DE2625956A1

DE2625956A1 - Welding tubes into tube plastes by explosion plating - using steel plug to prevent bulging of the tube near the tube plate

Info

Publication number: DE2625956A1
Application number: DE19762625956
Authority: DE
Inventors: Frank Jaehn; Rolf Dr Pruemmer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1976-06-10
Publication date: 1977-12-15
Also published as: DE2625956C3; DE2625956B2

Abstract

Device welds metal tubes in the tube plates of vessels by explosive plating, where the explosive charge is located inside the end of the tube inserted in the tube plate. A steel plug is placed in the tube behind the charge, the plug having a head (a) with a major dia. (D1) next to the charge, and the head (a) is followed by a shank with a minor dia. (D2); the major dia. (D1) of the plug matches the bore of the tube, and the back end of the head is aligned with the inside surface of the tube plate. The front end of the plug head adjacent to the charge is pref. conical. In mfg. chemical plant and heat exchangers. Explosion plating is inexpensive and can also be used to join metals which cannot be welded by other means. The use of explosion plating has been restricted because it has caused the tubes to bulge outwards near the tube plate. This invention eliminates this disadvantage.

Description

Vorrichtung zum Einschweißen von Rohren in Rohrböden vonDevice for welding tubes into tube sheets from

Behältern durch Explosivplattieren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschweißen von Rohren in Rohrböden von Behältern durch Explosivplattieren. Explosive Clad Containers The invention relates to an apparatus for welding tubes into tube sheets of containers by means of explosive cladding.

Im chemischen Apparatebau sowie in der Energietechnik (Wärmetauscher) liegt ein großer Bedarf an Behältern mit in den Böden dicht befestigten Rohren vor.In chemical apparatus engineering and in energy technology (heat exchangers) there is a great need for containers with tubes tightly fixed in the bottoms.

Am meisten gebräuchlich sind die schmelztechnischen Verfahren sowie das Einrollen. Beim letzteren wird jedoch nicht in allen Fällen eine gasdichte Verbindung erhalten. Da beide Verfahren sehr kostenintensiv sind, wurden in den letzten Jahren mehrere Verfahren zum explosiven Einschweißen von Rohren in Rohrböden vorgeschlagen.The most common are the melting processes as well curling up. With the latter, however, a gas-tight connection is not always achieved obtain. Since both procedures are very costly, in recent years several methods for the explosive welding of pipes in pipe sheets are proposed.

Der Vorteil dieser Verfahren ist, daß auch schmelztechnisch nicht schweißbare Werkstofftombinationen, wie sie oft aus KorrosionsgrUnden gefordert werden, geschweißt werden können.The advantage of this process is that it does not apply to the melting process Weldable material combinations, as they are often required for corrosion reasons can be welded.

Zudem wird immer wieder darauf hingewiesen, daß das explosive Rohreinschweißen wesentlich wirtschaftlicher ist, da dieses bei geringstem Aufwand rasch durchgeffilirt werden kann.In addition, it is pointed out again and again that explosive pipe welding is much more economical, as this is filtered through quickly with the least amount of effort can be.

Trotzdem hat dieses Verfahren in der industriellen Praxis bisher wenig Anklang gefunden. Versuchsweise durchgeführte Einschweißungen zeigten stets, daß das Problem des Ausbauchens der Rohre an der Rohrboden-Innenseite nicht beherrscht wird.In spite of this, this process has so far had little effect in industrial practice Met with approval. Weldments carried out on a trial basis always showed that the problem of the tubes bulging on the inside of the tube sheet has not been mastered will.

Entweder muß der Rohrboden sehr dickwandig konstruiert werden, was bei Einsatz korrosionsfester Werkstoffe immense Kosten Kosten verursacht, oder das Rohr muß abgestützt werden, was bei enger Rohranordnung innerhalb des Kessels meistens unmöglich bzw. unwirtschaftlich ist. Es mußten deshalb andere Losungsmöglichkeiten gesucht werden.Either the tube sheet has to be constructed with very thick walls, what immense costs when using corrosion-resistant materials Causes costs, or the pipe must be supported, which is the case with a tight pipe arrangement within the boiler is mostly impossible or uneconomical. There had to be other possible solutions to be sought.

Versuche mit Anordnungen wie bereit vorgeschlagen zeigten, daß o.g. Schwierigkeiten nicht überwunden werden konnten.Tests with arrangements as already proposed showed that the above Difficulties could not be overcome.

Zum Teil traten nicht nur Rohrausbauchungen sondern sogar Rohrzerlegungen ein. Dies traf insbesondere für die in der Industrie gebräuchlichen Abmessungen zu, wenn nämlich der Durchmesser des Rohres der Dicke des Rohrbodens entsprach.In some cases, not only pipe bulges but even pipe dismantling occurred a. This was particularly true for the dimensions commonly used in industry to when the diameter of the tube corresponded to the thickness of the tube sheet.

Eine Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 erreicht. Wie in Abb. 1 gezeigt, ist an der Rohrbodeninnenseite im Rohr ein Stahlstopfen angebracht, dessen Querschnitt im vorderen Bereich dem Innendurchmesser D1 des einzuschweißenden Rohres entspricht und im hinteren Bereich verjüngt ist (Durchmesser D2). Die übrige Anordnung zum explosiven Einschweißen ist die bekannte, wie in Abb. 2 dargestellt: 1 = Zünder 5 = Rohr 2 = Zentrierkappe 6 = Spalt 3 = Explosivstoff 7 = Rohrboden 4 = Schutzschicht (z.B. Lack) 8 = Stopfen.According to the invention, a solution to this problem is provided by the measures of claim 1 achieved. As shown in Fig. 1, is on the inside of the tube sheet A steel plug is attached in the pipe, the cross-section of which in the front area corresponds to the Corresponds to the inside diameter D1 of the pipe to be welded and in the rear area is tapered (diameter D2). The rest of the arrangement for explosive welding is the known one, as shown in Fig. 2: 1 = igniter 5 = tube 2 = centering cap 6 = gap 3 = explosive 7 = tube sheet 4 = protective layer (e.g. paint) 8 = stopper.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der größte Anteil der Detonationsschwaden bei Ablauf der Detonation, welche von innen nach außen erfolgt, zum freien Teil nach rechts entweicht.This measure ensures that most of the detonation plumes at the end of the detonation, which takes place from the inside to the outside, to the free part escapes to the right.

Während der Dauer des Plattier- bzw. Schweißvorgangs (im allgemeinen ca. 5 /usa) wirkt außer auf die Rohrwandung ein hoher Druck auch auf die konische Stirnfläche des Stahlstopfens 8.During the duration of the cladding or welding process (generally approx. 5 / usa), in addition to the pipe wall, high pressure also acts on the conical one Steel plug face 8.

Die konische Ausbildung des Stopfens ist in zweifacher Hinsicht von Bedeutung: 1. Bei einer glatten Ausbildung würde eine Ausweitung des Stopfens auftreten. Die Folge wäre ein Verhaken des Stopfens im Rohr nach dem Schuss. Um eine derartige Aufweitung zu vermeiden, muß selbst ein konischer Stopfen in gehärtetem Zustand eingesetzt werden.The conical design of the plug is of two kinds Significance: 1. With a smooth training, an expansion of the plug would occur. This would result in the plug catching in the barrel after the shot. To such a thing Widening to avoid even a conical plug in hardened State to be used.

2. Die konische Gestaltung des Stopfens vermindert den abrupten Übergang von druckbeaufschlagter zu nicht druckbeaufschlagter Fläche an der Innenseite des Rohres. Bei einem glatten Stopfen würde ein zu starker Abdruck entstehen.2. The conical design of the plug reduces the abrupt transition from pressurized to non-pressurized area on the inside of the Pipe. If the stopper were smooth, the imprint would be too strong.

Im Stahlstopfen wird an der Grenzfläche Stopfen - Explosivstoff eine Stoß--welle erzeugt, die den Stopfen in axialer Richtung durchläuft, am freien Ende als Zugwelle reflekiert wird und bei Ankunft auf der Ausgangsfläche den Stopfen in Richtung der Rohrachse nach dem Behälterinneren zu in Bewegung setzt. Die Geschwindigkeit läßt sich nach dem Impulssatz berechnen: Auf den Stopfen wirkt ein Druck in der Höhe des Detonationsdruckes, der sich nach der Faustformel P = 2,5 #? gsp 2vD2 berechnen läßt. Hierbei iste die Dichte des Explosivstoffes in g/cm3 und vD die Detonationsgeschwindigkeit in Km/sec. und p der Druck in kbar.At the interface between the plug and the explosive, a Shock wave generated, which runs through the plug in the axial direction, at the free end is reflected as a pulling wave and the stopper when it arrives at the exit surface sets in motion in the direction of the pipe axis towards the inside of the container. The speed can be calculated according to the law of impulses: A pressure in the acts on the plug Height of the detonation pressure, which is based on the rule of thumb P = 2.5 #? Calculate gsp 2vD2 leaves. Here is the density of the explosive in g / cm3 and vD is the detonation speed in km / sec. and p is the pressure in kbar.

Bei einer Dauer des Plattiervorganges von 5/us ergibt sich hiermit ein spezifischer Impuls von 5 Ns (Newton-Sekunden). This results in a duration of the plating process of 5 μs a specific impulse of 5 Ns (Newton seconds).

Bei einer Länge des Stopfens von 10 mm entspricht diesem Impuls eine Geschwindigkeit von ca. 200 m/s, d.h. innerhalb der Dauer des Plattiervorgangs bewegt sich der Stopfen um rund 1 - 2 mm nach innen. Die Kante K hat also innerhalb dieser Zeit noch nicht den Weg K - U zurückgelegt, sofern die axiale Ausdehnung a des B zapfens 2 mm überschreitet. With a length of the plug of 10 mm, this pulse corresponds to one Speed of approx. 200 m / s, i.e. moved within the duration of the plating process the stopper moves inwards by around 1 - 2 mm. The edge K has so within this Time has not yet covered the path K - U, provided that the axial extent a of the B pin exceeds 2 mm.

Hiermit ist vermieden, daß der Druck auf die außerhalb des Rohrbodens liegende Rohrwandung einwirken kann. Damit ist eine Aufweitung völlig unterbunden. Darüberhinaus wird durch die Verjüngung des hinteren Teils des Stopfens erreicht, daß Gase hohen Druckes, die aufgrund von Undichtigkeiten in den hinteren Bereich des Rohres gelangen, dort expandieren und damit nicht zu einer Rohraufweitung beitragen können.This avoids the pressure on the outside of the tube sheet horizontal pipe wall can act. This completely prevents any expansion. In addition, through the taper of the back of the plug reaches that high pressure gases, which are due to leaks in the rear Reach the area of the pipe, expand there and thus not cause a pipe widening can contribute.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß die hier berechnete Geschwindigkeit des Stahlstopfens weitaus geringer ist, wenn die Länge t des h hlstopfens entsprechend größer gewählt wird. Die Anordnung hat sich in Versuchen bestens bewährt.In practice it has been shown that the speed calculated here of the steel plug is much smaller if the length t of the hollow plug is correspondingly is chosen larger. The arrangement has proven itself in tests.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Device for welding tubes in tube sheets of containers by explosive plating, whereby the explosive charge is inside the the metal tube inserted into the tube sheet, so that it is possible to E i c h e t that in the tube (5) behind the explosive (3) a steel plug (8) is provided, the cross section of which in the front area corresponds to the inner diameter (D1) of the pipe (5) to be welded in and a taper in the rear area (D2) and that the front region (a) of the plug inside the tube sheet comes to rest and its inner edge (U) coincides approximately with the inner tube sheet, while the tapered part of the plug is directed backwards.

2) Device according to claim 1, characterized ge Icennze i chne t that the front area of the plug is conical.