RU2169651C1

RU2169651C1 - Roller type burnishing tool for creating welding pressure at diffusion welding of tubes

Info

Publication number: RU2169651C1
Application number: RU2000118472/02A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Семенов; В.Н. Тюрин; Г.Н. Шевелев
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: tube welding, namely diffusion welding in vacuum of overlapped tubes of different materials. SUBSTANCE: possibility for creating uniform deformation of wall of inner tube between burnishing toll rollers is provided due to use of burnishing tool having at least three tie rods. Different-diameter rollers are mounted on ends of said rods. Opposite ends of rods are mounted in body of tool with possibility of rotation. Minimum-diameter roller is mounted in such a way that it is spaced from tool body by maximum distance. Maximum- diameter roller is mounted in such way that it is spaced by minimum distance from tool body. EFFECT: improved design of tool. 2 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/мм 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 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 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 вращающегося вала, на конце которого 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 shaft, at the end of which rolled 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.

Известное устройство имеет два основных недостатка, усугубляющих друг друга. The known device has two main disadvantages, exacerbating each other.

Первый недостаток - это неравномерность осевой и радиальной нагрузок, воздействующих на раскатные ролики в процессе раскатки внутренней трубы сварного соединения. The first drawback is the uneven axial and radial loads acting on the rolling rollers during the rolling process of the inner pipe of the welded joint.

Объясняется это тем, что все три раскатных ролика находятся в одной плоскости и фактически только один ролик, который в результате разброса допусков может быть установлен на несколько долей миллиметра впереди двух других, принимает на себя практически все осевые и частично радиальные усилия, связанные с раздачей внутренней трубки. This is explained by the fact that all three rolled rollers are in the same plane and in fact only one roller, which, as a result of the spread of tolerances, can be set a few fractions of a millimeter in front of the other two, assumes almost all axial and partially radial forces associated with the distribution of the internal tube.

При этом два других ролика в основном выполняют роль подвижных упоров, испытывая при этом только радиальные нагрузки. In this case, the other two rollers mainly play the role of movable stops, while experiencing only radial loads.

Такая неравномерность в нагрузках, которая нагружает в основном один ролик, приводит к перегрузке его подшипников, особенно тех его частей, которые отвечают за осевую составляющую нагрузки. Such unevenness in loads, which loads mainly one roller, leads to an overload of its bearings, especially those parts that are responsible for the axial component of the load.

Неравномерность нагрузки на ролики усугубляется вторым недостатком известной конструкции раскатника, это расположение подшипников в зоне нагрева свариваемой заготовки труб, что приводит к быстрому выходу из строя наиболее нагруженного подшипника. The unevenness of the load on the rollers is exacerbated by the second disadvantage of the known design of the rolling mill, this is the location of the bearings in the heating zone of the welded pipe billet, which leads to the rapid failure of the most loaded bearing.

При таком расположении подшипников им приходится работать в зоне, нагретой до 850-1150^oC.With this arrangement of bearings, they have to work in an area 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 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.

Еще одним недостатком известной конструкции раскатника является большой размер минимального диаметра окружности, описанной вокруг раскатных роликов. Another disadvantage of the known design of the rolling mill 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 корпус, на котором 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 housing on which they are installed.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание роликового раскатника, по крайней мере с тремя раскатными роликами, у которого каждый ролик в процессе раскатки должен обеспечивать независимую от других роликов заданную величину пластической деформации стенки раскатываемой трубы, и при этом подшипники, на которых вращаются раскатные ролики, должны быть максимально защищены от воздействия тепла нагретой трубной заготовки. The problem to which the claimed invention is directed is to create a roller roll with at least three roll rollers, in which each roller in the process of rolling should provide a predetermined plastic deformation of the wall of the rolled pipe, independent of other rollers, and at the same time bearings on which rolling rollers rotate, must be protected as much as possible from the effects of heat from the heated tube billet.

Еще одной задачей изобретения является уменьшение габаритов конструкции роликовой головки, чтобы можно было создавать сварочное давление при диффузионной сварке труб диаметром менее 120 мм. Another objective of the invention is to reduce the dimensions of the design of the roller head, so that you can create welding pressure during diffusion welding of pipes with a diameter of less than 120 mm

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в возможности нагружать каждый раскатной ролик заданной расчетной величиной деформации независимо от нагрузки на другие ролики, обеспечивая общую расчетную деформацию внутренней стенки нахлестки путем сложения расчетных деформаций от каждого ролика. The technical result obtained by the implementation of the present invention consists in the ability to load each roll roller with a predetermined design strain value, regardless of the load on the other rollers, providing a total design strain on the inner lap wall by adding the design strains from each roller.

При этом нагрузка на каждый ролик снижается по крайней мере в три раза, что увеличивает работоспособность раскатника и снижает его вес. At the same time, the load on each roller is reduced at least three times, which increases the efficiency of the roller and reduces its weight.

Кроме этого, заявленная конструкция раскатника обеспечивает снижение температуры нагрева подшипников, на которых вращаются раскатные ролики, до температуры нормы за счет выноса подшипников за зону нагрева сварного соединения, что также увеличивает работоспособность раскатника в сотни раз по сравнению с конструкцией прототипа. In addition, the claimed design of the rolling mill provides a decrease in the heating temperature of the bearings on which the rolling rollers rotate to a normal temperature due to the removal of bearings outside the weld joint heating zone, which also increases the working capacity of the rolling mill hundreds of times in comparison with the prototype design.

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 известном роликовом раскатнике для создания сварочного давления при диффузионной сварке труб внахлестку, содержащий корпус и раскатные ролики, установленные равномерно по окружности относительно оси приводного вала с возможностью вращения:
- раскатник снабжен штангами, на концах которых закреплены раскатные ролики, а противоположные концы штанг в количестве не менее трех установлены с возможностью вращения в корпусе;
- кроме того, ролики закреплены на концах штанг на разном расстоянии от корпуса;
- кроме того, ролики выполнены с разными диаметрами;
- кроме того, ролик с минимальным диаметром установлен на максимальном расстоянии от корпуса, а ролик с максимальным диаметром установлен на минимальном расстоянии от корпуса;
- кроме того, раскатные ролики на концах штанг выполнены сменными.The specified technical result is achieved by the fact that in the known roller reamer for creating welding pressure during diffusion welding of lap pipes, comprising a housing and roll rollers installed uniformly around the circumference relative to the axis of the drive shaft with the possibility of rotation:
- the roller is equipped with rods, at the ends of which the roll rollers are fixed, and the opposite ends of the rods in an amount of at least three are mounted for rotation in the housing;
- in addition, the rollers are fixed at the ends of the rods at different distances from the body;
- in addition, the rollers are made with different diameters;
- in addition, a roller with a minimum diameter is installed at a maximum distance from the housing, and a roller with a maximum diameter is installed at a minimum distance from the housing;
- in addition, the rolling rollers at the ends of the rods are interchangeable.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез раскатника. На фиг. 2 представлено сечение по А-А, на котором показаны три штанги с раскатными роликами, расположенные равномерно по окружности относительно оси вращения корпуса раскатника. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a rolling mill. In FIG. 2 is a section along AA, which shows three rods with roll rollers arranged uniformly around the circumference relative to the axis of rotation of the rolling case.

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. 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.

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.

Раскатные ролики выполнены сменными и установлены на разном расстоянии от корпуса и с разными диаметрами (Д). При этом ролик с минимальным диаметром (Д) установлен на максимальном удалении от корпуса, а ролик с максимальным диаметром (Д+δ₁+δ₂) установлен на минимальном расстоянии от корпуса.Rolling rollers are interchangeable and installed at different distances from the housing and with different diameters (D). In this case, a roller with a minimum diameter (D) is installed at a maximum distance from the body, and a roller with a maximum diameter (D + δ ₁ + δ ₂ ) is installed at a minimum distance from the body.

Средний по высоте расположения ролик имеет промежуточный размер диаметра (Д+δ₁). Такое ступенчатое расположение роликов по высоте и такое же ступенчатое возрастание их диаметров по высоте раскатника позволяют общую заданную по технологии величину раздачи внутренней трубы разделить, например, на три части и тем самым почти в три раза снизить нагрузку на каждый ролик и спланировать требуемую по технологии величину раздачи для каждого ролика в зависимости от конструкции нахлесточного трубчатого сварного соединения, например, в виде гладкого соединения, резьбового, ступенчатого и т.д., а также от физических свойств свариваемых материалов, их способности свариваться в твердой фазе и деформироваться при температуре диффузионной сварки.The medium-height roller has an intermediate diameter size (D + δ ₁ ). Such a stepwise arrangement of the rollers in height and the same stepwise increase in their diameters in the height of the reamer make it possible to divide the total distribution size of the inner pipe, set by technology, for example, into three parts, and thereby reduce the load on each roller by almost three times and plan the value required by the technology distribution for each roller, depending on the design of the lap welded tubular joint, for example, in the form of a smooth joint, threaded, stepped, etc., as well as the physical properties of the weld ivaemyh materials, their ability to be welded in the solid phase and deformed at a temperature of diffusion welding.

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, что позволяет сваривать трубы диаметром менее 100 мм. 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 being welded, create conditions for the possibility of significantly reducing the minimum diameter of the circumference described around the rollers, which allows welding of pipes with a diameter of less than 100 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 дифференционной сварке труб с внутренним диаметром перед сваркой 76,5 мм использовали ролики, описанные окружности вокруг которых составили 77,5 мм, 78,5 мм и 79,5 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 in the differential welding of pipes with an inner diameter before welding of 76.5 mm, rollers were used, the circumscribed circles around which were 77.5 mm, 78.5 mm and 79.5 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 pipe heating temperature 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.

Claims

1. Roller rolling machine for creating welding pressure during diffusion lap welding of pipes, comprising a housing and rolling rollers mounted uniformly around the circumference relative to the axis of rotation of the housing, characterized in that the rolling mill is equipped with at least three rods, at the ends of which rolled rollers of different diameters are fixed, opposite ends are rotatably mounted in the housing, with a roller with a minimum diameter located at a maximum distance from the housing, and a roller with a maximum diameter at minimum distance from the housing.

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