RU2164463C1

RU2164463C1 - Three-roller rolling device for building up the welding pressure in diffusion lap welding pipes

Info

Publication number: RU2164463C1
Application number: RU99127276A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Семенов; В.Н. Тюрин; Г.Н. Шевелев
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: pipe welding, particularly, diffusion lap welding in vacuum of pipes from different materials. SUBSTANCE: rolling rollers are installed on free ends of three bars 3. Central bar 6 is installed in body 2 for rotation. Supporting roller 5 is fastened to end of central bar 6 for contact with each bar. Contact beads 8 are made on bars in places of contact with supporting roller 5 made of material the same as of contact beads and featuring Rockwell hardness not less than 40. EFFECT: guaranteed preservation of preset value of expansion of expanded pipe independent of value of arising forces, eliminated hazard of bar jamming in bearings. 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 минут.The invention relates to the field of pipe welding, and more particularly to diffusion welding in a vacuum of pipes 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 to 5 kg / mm ² and held 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 три раскатных ролика (см. а.о. СССР 677851, B 23 K 19/00). A known rolling mill 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 three rolling rollers are installed (see USSR Academy of Sciences 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 выбирают 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. In this case, the diameter of the circumference described around the rollers is always chosen to be larger by 1 to 4 mm of the inner diameter of the lap.

Диффузионная сварка в вакууме 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, выбран больше внутреннего диаметра трубы в месте нахлестки на 1 - 4 мм. Diffusion welding in a vacuum of pipes is carried out due to the hot distribution of pipes in the lap, when a rotating raster 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 at 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 в вауумной среде 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 in the vacuum medium, 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 650 - 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 650 - 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 этого, 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 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 it is difficult to arrange three rollers in a pipe with a diameter of less than 120 mm, 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 роликового раскатника с раскатными роликами, установленными на концах свободно вращающихся консольных штанг, у которого штанги не прогибаются от сварочного давления, возникающего на раскатных роликах за счет превышения на 1 - 4 мм диаметра описанной вокруг роликов окружности относительно внутреннего диаметра раскатываемой трубы. The problem to which the claimed invention is directed is to create a roller raskatnik with roll rollers mounted on the ends of freely rotating cantilever rods, in which the rods do not bend due to the welding pressure arising on the roll rollers due to the excess of 1 - 4 mm of the diameter described around the rollers circles relative to the inner diameter of the rolled pipe.

Другой задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разгрузка подшипников, в которых вращаются консольные штанги с раскатными роликами, от неравномерных поперечных сил, вызванных изгибом штанг от заданной величины деформации стенки раскатываемой трубы. Another objective to which the claimed invention is directed is the unloading of bearings, in which cantilever rods with rolling rollers rotate, from uneven transverse forces caused by the bending of the rods from a given amount of wall deformation of the rolled pipe.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в том, что на концах штанг практически не возникает изгибающий момент от сил сварочного давления, возникающих от вдавливания роликов в стенку внутренней трубы, а в подшипниках не возникают неравномерные поперечные силы, которые могут приводить к заклиниванию подшипников скольжения. The technical result obtained by the implementation of the present invention is that at the ends of the rods practically no bending moment arises from the welding pressure forces arising from the pressing of the rollers into the wall of the inner pipe, and uneven transverse forces arise in the bearings that can lead to jamming plain bearings.

Указанный технический результат достигается тем, что в роликовом раскатнике для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб внахлестку, содержащем корпус и раскатные рлики, равномерно установленные по окружности относительно оси вращения корпуса;
- раскатник снабжен тремя штангами, на свободных концах которых закреплены раскатные ролики, центральной штангой, установленной в корпусе с возможностью вращения, и опорным роликом, закрепленным на конце центральной штанги с возможностью контакта с каждой штангой;
- на штангах в местах контакта с опорным роликом выполнены контактные буртики;
- опорный ролик и контактные буртики выполнены из материала с твердостью не менее 40 единиц по Роквеллу.The specified technical result is achieved by the fact that in the roller reamer to create welding pressure during diffusion welding of lap pipes containing the casing and the rolling reels uniformly installed around the circumference relative to the axis of rotation of the casing;
- the rolling mill is equipped with three rods, on the free ends of which the roll rollers are fixed, a central rod mounted in the housing with rotation and a support roller fixed to the end of the central rod with the possibility of contact with each rod;
- on the rods in places of contact with the support roller made contact beads;
- the support roller and contact flanges are made of material with a hardness of at least 40 Rockwell units.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез раскатника, на котором условно показаны только две штанги, между которыми в контакте с ними установлен опорный ролик, закрепленный на конце центральной консольной штанги;
на фиг.2 представлено сечение по А-А, на котором показаны в сечении опорный ролик и три контактных буртика на штангах. Трехроликовый 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 с возможностью вращения три консольные штанги 3 с раскатными роликами 4 на свободных концах; консольные штанги 3 установлены в корпусе 2 на подшипниках 7; по оси приводного вала 1 в корпусе 2 установлена с возможностью вращения центральная штанга 6, на конце которой установлен опорный ролик 5, на который в процессе раскатки опираются контактные буртики 8, выполненные на концах штанг 3, с раскатными роликами 4.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal section of a rolling mill, on which only two rods are conventionally shown, between which a support roller is mounted in contact with them, fixed at the end of a central cantilever rod;
figure 2 presents a section along aa, which shows in section a support roller and three contact flanges on the rods. The three-roller rolling mill 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 three cantilever rods 3 are installed with rolling rollers 4 at their free ends; cantilever rods 3 are installed in the housing 2 on bearings 7; on the axis of the drive shaft 1 in the housing 2 is mounted rotatably a central rod 6, at the end of which a support roller 5 is mounted, on which the contact beads 8, made at the ends of the rods 3, with rolling rollers 4 are supported.

Контактные буртики 8 и опорный ролик 5 установлены вплотную к раскатным роликам 4. Contact flanges 8 and the support roller 5 are mounted close to the rolling rollers 4.

Это исключает возможный прогиб штанг 3 от силового взаимодействия раскатных роликов 4 с раскатываемой в горячем состоянии трубой. Достигается это за счет того, что все три штанги 3 через контактные буртики 8 опираются на опорный ролик 5, что позволяет раскатывать за один проход трубу с толщиной стенки до 5 мм. This eliminates the possible deflection of the rods 3 from the force interaction of the rolling rollers 4 with a hot rolled pipe. This is achieved due to the fact that all three rods 3, through contact flanges 8, are supported by a support roller 5, which makes it possible to roll a pipe with a wall thickness of up to 5 mm in one pass.

При этом в подшипниках 7 не происходит заклинивания, т.к. ролики 4 не имеют возможности отжиматься к центру, вследствие чего они не изгибают консольные штанги 3, которые, в свою очередь, не создают неравномерной нагрузки на подшипники. Достигается это за счет того, что все силы, возникающие на роликах при деформации стенки трубы в процессе раскатки, замыкаются на опорном ролике, образуя жесткую систему, не подверженную деформации в радиальном направлении. In this case, the bearings 7 do not jam, because the rollers 4 do not have the ability to push up to the center, as a result of which they do not bend the cantilever rods 3, which, in turn, do not create an uneven load on the bearings. This is achieved due to the fact that all the forces arising on the rollers during deformation of the pipe wall during the rolling process are closed on the support roller, forming a rigid system that is not subject to deformation in the radial direction.

Трехроликовый раскатник работает следующим образом. Раскатные ролики 4 перед диффузионной сваркой выбирают таких размеров, чтобы описанная вокруг роликов окружность была больше на 1 - 4 мм, чем диаметр внутренней раскатываемой трубы, в зависимости от диаметра и толщины ее стенки. Three-roller rolling works as follows. The roll rollers 4 before diffusion welding are selected so that the circumference around the rollers is 1 to 4 mm larger than the diameter of the inner roll pipe, depending on the diameter and thickness of its wall.

Перед тем как ввести раскатные ролики раскатника в раскатываемую трубу, приводят во вращение приводной вал 1, на котором жестко закреплен корпус 2, в котором на подшипниках установлены консольные штанги 3. Before introducing the rolling rollers of the rolling mill into the rolling pipe, the drive shaft 1 is rotated, on which the housing 2 is rigidly fixed, in which the cantilever rods 3 are mounted on the bearings.

Раскатные ролики 4 вводят в разогретую до температуры диффузионной сварки трубу со скоростью из расчета 0,1 - 0,3 мм на один оборот приводного вала 1. Rolled rollers 4 are introduced into a pipe heated to a temperature of diffusion welding at a rate of 0.1-0.3 mm per one revolution of the drive shaft 1.

При этом ролики 4 начинают вращаться за счет трения о внутреннюю поверхность раскатываемой трубы. Усилия на роликах 4 от раздачи трубы замыкаются на опорном ролике 5 через контактные буртики 8, выполненные на консольных штангах 3 вблизи раскатных роликов 4. While the rollers 4 begin to rotate due to friction on the inner surface of the rolled pipe. The efforts on the rollers 4 from the distribution of the pipe are closed on the support roller 5 through the contact beads 8, made on the cantilever rods 3 near the rolling rollers 4.

Пример конкретного выполнения
Был изготовлен экспериментальный образец раскатника, предназначенный для диффузионной сварки в вакууме труб внахлестку в диапазоне от 70 до 90 мм. Перекрытие диапазона достигалось за счет изменения диаметров сменных раскатных роликов.Concrete example
An experimental sample of a rolling mill was made, designed for diffusion welding in a vacuum of lap pipes in the range from 70 to 90 mm. Overlapping of the range was achieved by changing the diameters of interchangeable rolling rollers.

Сваривались трубы длиной по 200 мм с толщиной стенок 3,5 мм из нержавеющей стали марки 06Х18Н10Т и циркониевого сплава с 2,5% ниобия. Pipes 200 mm long with a wall thickness of 3.5 mm were welded from 06X18H10T stainless steel and a zirconium alloy with 2.5% niobium.

Труба из циркониевого сплава с внутренним диаметром 75 мм помещалась вовнутрь нержавеющей трубы на глубину 100 мм. Диаметр описанной окружности вокруг раскатных роликов составил 77 мм. A zirconium alloy pipe with an inner diameter of 75 mm was placed inside a stainless pipe to a depth of 100 mm. The diameter of the circumscribed circle around the rolling rollers was 77 mm.

Собранные трубы нагревались до 900^oC и помещались в специальный бандаж, в котором проводили раскатку внутренней трубы из циркониевого сплва.The assembled pipes were heated to 900 ^° C and placed in a special bandage, in which the inner tube was rolled out of zirconium alloy.

Скорость вращения вала раскатника составила 300 об/мин. The speed of rotation of the roll shaft was 300 rpm.

Раскатные ролики перемещались вдоль нахлестки со скоростью 0,15 мм на один оборот раскатника. Свариваемые трубы закреплялись для предотвращения их проворота вокруг оси. Время раскатки и сварки составило около двух минут, после чего сваренные трубы остывали в вакууме еще 30 минут. Roller rollers moved along the lap at a speed of 0.15 mm per revolution of the roller. Welded pipes were fixed to prevent their rotation around the axis. The rolling and welding time was about two minutes, after which the welded pipes cooled in vacuum for another 30 minutes.

Claims

1. Three-roller rolling mill for creating welding pressure during diffusion lap welding of pipes, comprising a housing and rolling rollers uniformly installed around the circumference relative to the axis of rotation of the housing, characterized in that it is provided with three rods, on the free ends of which the rolling rollers are fixed, a central rod installed in the housing with the possibility of rotation, and a support roller mounted on the end of the Central rod with the possibility of contact with each rod.

2. Three-roller rolling according to claim 1, characterized in that on the rods in the contact points with the support roller are made contact beads.

3. The three-roll roller according to claim 1 or 2, characterized in that the support roller and contact flanges are made of material with a hardness of at least 40 Rockwell units.