RU2268815C2 - Способ сварки трением трубчатых деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при изготовлении трубчатых изделий, преимущественно бурильных труб с резьбовыми концами. Одну из деталей устанавливают неподвижно. Другую вращают с одновременной подачей на нее осевого усилия с обеспечением размещения образующегося внутреннего грата в проточке. Проточку выполняют во втулке, имеющейся на одной из деталей. Диаметр проточки выбирают равным (0,8-0,95) внутреннего диаметра сварного соединения. Длину проточки и толщину стенки втулки выбирают равной (1,6-4,0) и (0,25-0,50) толщины стенки сварного соединения соответственно. За счет подбора упомянутых параметров обеспечивается проведение одновременно со сваркой самоотпуска сварного соединения, отпадает необходимость выполнения дополнительных операций по термообработке сварного соединения. 2 ил.

Description

Изобретение относится к буровой технике и касается термообработки сварного соединения трубчатых деталей, преимущественно бурильных труб с резьбовыми концами.

Известен наиболее близкий аналог, принятый за прототип, способ сварки трением трубчатых деталей, включающий установку одной из них неподвижно, вращение другой детали с одновременной подачей на нее осевого усилия и укрытие внутреннего грата (см. кн. "Сварка трением". Справочник, под редакцией В.К. Лебедева и др., Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987, стр.57, рис.2.13г). В данном способе укрытие грата осуществляют в проточку (полость), образующуюся при сварке трением двух деталей Однако параметры проточки (полости) обусловлены лишь требованием размещения ("укрытия") внутреннего грата и не могут обеспечить самоотпуск сварного соединения (шва), т.е. не установлено (не проанализировано), какое количество тепла (внутреннего грата) надо сначала аккумулировать, предохраняя от перегрева сварное соединение, а затем отдать его, чтобы при этом происходил самоотпуск этого соединения.

Таким образом, в прототипе после сварки необходимо проведение дополнительной операции по нормализации сварного соединения, закалке и отпуску, что влечет за собой увеличение затрат труда, соответственно уменьшение производительности.

Задача изобретения состоит в повышении производительности путем осуществления самоотпуска сварного соединения.

Для решения этой задачи в способе сварки трением трубчатых деталей, включающем установку одной из них неподвижно, вращение другой детали с одновременной подачей на нее осевого усилия с обеспечением размещения образующегося внутреннего грата в проточке, а проточку выполняют во втулке, имеющейся на одной из деталей, при этом диаметр проточки выбирают равным 0,80-0,95 внутреннего диаметра сварного соединения, а длину проточки и толщину стенки втулки выбирают равной (1,6-4,0) и (0,25-0,50) толщины стенки сварного соединения соответственно.

Рассматриваются два варианта использования втулки: выполнение ее заодно с одной из трубчатых деталей или путем запрессовки в одну из них.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображены:

фиг.1 - сварное соединение бурильных труб, где втулка выполнена заодно с деталью и внутренний диаметр втулки больше внутреннего диаметра (do) сварного соединения.

Фиг.2 - сварное соединение бурильных труб, где втулка запрессована в одной из деталей и внутренний диаметр втулки меньше внутреннего диаметра (do) сварного соединения.

Сварное соединение содержит ниппель 1 (трубчатую деталь), трубу 2 и втулку 3 с проточкой 4, выполненную заодно с деталью (например, с ниппелем (фиг.1)) или закрепленную (запрессованную), например, в неподвижную трубу 2 (фиг.2). В процессе сварки трением образуется сварное соединение (шов) 5, а внутренний грат 6 размещается в проточке 4 втулки 3.

Наружный диаметр втулки 3 в месте ее запрессовки в трубу 2 равен внутреннему диаметру сварного соединения.

Заявляемый способ позволяет решить поставленную задачу.

Действительно, в заявляемом способе оговорены соотношения размеров диаметра, длины и толщины стенок проточки втулки, в которую осуществляют укрытие грата, с размерами сварного соединения (внутренним диаметром и толщиной стенки), которые получены экспериментально. Вышеуказанные параметры предопределяют необходимое и достаточное количество тепла, которое сначала аккумулируют, предохраняя сварное соединение от перегрева, затем отдают его, чтобы при этом происходил самоотпуск сварного соединения. В процессе сварки трением происходит разогрев торцов свариваемых деталей (1 и 2) до 1200°С.

Разогретый до этой температуры внутренний грат поступает в проточку 4 втулки 3 и, составляя половину объема выдавливаемого металла при осадке, содержит определенный объем тепла, что учитывается приведенными соотношениями размеров втулки, проточки втулки и сварного соединения, полученными экспериментально, а именно - отношение диаметра проточки к внутреннему диаметру сварного соединения составляет 0,80-0,95, а отношение длины проточки и толщины ее стенок к толщине сварного соединения составляет 1,6-4,0 и 0,25-0,50 соответственно. Разогретый металл, поступивший в проточку 4, содержит определенный объем тепла. Поскольку происходит закалка сварного шва, о чем свидетельствует микроструктура материала, температура зоны термического влияния к моменту окончания процесса закалки не может быть выше 150°С. Поэтому требуемая температура нагрева для самоотпуска зоны термического влияния, отбираемая от внутреннего грата, будет на 150°С меньше. Остающееся тепло поглощается дном и боковыми стенками предварительно подогретой в процессе сварки втулки и сварным соединением в зоне термического влияния, причем в конечном итоге температура всех участвующих в разогреве элементов, в том числе грата, оказывается равной температуре самоотпуска (500-680°С). Исследования микроструктуры и механических свойств металла сварного соединения и зоны термического влияния подтверждают эффект предохранения от перегрева и самоотпуска при использовании втулки с проточкой с упомянутыми выше соотношениями ее параметров и параметров сварного соединения, полученными экспериментально.

Таким образом, обеспечивается самоотпуск сварного соединения, в результате чего отпадает необходимость проводить дополнительные операции по нормализации, закалке и отпуску. Тем самым повышается производительность труда.

В тех случаях, когда внутренний диаметр втулки больше внутреннего диаметра (do) сварного соединения (см. фиг.2), внутренний грат вместе с втулкой после окончания самоотпуска удаляют.

Пример реализации способа сварки трением трубчатых деталей.

В процессе изготовления ниппеля формируют втулку 3 с проточкой 4 с параметрами, рекомендованными в заявляемом способе. Так, например, сварное соединение (см. фиг.1) с наружным диаметром Дсв=70 мм и толщиной стенки tсв=4,5 мм имеет внутренний диаметр dcв=61 мм. Следовательно, диаметр проточки Дпр=0,87 dcв=53,1 мм, длина и толщина стенок проточки соответственно lпр=1,85 tсв=8,3 мм, tпр=0,36 tсв=1,6 мм. Трубу 2 устанавливают в захвате сварочной машины ПСТ-60, а другую трубчатую деталь (например, ниппель 1) - в патроне шпинделя сварочной машины. Трубчатая деталь 1 (ниппель) подводится к торцу неподвижной трубы 2 и приводится во вращение с частотой 1000 об/мин. При этом происходит разогрев сопрягаемых торцов установленных деталей (трубы 2 и ниппеля 1), прикладывают осевое усилие сжатия (проковки). Образуется грат 5, который поступает наружу и в полость проточки 4 втулки 3, которая аккумулирует выделяемое в процессе сварки тепло, предохраняя сварное соединение от перегрева. В момент окончания сварки специальное устройство, установленное в захвате машины ПСТ-60, перемещается к сварному соединению и срезает еще не остывший наружный грат, в результате чего из-за быстрого теплоотвода от сварного соединения происходит его закалка, а затем самоотпуск за счет использования тепла, накопленного втулкой. Исследование микрошлифов показало, что в зоне термического влияния на участке 1,0-1,5 мм по обе стороны от стыка сварное соединение, полученное с применением втулки, представлено микроструктурой сорбита отпуска балл 3-5, что указывает на отсутствие перегрева и температуру самоотпуска 580-650°С.

При сварке на тех же режимах, но без втулки микроструктура в зоне термического влияния была представлена максимальной величиной зерна - мартенсит балл 10 с наличием видманштеттовой структуры, что указывает на перегрев этой зоны и предопределяет необходимость проводить нормализацию и только потом закалку с отпуском.

Предложенный способ сварки трением трубчатых деталей обеспечивает повышение производительности труда путем осуществления самоотпуска сварного соединения.

Claims (1)

1. Способ сварки трением трубчатых деталей, включающий установку одной из них неподвижно, вращение другой детали с одновременной подачей на нее осевого усилия с обеспечением размещения образующегося внутреннего грата в проточке, отличающийся тем, что проточку выполняют во втулке, имеющейся на одной из деталей, при этом диаметр проточки выбирают равным (0,8-0,95) внутреннего диаметра сварного соединения, а длину проточки и толщину стенки втулки выбирают равной (1,6-4,0) и (0,25-0,50) толщины стенки сварного соединения соответственно.

Images