RU2164197C1

RU2164197C1 - Roller type burnishing tool for creating welding pressure at diffusion welding of lapped tubes

Info

Publication number: RU2164197C1
Application number: RU99118281/02A
Authority: RU
Inventors: 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 equipment, namely, vacuum diffusion welding of lapped tubes from different materials. SUBSTANCE: burnishing tool has rods 3 supporting burnishing rollers 4. Opposite ends of rods are mounted in housing 2 with possibility of rotation. Burnishing rollers 4 are changeable ones. Heat protective screens 6 are arranged in housing 2 at side of rods 3. Such structure of tool prevents heating of ball bearings 5 at welding process and allows to lower minimally allowable diameter of welded tubes from 120 mm to 65 mm. EFFECT: enhanced strength of welded joint, reduced minimum diameter of welded tubes. 3 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области сварки труб, а более конкретно к диффузионной сварке в вакууме труб из разнородных материалов внахлестку, когда свариваемые концы труб, преимущественно коротких, нагревают в вакууме до 0,7-0,8 температуры плавления и сдавливают стенки труб в области нахлестки между собой в радиальном направлении. Сдавливание осуществляют с усилием 2-5 кг/мм² и выдерживают при температуре сварки в течение 3 - 20 мин.The invention relates to the field of pipe welding, and more particularly to diffusion welding in a vacuum of pipes made of dissimilar materials lap when the welded ends of the pipes, mainly short, are heated in vacuum to 0.7-0.8 melting points 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 ² and maintained at a welding temperature for 3 to 20 minutes.

Известен роликовый раскатник для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб внахлестку, преимущественно коротких, выполненный в виде вращающейся оправки (вала), на конце которой установлены раскатные ролики (см. а.с. СССР N 677851, B 23 K 19/00). Known roller rolling for creating welding pressure during diffusion welding of lap pipes, mainly short, made in the form of a rotating mandrel (shaft), at the end of which rolling rollers are installed (see AS USSR N 677851, B 23 K 19/00).

Раскатные ролики установлены с возможностью свободного вращения за счет трения о стенку внутреннего диаметра трубы в месте нахлестки. При этом диаметр описанной вокруг роликов окружности всегда больше на 1-4 мм внутреннего диаметра нахлестки. Rolled rollers are installed with the possibility of free rotation due to friction against the wall of the inner diameter of the pipe in the lap. Moreover, the diameter of the circumference described around the rollers is always 1-4 mm larger than the inner diameter of the lap.

Диффузионная сварка труб осуществляется за счет горячей раздачи труб в месте нахлестки, когда во внутреннюю трубу с определенной скоростью перемещения вводится вращающийся раскатник, у которого диаметр окружности, описанной вокруг роликов, больше внутреннего диаметра трубы в месте нахлестки на 1-4 мм. Diffusion welding of pipes is carried out due to the hot distribution of pipes in the lap, when a rotating rolling mill is introduced into the inner pipe with a certain speed of movement, the diameter of the circle circumscribed around the rollers is 1-4 mm larger than the inner diameter of the pipe in the lap.

Внутренняя труба при этом раздается и плотно прижимается к наружной трубе, образуя между трубами плотный контакт, в результате которого под воздействием высокой температуры и отсутствия окисления (вакуум) между металлами стенок труб происходит диффузионное взаимодействие и межатомное схватывание, т.е. диффузионная сварка. In this case, the inner pipe is distributed and tightly pressed against the outer pipe, forming a tight contact between the pipes, as a result of which, under the influence of high temperature and the absence of oxidation (vacuum), diffusion interaction and interatomic setting between the pipe wall metals occur, i.e. diffusion welding.

Главным недостатком известного устройства является быстрый выход из строя подшипников, на которых вращаются ролики. The main disadvantage of the known device is the quick failure of the bearings on which the rollers rotate.

Основной причиной быстрого выхода из строя подшипников является их быстрый разогрев от нагретых до температуры диффузионной сварки труб, в которые вводятся ролики раскатника. При этом ролики оказываются в зоне, нагретой до 850-1150^oC.The main reason for the rapid failure of the bearings is their quick heating from the pipes heated to the temperature of the diffusion welding, into which the rollers of the reamer are inserted. In this case, the rollers are in the zone heated to 850-1150 ^o C.

За время раскатки свариваемой нахлестки, длина которой может составлять 1,5-2 диаметра трубы, подшипники роликов могут разогреться до 700^oC. Кроме того скорость вращения роликов во время раскатки составляет свыше тысячи оборотов в минуту, что в сочетании с высокой температурой приводит к быстрому износу даже жаростойких подшипников из металлографитового композита.During the rolling of the lap being welded, the length of which can be 1.5-2 pipe diameters, the roller bearings can warm up to 700 ^o C. In addition, the speed of rotation of the rollers during rolling is more than a thousand revolutions per minute, which in combination with high temperature leads to rapid wear of even heat-resistant metallograph composite bearings.

Другим недостатком известной конструкции раскатника является большой размер минимального диаметра окружности, описанной вокруг раскатных роликов. Another disadvantage of the known rolling mill design is the large size of the minimum diameter of the circle described around the rolling rollers.

Известная конструкция раскатника позволяет осуществлять диффузионную сварку труб внахлестку, начиная только с диаметра 120 мм и выше. Для диаметров менее 120 мм эта конструкция практически не пригодна, т.к. в трубе диаметром менее 120 мм трудно расположить два или три ролика, их подшипники и опоры для осей роликов, а также оправку (вал), на которой они установлены. The known design of the rolling mill allows for diffusion lap welding of pipes, starting only with a diameter of 120 mm and above. For diameters less than 120 mm, this design is practically unsuitable, because in a pipe with a diameter of less than 120 mm it is difficult to arrange two or three rollers, their bearings and bearings for the axes of the rollers, as well as the mandrel (shaft) on which they are mounted.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание раскатника с длительным ресурсом работы и уменьшение габаритов конструкции роликовой головки, чтобы можно было создавать сварочное давление при диффузионной сварке труб диаметром менее 120 мм. The task to which the invention is directed is to create a raskatnik with a long service life and to reduce the dimensions of the design of the roller head so that welding pressure can be created during diffusion welding of pipes with a diameter of less than 120 mm.

Технический результат, полученный при осуществлении настоящего изобретения, заключается в многократном увеличении ресурса работы роликового раскатника за счет значительного снижения температуры нагрева подшипников, на которых вращаются раскатные ролики, путем вывода их из зоны нагрева свариваемой трубчатой заготовки и оставлением в зоне нагрева только роликов из жаропрочного сплава. The technical result obtained by the implementation of the present invention is to significantly increase the operating life of the roller rolling mill by significantly reducing the heating temperature of the bearings on which the rolling rollers rotate by removing them from the heating zone of the welded tubular billet and leaving only the heat-resistant alloy rollers in the heating zone .

В дополнение к этому минимальный диаметр труб, которые можно сваривать диффузионной сваркой с помощью заявленного роликового раскатника, снижен до 70-65 мм. In addition to this, the minimum diameter of the pipes that can be welded by diffusion welding using the claimed roller-coaster is reduced to 70-65 mm.

Указанный технический результат достигается тем, что в роликовом раскатнике для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб внахлестку, содержащем корпус, раскатные ролики, установленные равномерно по окружности относительно оси вращения корпуса;
- роликовый раскатник снабжен штангами, на концах которых установлены раскатные ролики, а противоположные концы штанг установлены с возможностью вращения в корпусе;
- кроме того раскатные ролики выполнены сменными;
- кроме того в корпусе со стороны штанг установлены теплозащитные экраны толщиной 0,3-0,6 мм.The specified technical result is achieved by the fact that in the roller reamer for creating welding pressure during diffusion welding of lap pipes containing the housing, the roll rollers installed uniformly around the circumference relative to the axis of rotation of the housing;
- the roller raster is equipped with rods, the ends of which are mounted roll rollers, and the opposite ends of the rods are mounted for rotation in the housing;
- in addition, the rolling rollers are interchangeable;
- in addition, heat shields 0.3-0.6 mm thick are installed in the housing on the side of the rods.

На фиг. 1 представлен продольный разрез раскатника, на котором для простоты условно показаны только две штанги с раскатными роликами. На фиг. 2 представлено сечение по А-А, на котором показаны три штанги с раскатными роликами, расположенные равномерно по окружности относительно оси приводного вала. In FIG. 1 shows a longitudinal section through a rolling mill, on which for simplicity only two rods with rolling rollers are conventionally shown. In FIG. 2 is a section along AA, which shows three rods with peeling rollers arranged uniformly around the circumference relative to the axis of the drive shaft.

Роликовый раскатник для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб внахлестку выполнен в виде приводного вала 1, на конце которого выполнен корпус 2, в котором установлены штанги 3 с раскатными роликами 4 на свободных концах; противоположные от роликов концы штанг установлены в корпусе 2 на шариковых подшипниках 5; на корпусе 2 со стороны штанг 3 установлены теплозащитные экраны 6, выполненные из полированных пластин, толщиной 0,3 - 0,6 мм. Roller rolling for creating welding pressure during diffusion lap welding of pipes is made in the form of a drive shaft 1, at the end of which a housing 2 is made, in which rods 3 with rolling rollers 4 are installed at free ends; the ends of the rods opposite from the rollers are installed in the housing 2 on ball bearings 5; on the housing 2 from the side of the rods 3 installed heat shields 6 made of polished plates with a thickness of 0.3 - 0.6 mm

Выполнение раскатных роликов на концах достаточно длинных штанг позволяет убрать подшипники, на которых вращаются раскатные ролики, из зоны диффузионной сварки труб, нагрев которых может достигать 1150^oC, если свариваются трубы из нержавеющих и жаропрочных сплавов на основе ниобия, тантала и т.п.The execution of the rolling rollers at the ends of sufficiently long rods allows you to remove the bearings on which the rolling rollers rotate from the diffusion welding zone of pipes, the heating of which can reach 1150 ^o C, if pipes of stainless and heat-resistant alloys based on niobium, tantalum, etc. are welded.

Штанги с раскатными роликами на концах выбираются такой длины, чтобы ролики могли раскатывать нахлесточное соединение на всей его длине и при этом между корпусом с подшипниками и торцем наиболее короткой из свариваемых труб оставалось не менее 30-50 мм. Rods with rolled rollers at the ends are selected so long that the rollers can roll the lap joint along its entire length, and at least 30-50 mm remain between the body with bearings and the end face of the shortest pipe to be welded.

В этом случае нагрев подшипников, установленных в корпусе, будет осуществляться через теплопередачу по длинной штанге от нагретого ролика, который имеет непосредственный контакт с нагретой до температуры сварки зоной раскатки, а также за счет теплового (инфракрасного) излучения, исходящего от зоны сварки и прилегающих к этой зоне участков свариваемых труб. Конвекционный нагрев при диффузионной сварке отсутствует, т.к. сварка осуществляется в вакууме, т.е. идеальном тепловом изоляторе. In this case, the bearings installed in the housing will be heated through heat transfer along a long rod from the heated roller, which has direct contact with the rolling zone heated to the welding temperature, as well as due to the thermal (infrared) radiation coming from the welding zone and adjacent to to this zone of sections of welded pipes. There is no convection heating during diffusion welding, as welding is carried out in vacuum, i.e. ideal thermal insulator.

Для снижения теплопередачи от ролика, имеющего непосредственный контакт с нагретой трубкой, он выполнен в виде сменной втулки с шаровидной поверхностью для раскатки, что снижает тепловой поток, идущий от трубы к штанге, в месте посадки ролика. To reduce heat transfer from the roller, which has direct contact with the heated tube, it is made in the form of a replaceable sleeve with a spherical surface for rolling, which reduces the heat flux coming from the pipe to the rod at the place of the roller.

Для снижения нагрева подшипников от теплового излучения нагретых труб на корпусе 2 установлены тепловые экраны 6, в виде тонких металлических пластин, полированных с двух сторон, что в условиях вакуума позволяет практически полностью отсечь тепловой поток, идущий от нагретых труб к корпусу с подшипниками. To reduce the heating of bearings from the thermal radiation of the heated pipes, heat shields 6 are installed on the body 2, in the form of thin metal plates polished on both sides, which under vacuum conditions almost completely cuts off the heat flow coming from the heated pipes to the bearing housing.

Вынос подшипников из зоны нагрева труб и установка их в специальном корпусе, вынесенном за зону нагрева, а также уменьшение теплопередачи от ролика к штанге за счет выполнения ролика в виде съемной втулки, закрепляемой на конце длинной штанги, значительно снижает нагрев подшипников, на которых вращаются раскатные ролики, а установка на корпусе теплозащитных экранов снижает нагрев корпуса от инфракрасного излучения, исходящего от нагретых труб, что все вместе многократно увеличивает работоспособность конструкции заявляемого раскатника по сравнению с известной конструкцией. Removing bearings from the pipe heating zone and installing them in a special housing outside the heating zone, as well as reducing heat transfer from the roller to the rod by making the roller in the form of a removable sleeve fixed to the end of a long rod, significantly reduces the heating of bearings on which the rolling bearings rotate rollers, and the installation of heat-shielding screens on the housing reduces the heating of the housing from infrared radiation coming from heated pipes, which together greatly increases the operability of the inventive rolling device in comparison with the known construction.

Кроме того расположение раскатных роликов на концах длинных вращающихся штанг и вынос подшипников из зоны диффузионной сварки, т.е. из внутреннего объема свариваемых труб, создают условия для возможности значительного сокращения минимального диаметра описанной вокруг роликов окружности. Это в свою очередь позволяет сваривать трубы диаметром менее 100 мм, что было невозможно с помощью известной конструкции. In addition, the location of the rolling rollers at the ends of long rotating rods and the removal of bearings from the diffusion welding zone, i.e. from the internal volume of the pipes to be welded, create conditions for the possibility of significantly reducing the minimum diameter of the circumference described around the rollers. This in turn allows you to weld pipes with a diameter of less than 100 mm, which was impossible using the known design.

При этом переход от сварки труб одного диаметра к другому осуществляется за счет всего лишь смены роликовых втулок одного диаметра на другой диаметр таким образом, чтобы диаметр описанной вокруг роликов окружности был больше внутреннего диаметра нахлестки свариваемых труб в пределах 1 - 4 мм. In this case, the transition from welding pipes of one diameter to another is carried out by just changing the roller bushings of one diameter to another diameter so that the diameter of the circumference around the rollers is larger than the inner diameter of the lap of the pipes being welded within 1 - 4 mm.

Пример конкретного выполнения
Был изготовлен экспериментальный образец раскатника, предназначенный для диффузионной сварки труб внахлестку в диапазоне диаметров труб от 70 до 90 мм. Для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб с внутренним диаметром перед сваркой 70 мм использовали ролики, описанная окружность вокруг которых составила 71,5 мм.Concrete example
An experimental sample of a rolling mill was manufactured, designed for diffusion lap welding of pipes in the range of pipe diameters from 70 to 90 mm. To create a welding pressure during diffusion welding of pipes with an inner diameter before welding of 70 mm, rollers were used, the circumference around which was 71.5 mm.

Трубы сваривались в виде коротких переходников длиной 230 мм из циркониевого сплава и нержавеющей стали. Длина перехлеста составила 105 мм. Температура нагрева труб составляла 900^oC. За время сварки подшипники, установленные в корпусе, нагрелись всего до 42^oC, (наружное кольцо), что является нормой для шариковых подшипников.The pipes were welded in the form of short adapters 230 mm long made of zirconium alloy and stainless steel. The overlap length was 105 mm. The heating temperature of the pipes was 900 ^o C. During the welding, the bearings installed in the housing heated to only 42 ^o C (outer ring), which is the norm for ball bearings.

Через 10 мин после сварки температура на наружном кольце подшипника снизилась до 28^oC, видимо, за счет передачи тепла более холодному корпусу, который будучи защищен от инфракрасного излучения тепловыми экранами нагрелся всего на 1,5^oC.10 minutes after welding, the temperature on the outer ring of the bearing dropped to 28 ^o C, apparently due to the transfer of heat to the colder case, which, being protected from infrared radiation by heat shields, heated only 1.5 ^o C.

Claims

1. Roller raskatnik for creating welding pressure during diffusion lap welding of pipes, comprising a housing and roll rollers installed uniformly around the circumference relative to the axis of rotation of the housing, characterized in that it is equipped with rods, the ends of which are installed roll rollers, and the opposite ends of the rods are installed with the possibility of rotation in the housing.

2. Roller rolling according to claim 1, characterized in that the rolling rollers are interchangeable.

3. Roller rolling according to claim 1, characterized in that heat shields with a thickness of 0.3 - 0.6 mm are installed on the housing from the side of the rods.