Соединение цилиндрических деталей одного диаметра
Полезная модель относится к области общего машиностроения, вакуумной технике и может быть использована для герметичного соединения цилиндрических деталей, работающих под давлением, в частности к производству тонкостенных сосудов давления. Предложено соединение цилиндрических деталей одного диаметра, установленных соосно, включающее соединительный элемент из материала с ЭПФ. На соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца. На соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом, для соединения с первым кольцом через паз. Соединительный элемент из материала с ЭПФ выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца. Толщина покрытия зависит от величины восстанавливаемой материалом с ЭПФ деформации и выбирается расчетным путем таким образом, чтобы после низкотемпературной обработки и обкатки, толщина выступа с покрытием соответствовала ширине паза, а после нагрева покрытие полностью смогло восстановить свою первоначальную форму. Оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей могут быть закреплены электродуговой сваркой. Техническим результатом предложенного соединения является возможность соединять детали одного диаметра из материалов как с разными, так и с одинаковыми механическими свойствами, при этом существенно снижается расход дорогостоящего материала с ЭПФ без снижения характеристик прочности и герметичности соединения.
Полезная модель относится к области общего машиностроения, вакуумной технике и может быть использована для герметичного соединения цилиндрических деталей, работающих под давлением, в частности к производству тонкостенных сосудов давления.
В настоящее время известно герметичное соединение, которое осуществляется с помощью двух приваренных фланцев, стягиваемых болтами, а наличие уплотняющего устройства гарантирует герметичность (Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.3. 6-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1982. 576 с., ил.). Недостатком такого соединения является значительная масса фланцев и крепежных элементов, что может значительно увеличивать общий вес конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является изобретение, предназначенное для герметичного соединения цилиндрических деталей, а именно, металлических деталей с керамическими в вакуумных магистралях, а также в магистралях с избыточным давлением (F 16 D 1/00, Патент №2232312, Соединение цилиндрических деталей, Попов Н.Н., Ларькин В.Ф., Севрюгин И.В., Кудрявцев А.В.). Соединение цилиндрических деталей, установленных соосно и выполненных из материалов с различными механическими свойствами, например керамики и стали, включает соединительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы (ЭПФ). Соединяемую деталь с более высоким значением модуля Юнга выполняют с меньшим диаметром по отношению к другой соединяемой детали и на нее устанавливают прокладку из пластичного металла с наружным диаметром, соответствующим наружному диаметру другой соединяемой детали, при этом соединительный
элемент выполнен в виде муфты с уплотняющими поясками на внутренней поверхности. Недостаток этого устройства состоит в том, что соединяемая деталь должна иметь меньший диаметр и более высокий модуль Юнга, что не позволяет соединять детали одного диаметра и использовать для них одинаковый материал.
Задачей полезной модели является создание герметичного соединения цилиндрических деталей одного диаметра из материалов как с разными, так и с одинаковыми механическими свойствами и выполнение соединительного элемента из материала с ЭПФ в виде покрытия, что существенно снижает расход дорогостоящего материала без снижения характеристик прочности и герметичности соединения.
Техническая задача решается предлагаемым соединением цилиндрических деталей, установленных соосно, включающим соединительный элемент из материала с ЭПФ. На соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца. На соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом, для соединения с первым кольцом через паз. Соединительный элемент из материала с ЭПФ выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца. Толщина выступа второго кольца меньше ширины впадины первого кольца на толщину покрытия с учетом величины восстанавливаемой материалом с ЭПФ деформации. Оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей могут быть закреплены электродуговой сваркой.
На фиг.1 изображено соединение, состоящее из двух половинок соединяемых цилиндрических деталей, обозначенных на чертеже цифрами - 1 и 2 соответственно; кольца - 3 с пазом - 4 в стенке выступающей части кольца; кольца - 5 с выступом - 6; покрытия - 7 из материала с ЭПФ на обеих поверхностях выступа; сварных швов - 8 для крепления колец к цилиндрическим деталям.
Соединение работает следующим образом. В качестве соединяемых цилиндрических деталей 1 и 2 используются детали из сплава ХН78Т диаметром 100 мм и толщиной стенки 4 мм. Толщина выступа 6 составляет 2 мм, ширина паза 4-4 мм. При помощи электродуговой сварки на выступ 6 кольца 5 с обеих сторон наносится покрытие из материала с ЭПФ, например сплава ТН1к, с температурами превращений AS=-39°C, A f=-26°C, MS=-45°C, M f=-63°C и восстанавливаемой деформацией б % (Материалы с эффектом памяти формы: Справ, изд. / Под ред. Лихачева В.А. - Т.2. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. - 374 с.). Толщина покрытия должна составлять разницу между шириной паза и толщиной выступа, равную 2 мм, плюс восстанавливаемая сплавом ТН1к деформация, равная 6%, или в абсолютном значении 0,12 мм. Таким образом, рассчитываемая толщина покрытия 7 составит 2,12 мм. Далее производится приварка центрирующих колец 3 и 5 к цилиндрическим деталям при помощи, например, электродуговой сварки. После этого производится охлаждение выступа 6 с покрытием 7 парами жидкого азота до температур ниже Mf=-63°C и прокатка роликом до получения размеров, соответствующих ширине паза 4, равной 4 мм. Заключительной операцией является совмещение выступа 6 с пазом 4 и нагрев до температур, выше Af=-26°С. Покрытие 7 полностью восстановит свою начальную толщину, равную 2,12 мм, создав при этом прочное и герметичное соединение. При необходимости разборки соединения достаточно его охладить до температур ниже Мf=-63°С.
Описанное соединение цилиндрических деталей является прочным и герметичным при температурах от -20°С до 120°С. Контроль герметичности производился методом обдува гелием прибором ПТИ-7А с чувствительностью 10-6 атм см3/с. Контроль прочности проводился методом избыточного давления масла при давлении 6 МПа.
1. Соединение цилиндрических деталей одного диаметра, установленных соосно, включающее соединительный элемент из материала с эффектом памяти формы, отличающееся тем, что на соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца, на соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом, для соединения с первым кольцом через паз, а соединительный элемент из материала с эффектом памяти формы выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца, причем толщина выступа второго кольца меньше ширины впадины первого кольца на толщину покрытия с учетом величины восстанавливаемой материалом с эффектом памяти формы деформации.
2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей закреплены электродуговой сваркой.
