RU2202429C2

RU2202429C2 - Method for combination securing of tubes to tube plates

Info

Publication number: RU2202429C2
Application number: RU2001109782/02A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Батраев; С.И. Козий; С.С. Козий; А.А. Коновалов
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева; Общество с ограниченной ответственностью "Ремонтно-механический завод"
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2003-04-20

Abstract

FIELD: plastic metal working, possibly combination type securing of tubes to tube plates by mechanical rolling-in and welding. SUBSTANCE: method comprises steps of profiling end portion of tube subjected to preparing operations and forming thickened end portion; making in opening of tube plate at side of its front surface annular recess with bottom surface inclined relative to tube axis; placing tube into tube opening in such a way that tube end is arranged over front surface of tube plate; expanding thickened portion of tube along length exceeding depth of annular recess and performing combined deforming of tube and tube plate at applying axial effort to end of tube; providing lengthwise shift of thickened portion relative to bottom surface of annular recess; then fixing tube relative to walls of opening of tube plate by welding. EFFECT: target operational characteristics of tube-to-tube plate joints realized without acting upon welded seam, elimination of damage of welded seam. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и, в частности, к процессам закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием эффекта локализованного направленного пластического деформированная материала трубы. The invention relates to the field of metal forming and, in particular, to processes for securing pipes in tube sheets of heat exchangers using the effect of localized directional plastic deformed pipe material.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, включающий установку теплообменной трубы одним из концов в трубное отверстие, фиксацию ее от возможного осевого перемещения с последующим приложением сжимающего усилия к внутренней поверхности трубы (см. Дорошенко П.А. Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов. Л.: Судостроение, 1972, 143 с). A known method of fixing pipes in tube sheets, including installing a heat exchange pipe at one end in a pipe hole, fixing it from possible axial movement, followed by applying compressive force to the pipe’s inner surface (see P. Doroshenko, Production Technology for Ship Steam Generators and Heat Exchangers. L .: Shipbuilding, 1972, 143 s).

К главному недостатку известного способа закрепления труб в трубных решетках следует отнести, применительно к механической вальцовке, относительно низкие служебные характеристики соединений и короткий срок межремонтного пробега трубным пучком, коробление трубной решетки и осевое течение металла трубы в осевом ее направлении. The main disadvantage of the known method of fixing pipes in tube sheets should be attributed, in relation to mechanical rolling, the relatively low service characteristics of the joints and the short overhaul time of the tube bundle, warpage of the tube sheet and axial flow of the pipe metal in its axial direction.

Известен также способ комбинированного закрепления труб в трубных решетках, включающий установку трубы, прошедшей подготовительные операции, одним концом в трубное отверстие с минимальным зазором, фиксацию трубы относительно стенкок отверстия путем сварки и совместное деформирование соединяемых труб и трубной решетки в радиальном направлении (см. ОСТ 26-02-1015-85. Крепление труб в трубных решетках. М.: Министерство химического и нефтяного машиностроения, 1985 - прототип). There is also a method of combined fastening of pipes in tube sheets, including installing the pipe, which underwent preparatory operations, with one end into the pipe hole with a minimum clearance, fixing the pipe relative to the walls of the hole by welding and joint deformation of the pipes and pipe lattice to be joined in the radial direction (see OST 26 -02-1015-85. Fastening pipes in tube sheets. M: Ministry of Chemical and Petroleum Engineering, 1985 - prototype).

Недостатком известного способа является возможность внесения дефектности (микротрещин, растягивающих остаточных напряжений и так далее) в структуру сварного шва при его раскатывании, что отрицательно сказывается на служебных характеристиках вальцовочных соединений. The disadvantage of this method is the possibility of introducing defects (microcracks, tensile residual stresses, and so on) into the structure of the weld when it is rolled, which negatively affects the service characteristics of milling joints.

Задачей изобретения является разработка такого способа комбинированного закрепления труб в трубных решетках, который бы, обеспечивая получение гарантированных служебных характеристик вальцовочных соединений, не сопровождался раскаткой сварного шва. The objective of the invention is to develop such a method of combined fastening of pipes in tube sheets, which would, providing guaranteed service characteristics of milling joints, were not accompanied by rolling of the weld.

Технический результат достигается тем, что в способе комбинированного закрепления труб в трубных решетках, включающем установку трубы, прошедшей подготовительные операции, одним концом в трубное отверстие с минимальным зазором, фиксацию трубы относительно стенок отверстия путем сварки и совместное деформирование соединяемых трубы и трубной решетки в радиальном направлении, согласно изобретению конец трубы предварительно профилируют с образованием утолщения, в отверстии трубной решетки со стороны ее лицевой поверхности выполняют кольцевую выемку с донной поверхностью, расположенной под углом к оси трубы, установку трубы в трубное отверстие осуществляют с расположением торца трубы над лицевой поверхностью трубной решетки, перед совместным деформированием соединяемых трубы и трубной решетки, которое производят перед сваркой, утолщение трубы раздают на длине, превышающей глубину кольцевой выемки трубной решетки, а совместное деформирование осуществляют путем приложения осевого усилия к торцу трубы с получением продольного сдвига утолщения относительно донной поверхности кольцевой выемки. The technical result is achieved by the fact that in the method of combined fastening of pipes in tube sheets, including installing the pipe, which underwent preparatory operations, with one end into the pipe hole with a minimum clearance, fixing the pipe relative to the walls of the hole by welding and joint deformation of the pipe and tube sheet to be joined in the radial direction , according to the invention, the end of the pipe is pre-shaped with the formation of a thickening, in the hole of the tube sheet from the side of its front surface face recess with a bottom surface located at an angle to the axis of the pipe, the installation of the pipe in the pipe hole is carried out with the end of the pipe above the front surface of the pipe lattice, before joint deformation of the connected pipe and pipe lattice, which is carried out before welding, pipe thickening is distributed over a length exceeding the depth of the annular recess of the tube sheet, and joint deformation is carried out by applying axial force to the end of the pipe to obtain a longitudinal shear of the thickening relative to the bottom surface of the annular recess.

Осуществление предлагаемого способа позволяет получать комбинированные соединения труб с трубными решетками, обладающие требуемыми служебными характеристиками без раскатывания сварного шва, что не вызывает деструкции последнего. The implementation of the proposed method allows to obtain combined pipe connections with tube sheets with the required service characteristics without rolling the weld, which does not cause the destruction of the latter.

Это объясняется тем, что, используя эффект переменной жесткости трубы, создают условия для реализации продольного сдвига полотна законцовки трубы относительно донной поверхности кольцевой выемки, формируя первичное фиксирование трубы в последней. Выполнение же сварного шва является завершающей операцией образования комбинированного вальцовочного соединения, что тем самым не предусматривает какого-либо воздействия на сварной шов и не приводит к его деструкции. This is explained by the fact that, using the effect of variable pipe stiffness, conditions are created for realizing a longitudinal shift of the pipe end sheet relative to the bottom surface of the annular recess, forming the primary pipe fixation in the latter. The execution of the weld is the final operation of the formation of a combined rolling joint, which thereby does not provide any effect on the weld and does not lead to its destruction.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана теплообменная труба с утолщенной законцовкой, расположенная в отверстии трубной решетки, имеющем со стороны лицевой поверхности последней кольцевую выемку с донной поверхностью, наклоненной к оси трубы, перед образованием соединения; на фиг. 2 - окончание стадии раздачи утолщения законцовки трубы на длине, превышающей глубину кольцевой выемки; на фиг.3 - стадии продольного сдвига утолщения трубы относительно донной поверхности кольцевой выемки; на фиг.4 - комбинированное вальцовочное соединение со сварным швом, выполненным по периметру выступающей части трубы над поверхностью трубной решетки. The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a heat exchange pipe with a thickened tip located in the hole of the tube sheet having, on the face of the latter, an annular recess with a bottom surface inclined to the axis of the pipe before forming the joint; in FIG. 2 - the end of the stage of distribution of the thickening of the pipe ending at a length exceeding the depth of the annular recess; figure 3 - stage longitudinal shear thickening of the pipe relative to the bottom surface of the annular recess; figure 4 - combined milling connection with a weld made around the perimeter of the protruding part of the pipe above the surface of the tube sheet.

Вариант осуществления изобретения состоит в следующем. An embodiment of the invention is as follows.

На теплообменной трубе 1 выполняют операции с целью подготовки внешней поверхности ее концов к профилированию: правка трубы, отрезка ее мерной длины и зачистка поверхности до металлического блеска. Далее на трубе 1 (фиг.1) посредством использования операций раздачи, обжима и осевого сжатия формируют профилированную законцовку, которая содержит утолщенную стенку полотна и представлена в виде трех участков, два из которых являются цилиндрическими. Переходным между цилиндрическими участками является участок с коническим поперечным сечением. Отверстие трубной решетки со стороны ее лицевой поверхности выполняют с кольцевой выемкой, имеющей донную поверхность, расположенную под углом к оси трубы. Трубу устанавливают в трубное отверстие трубной решетки 2 с расположением торца трубы над лицевой поверхностью решетки (фиг.1). On the heat exchange pipe 1, operations are carried out with the aim of preparing the outer surface of its ends for profiling: straightening the pipe, a section of its measured length and cleaning the surface to a metallic luster. Further, on the pipe 1 (Fig. 1) by using the operations of distribution, crimping and axial compression, a profiled tip is formed that contains a thickened wall of the web and is presented in the form of three sections, two of which are cylindrical. The transition between the cylindrical sections is a section with a conical cross section. The hole of the tube sheet from the side of its front surface is performed with an annular recess having a bottom surface located at an angle to the axis of the pipe. The pipe is installed in the pipe hole of the tube sheet 2 with the location of the pipe end above the front surface of the grid (figure 1).

Далее в отверстие законцовки вводят механическую вальцовку и производят раздачу утолщения трубы на длине, превышающей глубину кольцевой выемки трубной решетки (фиг.2). Next, a mechanical rolling is introduced into the ending hole and a pipe thickening is distributed over a length exceeding the depth of the annular recess of the tube sheet (Fig. 2).

Затем к торцу трубы 1 прикладывают осевое усилие (фиг.3), обеспечивая продольный сдвиг утолщения, относительно донной поверхности кольцевой выемки, после чего в отверстие трубы устанавливают заглушку, производят обварку выступающей части трубы по ее периметру (фиг.4). Then an axial force is applied to the end of the pipe 1 (Fig. 3), providing a longitudinal thickening shift relative to the bottom surface of the annular recess, after which a plug is installed in the pipe opening, and the protruding part of the pipe is welded along its perimeter (Fig. 4).

Наличие заглушки устраняет попадание расплавленного металла на поверхность трубы. The presence of a plug eliminates the ingress of molten metal on the surface of the pipe.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при комбинированном закреплении стальных (сталь 20) труб с профилированными внешними законцовками в трубных решетках из стали 16 ГС. Исходные геометрические размеры трубы составляли: внешний диаметр - 25 мм, толщина стенки - 2,5 мм. Внешние поверхности концов трубы предварительно профилировались в технологической оснастке, обеспечивая получение утолщения. Трубные отверстия изготавливались с кольцевой выемкой с донной поверхностью, расположенной под углом к оси трубы. A pilot test of the developed method took place with the combined fastening of steel (steel 20) pipes with profiled external endings in the tube sheets of steel 16 GS. The initial geometric dimensions of the pipe were: outer diameter - 25 mm, wall thickness - 2.5 mm. The outer surfaces of the ends of the pipe were previously profiled in technological equipment, providing a thickening. Pipe holes were made with an annular recess with a bottom surface located at an angle to the axis of the pipe.

Технологическая оснастка для производства труб с внешними кольцевыми законцовками и ее закрепления в трубных отверстиях изготавливались из инструментальной стали У8А с твердостью HRC после закалки не менее 56 единиц и точностью исполнительных размеров по 9-му квалитету точности. The tooling for the production of pipes with external annular endings and its fastening in the pipe holes was made of U8A tool steel with a hardness of HRC after hardening of at least 56 units and precision of executive dimensions according to the 9th accuracy class.

Профилирование концов теплообменных труб производилось на гидравлическом прессе двойного действия, разработанного и изготовленного на ООО "Ремонтно-механический завод" НК "ЮКОС", при условиях 30-35 кН. The profiling of the ends of the heat exchange pipes was carried out on a double-action hydraulic press, designed and manufactured by Yukos Repair and Mechanical Plant LLC, under conditions of 30-35 kN.

Закрепление труб в трубных решетках производилось вальцовками отечественного производства на вальцовочном стенде фирмы "Индреско" (США) с ограничением крутящего момента. Fastening of pipes in tube sheets was carried out by rolling of domestic production on a rolling stand of the company "Indresco" (USA) with limited torque.

Обварку труб на лицевой поверхности трубных решеток производили по стандартной технологии, предписанной для выполнения комбинированных вальцовочных соединений. Welding of pipes on the front surface of the tube sheets was carried out according to the standard technology prescribed for the implementation of combined rolling joints.

Установлено, что отсутствие какого-либо воздействия на сварной шов обеспечивает гарантированные повышенные служебные характеристики вальцовочных соединений, значительно увеличивает (по сравнению с традиционной технологией по прототипу) срок межремонтного пробега трубного пучка. It is established that the absence of any effect on the weld provides guaranteed improved service characteristics of milling joints, significantly increases (compared with the traditional technology of the prototype) the period of the overhaul run of the tube bundle.

Испытаниями на выдергивание трубы из трубной решетки подтверждены повышенные прочностные характеристики вальцовочных соединений. Tests for pulling the pipe out of the tube sheet confirmed the increased strength characteristics of milling joints.

Плотность соединений обеспечивало 100% их пригодность требованиям производства. The density of the compounds provided 100% of their suitability for production requirements.

Изобретение применимо при изготовлении трубных пучков теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности. The invention is applicable in the manufacture of tube bundles of heat exchangers for oil refining, petrochemical, gas and other industries.

Claims

The method of combined fastening of pipes in tube sheets, including the installation of the pipe, which has undergone preparatory operations, at one end into the pipe hole with a minimum clearance, fixing the pipe relative to the walls of the hole by welding and joint deformation of the pipe and tube sheet to be joined in the radial direction, characterized in that the pipe end pre-shaped with the formation of a thickening, in the hole of the tube sheet from the side of its front surface, an annular recess is made with a bottom surface, located wedged at an angle to the axis of the pipe, the installation of the pipe in the pipe hole is carried out with the end of the pipe above the front surface of the pipe lattice, before joint deformation of the pipes and pipe lattice that is produced before welding, the pipe is thickened to a length exceeding the depth of the annular recess of the pipe lattice, and joint deformation is carried out by applying axial force to the end of the pipe to obtain a longitudinal shear of the bulge relative to the bottom surface of said annular recess.