding unit (see Fig. 2). The chamber was evacuated, the workpiece after creating a working vacuum in the chamber was moved using a movable elevator 8 to a high-frequency inductor, in which the blank was heated to 900 ^o C, after which the same movable elevator 8 was placed in the support ring 3 so that the end face of the inner zirconium tube of the blank did not reach the roll roller by 0.5-2 mm.

После этого включали вращения раскатника со скоростью 250 об/мин, после чего включали подвижный подъемник на движение вверх со скоростью 100 мм/мин. After that, the rotation of the rolling mill was turned on at a speed of 250 rpm, after which the movable lift was turned on for upward movement at a speed of 100 mm / min.

Подъемник останавливали после подъема заготовки на 125 мм и сразу включали его на движение вниз до тех пор, пока раскатной ролик полностью не выйдет из контакта с внутренней трубой. Затем вращение раскатника останавливали, заготовку охлаждали и удаляли из сварочной установки. The lift was stopped after raising the workpiece by 125 mm and immediately turned it on downward until the rolling roller completely out of contact with the inner tube. Then the rotation of the rolling mill was stopped, the workpiece was cooled and removed from the welding unit.

После охлаждения сваренную заготовку токарно обрабатывали до требуемых размеров переходника цирконий-сталь, после чего его подвергали неразрушающим методам контроля. After cooling, the welded billet was turned to the required dimensions of the zirconium-steel adapter, after which it was subjected to non-destructive testing methods.

Claims

1. A method of diffusion welding of lap pipes, in which the lap is heated to a welding temperature and the surfaces to be welded are pressed successively along a helical line by rolling the inner pipe with a rotating roller mill, characterized in that the section of pipes to be welded is placed in a fixed ring support, and rolling is carried out by roller a rolling mill, including a rod mounted eccentrically relative to the axis of rotation of the roller rolling mill, and mounted on it with the possibility of rotation relative its axis one reeling roller.

2. The method according to claim 1, characterized in that the rod is moved along the axis of the fixed welded pipe section.

3. The method according to claim 2, characterized in that the welded pipe section is moved relative to the rod.