Устройство для соединения труб из разнородных материалов

Использование: заявляемая полезная модель относится к области сварки взрывом, в частности к изготовлению переходников, которые используются как биметаллические переходные элементы при сварке трубных конструкций изготовленных из разнородных материалов (титан-сталь). Задача: разработка надежного устройства для соединения труб из разнородных материалов. Сущность изобретения: в предлагаемом устройстве для соединения труб из разнородных материалов, например, труб из сталей с трубами из титана, состоящем из втулок из материалов, соответствующих материалам свариваемых труб и соединенных между собой в нахлест, втулки установлены на опоре из черного металла, между ними размещена тонкостенная втулка из нержавеющей стали, с наружной стороны соединяемых втулок с зазором установлена цилиндрическая муфта с возможностью их соединения сваркой взрывом, при этом заряд взрывчатого вещества размещен с внешней стороны муфты. Втулка из нержавеющей стали запрессована на опоре из черного металла, что исключает намагничиваемость данной втулки с плакируемыми втулками при сварке взрывом. Достаточная надежность соединения втулок достигается при длине нахлеста 5-10 мм. Втулки из соответствующих металлов имеют возможность соединения сваркой с трубами из соответствующих металлов. Технический результат: повышение надежности, прочности и герметичности сварного соединения труб из разнородных материалов, а также отсутствие магнитных свойств. 1 ил., 1 н.п. ф-лы., 3 з.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области сварки взрывом, в частности к изготовлению переходников, которые используются как биметаллические переходные элементы при сварке трубных конструкций изготовленных из разнородных материалов (титан-сталь).

Известен способ сварки взрывом труб (патент РФ 2058869, МПК В23К 20/08, опубл. в бюл. 12 от 27.04.1996), при котором перед сваркой взрывом по внутренней трубе создают дополнительной давление Р_в a_н с помощью, например, предварительно запрессованного в нее стержня.

Известен способ получения биметаллических труб сваркой взрывом труб (патент РФ 1446787, МПК В23К 20/08, опубл. в бюл. 3 от 27.01.1995), при котором сборка под сварку содержит плакирующую стальную и плакируемую медную трубы, установленные коаксиально к опоре. Внутри сборки располагают тонкостенную трубку. Пространство между ними заполняют жидким наполнителем. Материал опоры, на котором устанавливают сборку, имеет плотность, меньшую плотности материала. При этом происходит равномерная деформация сваренных труб по всей длине.

Задачей данных способов является создание слоистых биметаллических труб из разнородных материалов.

Известен переходник для сварки труб из разнородных материалов, таких как нержавеющая сталь и циркониевый сплав (патент РФ 2085350, МПК В23К 20/00, опубл. в бюл. 21 от 27.07.1997). Данный переходник выполнен в виде нахлесточного диффузионного сварного соединения втулок из металлов, соответствующих металлам свариваемых труб. Охватывающая втулка переходника выполнена из нержавеющей стали, а сопряженные поверхности втулок по всей длине нахлестки имеют чередующиеся между собой выступы и впадины, входящие друг в друга. Нахлесточное диффузионное сварное соединение выполнено с твердым переходным слоем толщиной не более 5 мкм.

Недостатком такого соединения является недостаточная надежность соединения.

Задачей полезной модели является разработка надежного устройства для соединения труб из разнородных материалов.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в повышении надежности, прочности и герметичности сварного соединения труб из разнородных материалов, а также в отсутствии магнитных свойств в устройстве.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для соединения труб из разнородных материалов, например, труб из сталей с трубами из титана, состоит из втулок из металлов, соответствующих металлам свариваемых труб и соединенных между собой внахлест, втулки установлены на опоре из черного металла, между ними размещена тонкостенная втулка из нержавеющей стали, с наружной стороны соединяемых втулок с зазором установлена цилиндрическая муфта с возможностью их соединения сваркой взрывом, при этом заряд взрывчатого вещества размещен с внешней стороны муфты. Втулка из нержавеющей стали запрессована на опоре из черного металла, что исключает намагничиваемость данной втулки с плакируемыми втулками при сварке взрывом. Достаточная надежность соединения втулок достигается при длине нахлеста 5-10 мм. Втулки из соответствующих металлов имеют возможность соединения сваркой с трубами из соответствующих металлов.

На фигуре 1 представлена схема устройства для соединения труб из разнородных материалов.

Предлагаемая схема устройства состоит из втулки 1 (сталь 316L), втулки 2 (Ti), цилиндрической муфты 3 (сталь 316L), центрирующего стального кольца 4, направляющего конуса 5, пенопластовой подставки 6, цилиндра из картона 7, заряда взрывчатого вещества 8, электродетонатора 9, технологического диска из пенопласта 10, трубы 11 (нержавеющая сталь) и запрессованного в нее стержня 12 (черная сталь).

Втулки 1 и 2 соединяют внахлест. Длина нахлеста для образования надежного соединения должна быть не менее 5 мм и для исключения лишних затрат не более 10 мм. Муфту 3 и соединенные внахлест втулки 1 и 2 устанавливают коаксиально с зазором, равным 2,5 мм, при помощи центрирующего стального кольца 4 и направляющего конуса 5 на пенопластовой подставке 6. На пенопластовую подставку 6 надевают цилиндр из картона 7 и фиксируют его. Цилиндр заполняют зарядом взрывчатого вещества 8, который взрывают электродетонатором 9, установленным на технологическом диске из пенопласта 10. В соединенные внахлест втулки 1 и 2 устанавливают стальную трубу 11, в которой запрессован стержень 12. С помощью запрессованного стержня 12 в соединенных внахлест втулках 1 и 2 создают дополнительное давление Р_вн. При сварке взрывом стальная труба 11 будет исключать намагничивание биметаллического переходного элемента.

Электродетонатором 9 производят инициирование заряда взрывчатого вещества 8. Таким образом совершается сварка взрывом (в предагаемой схеме внешняя), при которой муфта 3 приваривается к соединенным внахлест втулкам 1 и 2.

Пример конкретного исполнения.

Было разработано и изготовлено устройство для соединения труб из разнородных материалов - трубы из стали с трубой из титана.

Использовали заготовки: стальную втулку (сталь 316L) диаметром 60 мм, толщиной 2,5 мм и длиной 110 мм, титановую втулку (ВТ1-0) диаметром 60 мм, толщиной 2,5 мм и длиной 115 мм, стальную муфту (сталь 316L) диаметром 70 мм, толщиной 2,5 мм и длиной 220 мм. Все заготовки обезжирили ацетоном.

Стальную и титановую втулки 1 и 2 соединили внахлест, длина нахлеста 5 мм. В соединенные внахлест втулки установили стальную трубу 11 диаметром 55 мм, толщиной 2,5 мм и длиной 220 мм, в которую предварительно запрессовали стальной стержень 12 диаметром 51 мм и длиной 230 мм.

Стальную муфту и соединенные внахлест втулки при помощи центрирующего кольца 4 (Сталь 3, наружный диаметр 70 мм) и направляющего конуса 5 (Сталь 3, наружный диаметр 70 мм) установили коаксиально с зазором, равным 2,5 мм на пенопластовую подставку 6 диаметром 130 мм.

Из картона толщиной 1,52 мм вырезали заготовку в размеры 320×340 мм. Свернули заготовку из картона в цилиндр диаметром 130 мм, склеили ее клеем 88.

На пенопластовую подставку 6 надели цилиндр из картона 7 и зафиксировали его изолентой. Цилиндр 7 заполнили зарядом взрывчатого вещества 8 (аммонит АТ-2) и закрыли технологическим диском 10 из пенопласта диаметром 130 мм и толщиной 8 мм, с предварительно установленным на нем детонатором 9 (АТЭД15).

Электродетонатором 9 произвели инициирование заряда взрывчатого вещества 8. Таким образом совершили сварку взрывом методом наружного плакирования, при которой стальная втулка 3 приваривается к соединенным внахлест втулкам 1 и 2.

Применение предлагаемого устройства позволяет получать биметаллические (нержавеющая сталь+титан) трубные переходные элементы, которые будут работать при гелиевых температурах в условиях сильных магнитных полей.

1. Устройство для соединения труб из разнородных материалов, например труб из сталей с трубами из титана, состоящее из втулок из материалов, соответствующих материалам свариваемых труб и соединенных между собой внахлест, втулки установлены на опоре из черного металла, между ними размещена тонкостенная втулка из нержавеющей стали, с наружной стороны соединяемых втулок с зазором установлена стальная цилиндрическая муфта с возможностью их соединения сваркой взрывом, при этом заряд взрывчатого вещества размещен с внешней стороны муфты.

2. Устройство для соединения труб из разнородных материалов по п.1, отличающееся тем, что втулка из нержавеющей стали запрессована на опоре из черного металла.

3. Устройство для соединения труб из разнородных материалов по п.1, отличающееся тем, что нахлест втулок осуществлен по длине 5-10 мм.

4. Устройство для соединения труб из разнородных материалов по п.1, отличающееся тем, что втулки из соответствующих металлов имеют возможность соединения сваркой с трубами соответствующих металлов.