RU2605877C1 - Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels - Google Patents
Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605877C1 RU2605877C1 RU2015128199/02A RU2015128199A RU2605877C1 RU 2605877 C1 RU2605877 C1 RU 2605877C1 RU 2015128199/02 A RU2015128199/02 A RU 2015128199/02A RU 2015128199 A RU2015128199 A RU 2015128199A RU 2605877 C1 RU2605877 C1 RU 2605877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rings
- rollers
- shell
- welding
- welded
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/235—Preliminary treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и сварке, а именно к производству сварных корпусов высокого давления, изготовленных из высокопрочной легированной стали и представляющих собой тонкостенную оболочку с приваренными к ним утолщенными кольцами.The invention relates to the processing of metals by pressure and welding, and in particular to the production of welded high pressure housings made of high strength alloy steel and representing a thin-walled shell with thickened rings welded to them.
Сварные корпусы сосудов высокого давления используют в различных хозяйственных областях при изготовлении огнетушителей, кислородных и газовых баллонов, баллонов со сжатым воздухом, лейнеров, ресиверов и т.п.Welded cases of pressure vessels are used in various economic fields in the manufacture of fire extinguishers, oxygen and gas cylinders, compressed air cylinders, liners, receivers, etc.
Основные требования, предъявляемые к сварным корпусам сосудов высокого давления, следующие: высокая конструктивная и циклическая прочность, точность геометрических размеров, качество обрабатываемой поверхности, высокое качество сварных соединений, высокая производительность изготовления и малый вес.The main requirements for welded cases of pressure vessels are as follows: high structural and cyclic strength, accuracy of geometric dimensions, quality of the machined surface, high quality of welded joints, high production capacity and low weight.
Известен способ изготовления осесимметричных корпусов, работающих под давлением, патент РФ №2295416, кл. МПК B21D 51/24, C21D 8/10, в котором описан способ производства осесимметричных корпусов с концевыми утолщениями.A known method of manufacturing axisymmetric housings operating under pressure, RF patent No. 2295416, class. IPC B21D 51/24, C21D 8/10, which describes a method for the production of axisymmetric cases with end thickenings.
Способ включает закалку, отпуск, холодную пластическую деформацию методом ротационной вытяжки за два прохода, низкотемпературный отжиг. Используют легированную сталь, осуществляют закалку и отпуск, ротационную вытяжку осуществляют без промежуточного отжига.The method includes hardening, tempering, cold plastic deformation by rotational drawing in two passes, low-temperature annealing. Alloy steel is used, hardening and tempering are carried out, rotational drawing is carried out without intermediate annealing.
Известен также «Способ закатки горловин баллона», патент РФ №2002538, кл. МПК B21D 51/24, ротационной обработкой поэтапным формированием переходного и цилиндрического участков горловины на нагретом конце вращающейся трубчатой заготовки.Also known is the "Method of seaming the neck of a balloon", RF patent No.2002538, class. IPC B21D 51/24, by rotary machining by stepwise formation of the transitional and cylindrical sections of the neck at the heated end of the rotating tubular workpiece.
Основным недостатком вышеприведенных способов изготовления корпусов, оболочек и баллонов, работающих под давлением, является высокая трудоемкость и себестоимость изготовления, обусловленная формообразованием обработкой давлением цельнометаллических сосудов, не имеющих сварных соединений.The main disadvantage of the above methods for the manufacture of bodies, shells and cylinders operating under pressure is the high complexity and cost of manufacturing, due to the shaping by pressure treatment of all-metal vessels that do not have welded joints.
Известен способ изготовления сварных баллонов из конструкционных малоуглеродистых сталей для сжиженного газа, описанный в патенте РФ №1798589, кл. МПК F17C 1/00, баллон изготавливают из сваренных встык обечаек с днищами, в зоне сварного шва выполнен утолщенный участок. При этом утолщенный участок имеет коническую форму.A known method of manufacturing welded cylinders of structural low-carbon steels for liquefied gas, described in the patent of the Russian Federation No. 1798589, class. IPC
Как видно из этого технического решения, соединяемые между собой обечайки на концах должны иметь утолщения конической формы.As can be seen from this technical solution, the shells connected to each other at the ends should have conical thickenings.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного способа, относятся высокая трудоемкость и себестоимость изготовления составных частей сосудов - обечаек с днищами, обусловленная наличием утолщенного участка в зоне сварного соединения, так как для изготовления обечаек с утолщениями на концах требуется большое число операций прессовой или ротационной обработки, а также необходимость применения толстой заготовки, что снижает коэффициент использования металла и повышает вес баллона.The reasons that impede the achievement of the specified technical result when using the known method include the high complexity and cost of manufacturing the components of vessels - shells with bottoms, due to the presence of a thickened area in the weld zone, since for the manufacture of shells with thickenings at the ends, a large number of press operations are required or rotary processing, as well as the need to use a thick billet, which reduces the utilization of metal and increases the weight of the cylinder .
Кроме того, в этом техническом решении не отражены признаки, влияющие на точность и качество обработанной поверхности, так как для обеспечения высокой прочности при малом весе сосудов необходимо получение тонкостенных элементов конструкции, и при этом повышаются требования к прочности и точности изготовления как по толщине стенки, так и по диаметру, особенно в зоне сварного шва.In addition, this technical solution does not reflect signs that affect the accuracy and quality of the treated surface, since to ensure high strength with a small weight of the vessels, it is necessary to obtain thin-walled structural elements, and this increases the requirements for strength and manufacturing accuracy both in terms of wall thickness, and in diameter, especially in the weld zone.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления высокопрочных осесимметричных оболочек, работающих под высоким давлением (Новиков О.М. и др. «Новая технология дуговой сварки в защитном газе баллонов высокого давления» журнал «Сварщик-профессионал» №1, 2005 г., стр. 14-15), принятый авторами за прототип, при котором мехобработанные заготовки деталей собирают с использованием сборочно-сварочного приспособления и сваривают стыки односторонней механизированной электродуговой сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом за два прохода с присадочной проволокой на втором проходе, с поддувом аргона изнутри со стороны корня шва, с попеременной дискретной (пульсирующей) подачей в зону непрерывно горящей дуги двух защитных газов - аргона и гелия - с одновременным управлением напряжением дуги, затем осуществляют окончательную мехобработку, упрочняющую термообработку, контроль и испытания сварных швов.The closest in technical essence and the achieved technical result is a method of manufacturing high-strength axisymmetric shells operating under high pressure (Novikov OM et al. "New technology for arc welding in protective gas of high-pressure cylinders" magazine "Professional welder" No. 1, 2005, p. 14-15), adopted by the authors for the prototype, in which the machined parts blanks are assembled using an assembly-welding fixture and the joints are welded with one-side mechanized electric arc welding n a fusing tungsten electrode in two passes with a filler wire in the second pass, with argon blowing from the inside from the root side of the seam, with alternating discrete (pulsating) supply of two protective gases — argon and helium — to the continuously burning arc zone with simultaneous control of the arc voltage, then the arc voltage is controlled final machining, hardening heat treatment, control and testing of welds.
Такой способ требует дорогостоящего гелия, сложной системы регулирования подачи двух защитных газов и контроля за их расходом, управления пульсацией раздельных потоков защитных газов в оптимальном диапазоне частот. Кроме того, отсутствует строгая система фиксации стыков при сварке. Сварка ведется на весу, вручную.This method requires expensive helium, a complex system for regulating the supply of two protective gases and controlling their consumption, controlling the pulsation of separate flows of protective gases in the optimal frequency range. In addition, there is no strict system for fixing joints in welding. Welding is carried out on weight, manually.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления тонкостенных сварных оболочек, принятого авторами за прототип, относится отсутствие возможности обеспечения высокой размерной точности по соосности, а также торцевому и радиальному биению.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method of manufacturing thin-walled welded shells adopted by the authors as a prototype include the lack of the ability to provide high dimensional accuracy in alignment, as well as end and radial runout.
По мнению заявителей причиной низкой точности по соосности, по торцевому и радиальному биению соединяемых частей оболочек является отсутствие решений по фиксации свариваемых кромок при сварке.According to the applicants, the reason for the low accuracy in alignment, in the end and radial runout of the connected parts of the shells is the lack of solutions for fixing the edges to be welded during welding.
Кроме того, в данном способе, принятом авторами за прототип, отсутствуют методы подготовки и ротационной обработки заготовок оболочки и колец перед сваркой.In addition, in this method, adopted by the authors as a prototype, there are no methods for the preparation and rotational processing of shell blanks and rings before welding.
Недостатком прототипа является выполнение окончательной мехобработки сваренных деталей перед термоупрочняющей обработкой, что не позволяет ликвидировать термические изменения механической обработкой.The disadvantage of the prototype is the final machining of the welded parts before heat treatment, which does not allow to eliminate thermal changes by machining.
Недостатком прототипа является отсутствие термоправки деталей при термоупрочняющей обработке.The disadvantage of the prototype is the lack of thermal correction of parts during heat treatment.
К недостаткам прототипа также относится повышенный износ рабочих поверхностей деформирующих роликов и оправки.The disadvantages of the prototype also include increased wear of the working surfaces of the deforming rollers and mandrels.
Таким образом, задачей данного технического решения, принятого за прототип, являлось повышение качества металла шва, увеличение производительности сварки, снижение энергии затрат.Thus, the objective of this technical solution adopted for the prototype was to improve the quality of the weld metal, increase welding performance, reduce energy costs.
Общими признаками с предлагаемым заявителями способом изготовления сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей, содержащих тонкостенную оболочку с приваренными к ней утолщенными кольцами, является механическая обработка заготовок оболочки и колец, их сборка в сборочно-сварочных приспособлениях, электродуговая односторонняя сварка в среде защитного газа, упрочняющая термообработка, контроль и испытания сварных швов.Common features with the method proposed by the applicants for manufacturing welded cases of pressure vessels from high-strength alloy steels containing a thin-walled shell with thickened rings welded to it are mechanical processing of the shell blanks and rings, their assembly in assembly-welding devices, and single-sided arc welding in a gas , hardening heat treatment, control and testing of welds.
В отличие от прототипа предлагаемый заявителями способ изготовления сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочной легированной стали основан на том, что тонкостенную оболочку получают путем резки труб на заготовки, калибровки, рекристаллизационного смягчающего отжига, предварительной механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с отжигом, уменьшающим напряжения между первым и вторым переходом, с рекристаллизационным смягчающим отжигом перед и отжигом, уменьшающим напряжения после последнего перехода ротационной вытяжки, при которой используют деформирующие ролики треугольного профиля со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленные с различными зазорами относительно оправки, затем производят отрезку технологических утолщений торцов оболочки с последующей подрезкой ее кромок, а утолщенные кольца получают путем резки труб на заготовки, калибровки по наружному диаметру, рекристаллизационного смягчающего отжига, механической обработки с подрезкой торцов, и формированием переходного конического и цилиндрического участка под сварку, после этого получают корпус сосуда поочередной сборкой и сваркой оболочки и колец, выполняют высокий отпуск сварных швов не позднее 8 часов после сварки, осуществляют рентгенотелевизионный контроль сварных швов, упрочняющую термообработку корпуса сосуда закалкой и отпуском на предел прочности не менее 1520 МПа, производят отпуск колец до предела прочности не менее 1050 МПа, окончательную механическую обработку с нарезанием упорных резьб на кольцах, гидравлические и пневматические испытания.In contrast to the prototype, the method proposed by the applicants for manufacturing welded cases of pressure vessels from high-strength alloy steel is based on the fact that a thin-walled shell is obtained by cutting pipes into billets, calibration, recrystallization softening annealing, preliminary machining, rotational drawing for several transitions with annealing that reduces voltage between the first and second transitions, with recrystallization softening annealing before and annealing, which reduces stresses after the last ne a rotary hood, in which deforming rollers of a triangular profile with radially rounded or (and) flat peaks installed with different gaps relative to the mandrel are used, then a section of technological thickenings of the ends of the shell is made, followed by trimming of its edges, and thickened rings are obtained by cutting pipes into blanks, calibrations according to the outer diameter, recrystallization softening annealing, machining with trimming of the ends, and the formation of a transitional conical and cylinder welding section, then receive the vessel body by alternately assembling and welding the shell and rings, perform high tempering of the welds no later than 8 hours after welding, perform X-ray television monitoring of the welds, hardening the heat treatment of the vessel body by quenching and tempering at a tensile strength of at least 1520 MPa the rings are tempered to a tensile strength of at least 1050 MPa, the final machining is performed by cutting the threaded threads on the rings, hydraulic and pneumatic tests.
В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:In special cases, that is, in specific forms of execution, the invention is characterized by the following features:
- при ротационной вытяжке оболочек используют деформирующие ролики, установленные в одной плоскости поперечного сечения, один из которых выполнен с передним углом профиля (10÷25)°, последующие - с передним углом (25÷35)° и величиной зазора между вершиной профиля ролика с меньшим передним углом и оправкой в 1,1÷1,25 раза большим величины зазора последующих роликов, при этом зазоры между вершинами последующих роликов и оправкой задают равными;- when the shells are rotationally drawn, deforming rollers are used installed in the same plane of the cross section, one of which is made with a front profile angle (10 ÷ 25) °, the next with a front angle (25 ÷ 35) ° and the gap between the top of the roller profile with smaller rake angle and mandrel 1.1 ÷ 1.25 times larger than the clearance of subsequent rollers, while the gaps between the vertices of subsequent rollers and the mandrel are set equal;
- радиусы при вершинах профиля роликов задают равными 1÷3 толщинам стенки тонкостенной оболочки;- the radii at the vertices of the profile of the rollers are set equal to 1 ÷ 3 the wall thickness of the thin-walled shell;
- при ротационной вытяжке используют деформирующие ролики с плоской вершиной, наклоненной к образующей оправки под задним углом, равным 0,1÷0,5 величины заднего угла роликов;- when the rotation hood using deforming rollers with a flat top, inclined to the forming mandrel at a rear angle equal to 0.1 ÷ 0.5 of the rear angle of the rollers;
- рабочая поверхность деформирующих роликов обработана раствором фторсодержащего поверхностно-активного вещества;- the working surface of the deforming rollers is treated with a solution of a fluorine-containing surfactant;
- рабочая поверхность оправки обработана раствором фторсодержащего поверхностно-активного вещества;- the working surface of the mandrel is treated with a solution of a fluorine-containing surfactant;
- рабочие поверхности деформирующих роликов или (и) оправки обработаны раствором перфтополиэфиркислоты марки 6МФК-180 в хладоне 113;- the working surfaces of the deforming rollers or (and) the mandrel are treated with a solution of perfluoro-polyester acid grade 6MFK-180 in freon 113;
- конический переходный участок колец формируют под углом (10-25)°, а цилиндрический свариваемый участок - длиной, равной 0,8÷1,2 толщины тонкостенной оболочки;- the conical transition section of the rings is formed at an angle of (10-25) °, and the cylindrical welded section is formed with a length equal to 0.8 ÷ 1.2 of the thickness of the thin-walled shell;
- оболочку и кольца корпусов сосудов изготавливают из высокопрочной легированной стали одного и того же химсостава;- the shell and rings of the vessel bodies are made of high strength alloy steel of the same chemical composition;
- корпус сосуда в процессе охлаждения при закалке подвергают термоправке;- the vessel body in the cooling process during quenching is subjected to thermal correction;
- высокий отпуск зоны сварных соединений и отпуск колец осуществляют индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе, выполненным с зазором между кольцами не менее 10 мм и установленным симметрично зонам термообработки, а режимы нагрева контролируют пирометром, установленным на фокусном расстоянии от контролируемой поверхности с направлением луча пирометра между кольцами индуктора под углом 90° к зоне контроля.- high tempering of the weld zone and tempering of the rings is carried out by induction in a single-turn double-ring inductor made with a gap between the rings of at least 10 mm and symmetrically set heat treatment zones, and the heating modes are controlled by a pyrometer installed at the focal distance from the surface to be monitored with the direction of the pyrometer beam between inductor rings at an angle of 90 ° to the control zone.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявленного технического решения и достигаемым техническим результатом.This is what allows us to conclude that there is a causal relationship between the totality of the essential features of the claimed technical solution and the achieved technical result.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.These signs, distinctive from the prototype and to which the requested amount of legal protection applies, are sufficient in all cases.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение высокой механической прочности, низкого уровня остаточных напряжений, геометрической точности, качества обработанной поверхности, технологичности изготовления сварных корпусов сосудов, прочности сварных соединений, надежности и долговечности при малом весе и низкой трудоемкости, снижение затрат на инструмент и технологическую оснастку.The objective of the invention is to provide high mechanical strength, low level of residual stresses, geometric accuracy, quality of the treated surface, manufacturability of the manufacture of welded vessel shells, strength of welded joints, reliability and durability with low weight and low complexity, reducing the cost of tools and tooling.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при известном способе изготовления тонкостенных сварных оболочек, работающих под высоким давлением, содержащих тонкостенную обечайку с приваренными утолщенными кольцами, включающим механическую обработку заготовок обечаек и колец, их сборку в сборочно-сварочных приспособлениях, электродуговую одностороннюю сварку в среде защитного газа, термоупрочняющую обработку, контроль и испытания сварных швов, особенность заключается в том, что тонкостенную оболочку получают путем резки труб на заготовки, калибровки, рекристаллизационного смягчающего отжига, предварительной механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с отжигом уменьшающим напряжения между первым и вторым переходом, с рекристаллизационным смягчающим отжигом перед и отжигом, уменьшающим напряжения после последнего перехода ротационной вытяжки, при которой используют деформирующие ролики треугольного профиля со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленные с различными зазорами относительно оправки, затем производят отрезку технологических утолщений торцов оболочки с последующей подрезкой ее кромок, а утолщенные кольца получают путем резки труб на заготовки, калибровки по наружному диаметру, рекристаллизационного смягчающего отжига, механической обработки с подрезкой торцов и формированием переходного конического и цилиндрического участка под сварку, после этого получают корпус сосуда поочередной сборкой и сваркой оболочки и колец, выполняют высокий отпуск сварных швов не позднее 8 часов после сварки, осуществляют рентгенотелевизионный контроль сварных швов, упрочняющую термообработку корпуса сосуда закалкой и отпуском на предел прочности не менее 1520 МПа, производят отпуск колец до предела прочности не менее 1050 МПа, окончательную механическую обработку с нарезанием упорных резьб на кольцах, гидравлические и пневматические испытания.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that with the known method of manufacturing thin-walled welded shells operating under high pressure, containing a thin-walled shell with welded thickened rings, including machining of blanks of shells and rings, their assembly in assembly-welding devices, one-sided arc welding in the environment of shielding gas, heat-strengthening treatment, control and testing of welds, the feature is that thin-walled the egg is obtained by cutting pipes into billets, calibration, recrystallization softening annealing, preliminary machining, rotational drawing for several transitions with annealing to reduce stresses between the first and second transitions, with recrystallization softening annealing before and annealing, which reduces stresses after the last transition of rotational drawing, which use deforming rollers of a triangular profile with rounded radii or (and) flat vertices installed with different gaps relative to the mandrel, then the technological thickenings of the ends of the shell are cut off, followed by trimming its edges, and thickened rings are obtained by cutting pipes into blanks, calibrating by the outer diameter, recrystallization softening annealing, machining with trimming of the ends and the formation of a transitional conical and cylindrical section for welding, then receive the vessel body by alternately assembling and welding the shell and rings, perform a high tempering of the welds no later than 8 hours after welding, performing stvlyayut X-ray inspection of weld seams, reinforcing heat treatment vessel body quenching and tempering the tensile strength of at least 1520 MPa, to produce rings rental tensile strength of not less than 1050 MPa, the final machining by cutting with buttress thread on rings, hydraulic and pneumatic test.
Новая совокупность операций, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет:The new set of operations, as well as the presence of relations between them, allow, in particular, due to:
- получения тонкостенной оболочки путем резки труб на заготовки и калибровки повысить коэффициент использования металла;- obtaining a thin-walled shell by cutting pipes into billets and calibration to increase the utilization of metal;
- рекристаллизационного смягчающего отжига и предварительной механической обработки, заключающейся в удалении дефектных поверхностных слоев заготовки, подготовить заготовки оболочки к последующей ротационной вытяжке;- recrystallization softening annealing and preliminary machining, which consists in removing the defective surface layers of the workpiece, prepare the shell blanks for subsequent rotational drawing;
- ротационной вытяжки за несколько переходов получить оболочку с необходимыми геометрическими размерами без отходов металла, так как ротационная вытяжка по сравнению с другими видами обработки металлов имеет ряд преимуществ, позволяет получать тонкостенные оболочки большой длины с высоким коэффициентом использования металла и высокой точности геометрических размеров;- rotary hood in several transitions to obtain a shell with the required geometric dimensions without metal waste, since the rotational hood compared with other types of metal processing has several advantages, it allows to obtain thin-walled shells of large length with high metal utilization and high accuracy of geometric dimensions;
- отжига, уменьшающего напряжения между первым и вторым переходом ротационной вытяжки и с рекристаллизационным смягчающим отжигом перед и отжигом, уменьшающим напряжения после последнего перехода получать необходимые механические свойства металла - высокопрочной легированной стали оболочки при малом уровне остаточных внутренних напряжений;- annealing, which reduces stress between the first and second transitions of the rotary extract, and with recrystallization softening annealing before and annealing, which reduces stresses after the last transition, to obtain the necessary mechanical properties of the metal — high-strength alloy steel of the shell at a low level of residual internal stresses;
- использования при ротационной вытяжке оболочек деформирующих роликов треугольного профиля со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленными с различными зазорами относительно оправки, обеспечить разделение деформации между роликами и плавность нарастания деформации металла вдоль образующей оправки и, в результате, высокое качество обрабатываемой поверхности и точность геометрической формы оболочки;- using rotational drawing of the shells of deforming rollers of a triangular profile with radially rounded or (and) flat peaks installed with different gaps relative to the mandrel, to ensure the separation of the deformation between the rollers and the smooth growth of the metal deformation along the forming mandrel and, as a result, the high quality of the processed surface and the accuracy of the geometric shape of the shell;
- отрезки технологических утолщений торцов оболочки с последующей подрезкой ее кромок подготовить тонкостенную оболочку к последующей сборке и сварке с кольцами;- segments of technological thickenings of the ends of the shell with subsequent trimming of its edges to prepare a thin-walled shell for subsequent assembly and welding with rings;
- получения утолщенных колец путем резки труб на заготовки, калибровки по наружному диаметру, рекристаллизационного смягчающего отжига, механической обработки с подрезкой торцов и формированием переходов конического и цилиндрического участка обеспечить высокий коэффициент использования металла, а также необходимую геометрическую форму кромок под сварку;- to obtain thickened rings by cutting pipes into billets, calibrating by the outer diameter, recrystallizing softening annealing, machining with trimming the ends and forming transitions of the conical and cylindrical sections to ensure a high metal utilization rate, as well as the necessary geometric shape of the edges for welding;
- поочередной сборки и сварки оболочки и колец получить корпус сосуда высокого давления;- alternately assembling and welding the shell and rings to obtain the body of the pressure vessel;
- высокого отпуска сварных швов не позднее 8 часов после сварки снизить уровень остаточных внутренних напряжений металла и предотвратить вероятность возникновения холодных трещин в зонах сварных соединений;- high tempering of welds not later than 8 hours after welding to reduce the level of residual internal stresses of the metal and prevent the likelihood of cold cracks in the zones of welded joints;
- рентгенотелевизионного контроля сварных швов выявить внутренние дефекты в металле сварных швов и околошовных зонах (непровары, поры, трещины, вольфрамовые и шлаковые включения) с последующим их исправлением разделкой и подваркой;- X-ray television control of welds to identify internal defects in the metal of welds and heat-affected zones (lack of fusion, pores, cracks, tungsten and slag inclusions) with their subsequent correction by cutting and welding;
- упрочняющей термической обработкой закалкой и отпуском на предел прочности не менее 1520 МПа обеспечить высокие механические свойства материала корпуса сосуда;- hardening heat treatment by quenching and tempering at a tensile strength of at least 1520 MPa to ensure high mechanical properties of the vessel body material;
- отпуска колец до предела прочности не менее 1050 МПа обеспечить технологичность нарезания в них упорной резьбы;- tempering rings to a tensile strength of at least 1050 MPa to ensure the manufacturability of cutting resistant threads in them;
- окончательной механической обработки с нарезанием упорных резьб на кольцах получить необходимые геометрические размеры корпуса сосуда и обеспечить возможность гидравлических и пневматических испытаний.- final machining with cutting of threaded threads on the rings to obtain the necessary geometric dimensions of the vessel body and to provide the possibility of hydraulic and pneumatic tests.
Признаки, характеризующие изобретение, в конкретных формах исполнения позволяют, в частности за счет:The signs characterizing the invention in specific forms of execution allow, in particular due to:
- установки деформирующих роликов в одной плоскости поперечного сечения уменьшить радиальные усилия ротационной вытяжки оболочек из высокопрочной легированной стали, повысить устойчивость процесса формоизменения и точность геометрической формы;- installation of deforming rollers in one plane of the cross section to reduce the radial forces of the rotational drawing of the shells of high-strength alloy steel, to increase the stability of the process of forming and the accuracy of the geometric shape;
- использования деформирующих роликов, один из которых выполнен с передним углом профиля (10÷25)°, последующие с передним углом (25÷35)° разделить деформацию между роликами в осевом направлении, так как ролик с меньшим передним углом опережает последующие ролики, что создает условия плавного нарастания деформации металла вдоль образующей оправки и повышает точность и чистоту обрабатываемой поверхности;- use of deforming rollers, one of which is made with a rake angle of the profile (10 ÷ 25) °, subsequent with a rake angle (25 ÷ 35) ° to divide the deformation between the rollers in the axial direction, since the roller with a smaller rake angle is ahead of the subsequent rollers, which creates conditions for a smooth increase in metal deformation along the forming mandrel and increases the accuracy and cleanliness of the treated surface;
- установки ролика с меньшим передним углом относительно оправки с зазором в 1,1÷1,5 раза большим величины зазора последующих роликов разделить деформацию между роликами в радиальном направлении, обеспечить плавность нарастания деформаций металла в очагах деформирования, точность и чистоту обрабатываемой поверхности;- installation of a roller with a smaller rake angle relative to the mandrel with a gap 1.1-1.5 times larger than the clearance of the subsequent rollers to divide the deformation between the rollers in the radial direction, to ensure a smooth increase in metal deformations in the deformation zones, accuracy and cleanliness of the processed surface;
- установки последующих роликов с большим передним углом с равными зазорами между вершинами и оправкой повысить точность, чистоту обрабатываемой поверхности;- installation of subsequent rollers with a large rake angle with equal gaps between the vertices and the mandrel to increase the accuracy and cleanliness of the surface to be treated;
- использования деформирующих роликов с радиусом при вершинах профиля, равным 1÷3 толщинам стенки тонкостенной оболочки повысить устойчивость процесса формоизменения, так как при малом радиусе - менее 1 толщины стенки - снижается чистота поверхности с образованием волнистости, а при большом радиусе - более 3 толщин стенки - возрастают усилия ротационной вытяжки, радиальные и осевые, что приводит к увеличению диаметральных размеров оболочек за пределы допускаемых отклонений;- the use of deforming rollers with a radius at the vertices of the profile equal to 1 ÷ 3 wall thicknesses of the thin-walled shell to increase the stability of the forming process, since with a small radius - less than 1 wall thickness - the surface cleanliness with the formation of waviness decreases, and with a large radius - more than 3 wall thicknesses - increase the forces of rotational drawing, radial and axial, which leads to an increase in the diametrical dimensions of the shells beyond the permissible deviations;
- использования деформирующих роликов с плоской вершиной, наклоненной к образующей оправки под задним углом, равным 0,1÷0,5 величины заднего угла роликов, повысить точность и чистоту обработанной поверхности, данные значения оптимальны, при малых углах - менее 0,1 величины заднего угла, повышается вероятность утонения стенки, а при больших - более 0,5 - ухудшается чистота поверхности;- the use of deforming rollers with a flat top inclined to the forming mandrel at a rear angle equal to 0.1 ÷ 0.5 of the rear angle of the rollers, to increase the accuracy and cleanliness of the machined surface, these values are optimal, for small angles - less than 0.1 of the rear angle, the probability of thinning the wall increases, and for large - more than 0.5 - the surface cleanliness deteriorates;
- обработки рабочей поверхности деформирующих роликов раствором фторсодержащего поверхностно-активного вещества снизить ее износ, повысить рабочий ресурс и чистоту обрабатываемой поверхности;- processing the working surface of the deforming rollers with a solution of a fluorine-containing surfactant to reduce its wear, increase the working life and cleanliness of the treated surface;
- обработки рабочей поверхности оправки раствором фторсодержащего поверхностно-активного вещества снизить ее износ, повысить ресурс работы оправки;- processing the working surface of the mandrel with a solution of a fluorine-containing surfactant to reduce its wear, increase the life of the mandrel;
- обработки рабочих поверхностей роликов или (и) оправки раствором перфторполиэфиркислоты марки 6МФК-180 в хладоне 113 снизить износ рабочих поверхностей роликов и оправки, повысить их рабочий ресурс и чистоту обрабатываемой поверхности, упростить технологию обработки поверхностей раствором перфторполиэфиркислоты;- treating the working surfaces of the rollers or / and the mandrel with a solution of perfluoropolyether acid of the grade 6MFK-180 in Freon 113 to reduce wear on the working surfaces of the rollers and mandrel, increase their working life and cleanliness of the surface to be treated, simplify the technology of surface treatment with a solution of perfluoropolyether acid
- формирования колец с коническим переходным участком под углом (10÷25)° и цилиндрическим, длиной, равной 0,8÷1,2 толщины тонкостенной оболочки, обеспечить плавный переход от утолщенной части кольца к тонкостенной оболочке и, тем самым, создать условия для получения стыкового соединения кромок равной толщины с минимальным усилением сварного шва, что при сварке высокопрочных сталей с низкой пластичностью и большой чувствительностью к концентраторам напряжений является основным условием предотвращения искажения равномерного распределения силового потока в районе сварного шва, при этом минимальное усиление стыкового сварного соединения обеспечивается применением поперечных колебаний электрода;- the formation of rings with a conical transition section at an angle of (10 ÷ 25) ° and a cylindrical length equal to 0.8 ÷ 1.2 of the thickness of the thin-walled shell, to ensure a smooth transition from the thickened part of the ring to the thin-walled shell and, thereby, create conditions for to obtain a butt joint of edges of equal thickness with minimal reinforcement of the weld, which when welding high strength steels with low ductility and high sensitivity to stress concentrators is the main condition for preventing distortion of uniform distribution mud flow in the weld area, wherein the minimum gain of the butt weld is achieved by using the transverse oscillations of the electrode;
- изготовление оболочки и колец корпусов сосудов из высокопрочной легированной стали одного и того же химсостава получить равнопрочное сварное соединение с однородными свойствами в зоне шва;- the manufacture of the shell and the rings of the vessel bodies from high-strength alloy steel of the same chemical composition to obtain an equal strength welded joint with uniform properties in the weld zone;
- термоправки корпуса сосуда в процессе охлаждения при закалке выполнить конструктивные требования по овальности и прямолинейности сварного корпуса сосуда;- thermal corrections of the vessel body during cooling during quenching to fulfill the design requirements for ovality and straightness of the welded vessel body;
- осуществления высокого отпуска зоны сварных соединений и отпуска колец индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе, установленном симметрично зонам термообработки, производить локальный нагрев данных зон, исключающий термическое влияние на необрабатываемые зоны корпуса сосуда;- implementation of high tempering of the welded joint area and tempering of the rings by induction in a single-turn double-ring inductor installed symmetrically to the heat treatment zones, to produce local heating of these zones, eliminating the thermal effect on the untreated zones of the vessel body;
- выполнения индуктора с зазором между кольцами не менее 10 мм обеспечить свободное от помех прохождение луча пирометра к зонам контроля температуры металла;- performing an inductor with a gap between the rings of at least 10 mm to ensure that the pyrometer beam is free from interference to the metal temperature control zones;
- установки пирометра на фокусном расстоянии от контролируемой поверхности с направлением луча под углом 90° к зоне контроля между кольцами индуктора обеспечить надежность контроля режимов нагрева.- installation of the pyrometer at the focal distance from the controlled surface with the beam direction at an angle of 90 ° to the control zone between the inductor rings to ensure the reliability of the control of heating modes.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизны».Signs that distinguish the proposed technical solution from the prototype are not identified in other technical solutions and are not known from the prior art in the process of conducting patent research, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty."
Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».Studying the level of technology during the patent search for all types of information available in the countries of the former USSR and foreign countries, it was found that the proposed technical solution does not explicitly follow from the prior art, therefore, we can conclude that the criterion of "inventive step" ".
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочной легированной стали, содержащих тонкостенную оболочку и приваренные к ней утолщенные кольца, включающий механическую обработку заготовок и колец, сборку и сварку в среде защитного газа, упрочняющую термообработку, контроль и испытания сварных соединений, в отличие от прототипа согласно изобретению тонкостенную оболочку получают путем резки труб на заготовки, калибровки, рекристаллизационного смягчающего отжига, предварительной механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с отжигом уменьшающим напряжения между первым и вторым переходом, с рекристаллизационным смягчающим отжигом перед и отжигом, уменьшающим напряжения после последнего перехода ротационной вытяжки, при которой используют деформирующие ролики треугольного профиля со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленные с различными зазорами относительно оправки, затем производят отрезку технологических утолщений торцов оболочки с последующей подрезкой ее кромок, а утолщенные кольца получают путем резки труб на заготовки, калибровки по наружному диаметру, рекристаллизационного смягчающего отжига, механической обработки с подрезкой торцов и формированием переходного конического и цилиндрического участка под сварку, после этого получают корпус сосуда поочередной сборкой и сваркой оболочки и колец, выполняют высокий отпуск сварных швов не позднее 8 часов после сварки, осуществляют рентгенотелевизионный контроль сварных швов, упрочняющую термообработку корпуса сосуда закалкой и отпуском на предел прочности не менее 1520 МПа, производят отпуск колец до предела прочности не менее 1050 МПа, окончательную механическую обработку с нарезанием упорных резьб на кольцах, гидравлические и пневматические испытания.The essence of the invention lies in the fact that in a method for manufacturing welded cases of pressure vessels from high-strength alloy steel containing a thin-walled shell and thickened rings welded to it, including machining of workpieces and rings, assembly and welding in a protective gas medium, hardening heat treatment, control and testing of welded joints, in contrast to the prototype according to the invention, a thin-walled shell is obtained by cutting pipes into workpieces, calibration, recrystallization softening annealing hectares, preliminary machining, rotational drawing for several transitions with annealing that reduces stress between the first and second transitions, with recrystallization softening annealing before and annealing, which reduces stresses after the last transition of a rotational hood, in which deformation rollers of a triangular profile with rounded radii or ( i) flat peaks installed with different gaps relative to the mandrel, then produce a segment of technological thickenings of the ends of the shell with after trimming its edges, and thickened rings are obtained by cutting pipes into workpieces, calibrating by the outer diameter, recrystallizing softening annealing, machining with trimming the ends and forming a transitional conical and cylindrical section for welding, after which the vessel body is obtained by alternately assembling and welding the shell and rings, perform high tempering of welds no later than 8 hours after welding, carry out X-ray television monitoring of welds, hardening the heat treatment of the vessel body quenching and tempering at a tensile strength of at least 1520 MPa, the rings are tempered to a tensile strength of at least 1050 MPa, final machining with cutting of threaded threads on the rings, hydraulic and pneumatic tests.
Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 изображен процесс ротационной вытяжки тонкостенной оболочки 1 на оправке 2 деформирующими роликами 3, 4 и 5 треугольного профиля, где α° - передний угол ролика 3, β° - передний угол роликов 4 и 5, а3 (мм) - зазор между вершиной ролика 3 и оправкой 2, а4,5 (мм) - зазор между вершинами роликов 4 и 5 и оправкой 2, А-А - плоскость поперечного сечения, F (мм/мин) - осевая подача роликов, n (мин-1) - скорость вращения оправки 2 и заготовки 1, R (мм) - радиус вершин профилей роликов;in FIG. 1 shows the process of rotational drawing of a thin-
на фиг. 2 изображен процесс ротационной вытяжки оболочки 1 на оправке 2 деформирующими роликами 3, 4 и 5 с плоской вершиной, α° - передний угол ролика 3, β° - передний угол роликов 4 и 5, а3 (мм) - зазор между вершиной ролика 3 и оправкой 2, а4,5 (мм) - зазор между вершинами роликов 4, 5 и оправкой 2, ролики 4 и 5 на фиг. 1 и фиг. 2 условно совмещены, γ1° - задний угол плоской вершины роликов 3, 4 и 5, γ2° - задний угол профиля роликов 3, 4 и 5, b (мм) - длина плоской вершины профиля роликов 3, 4 и 5, А-А - плоскость поперечного сечения, R (мм) - радиусы вершин профилей роликов 3, 4 и 5, F (мм/мин) - осевая подача роликов, n (мин-1) скорость вращения;in FIG. 2 shows the process of rotational drawing of the
на фиг. 3 изображен общий вид корпуса сосуда, состоящего из тонкостенной оболочки 1 толщиной t (мм) и диаметром D (мм) с приваренными к ней утолщенными кольцами 6 и 7, выполненными с переходным коническим участком с углом наклона к образующей ψ° и цилиндрическим участком длиной b (мм);in FIG. 3 shows a general view of the vessel body, consisting of a thin-
на фиг. 4 изображен одновитковый двухкольцевой индуктор 9 с зазором d (мм) между кольцами, установленный симметрично сварному соединению, а также пирометр 10, установленный на фокусном расстоянии от поверхности кольца 6 с направлением луча между кольцами индуктора под углом 90° к зоне 11 контроля температуры металла сварного соединения;in FIG. 4 shows a single-turn double-
на фиг. 5 изображен индуктор 9, установленный симметрично зоне термообработки на расстоянии с (мм) от торца кольца 6 и от сварного соединения и пирометр 10, луч которого направлен между кольцами индуктора под углом 90° к зоне 12 контроля температуры металла кольца.in FIG. 5 shows an
Вышеописанный способ изготовления сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей осуществляется следующим образом.The above-described method for manufacturing welded cases of pressure vessels from high-strength alloy steels is as follows.
Тонкостенную оболочку из высокопрочной легированной стали типа 28Х3СНМВФА получают путем резки труб на мерные заготовки на трубоотрезных станках, калибровки заготовок по диаметру на прессовом оборудовании, рекристаллизационного смягчающего отжига в шахтных электропечах, предварительной механической обработки с удалением поверхностных дефектных слоев по наружной и внутренней поверхности на токарно-винторезных станках и ротационной вытяжки за несколько переходов на давильно-раскатных станках с отжигами между переходами в шахтных электропечах.A thin-walled shell made of high-strength alloy steel of type 28Kh3SNMVFA is obtained by cutting pipes into measuring billets on pipe cutting machines, calibrating the billets by diameter on press equipment, recrystallization softening annealing in shaft electric furnaces, preliminary machining with the removal of surface defective layers along the outer and inner surfaces on the turning screw cutting machines and rotary hoods for several transitions on press-rolling machines with annealing between transitions in mine electric electric furnace.
Между первым и вторым переходом ротационной вытяжки выполняют отжиг, уменьшающий напряжения.Between the first and second transitions of the rotary hood, annealing is performed to reduce stresses.
Перед последним переходом выполняют рекристаллизационный смягчающий отжиг.Before the last transition, recrystallization softening annealing is performed.
После последнего перехода ротационной вытяжки выполняют отжиг, уменьшающий напряжения.After the last transition of the rotary hood, annealing is performed to reduce stress.
При ротационной вытяжке используют деформирующие ролики треугольного профиля со скругленными по радиусу R (мм) вершинами (фиг. 1) и плоскими вершинами (фиг. 2).When the rotation hood is used, deforming rollers of a triangular profile with vertices rounded with a radius R (mm) (Fig. 1) and flat vertices (Fig. 2).
Ролик 3 (фиг. 1 и фиг. 2) выполнен с передним углом профиля α°, ролики 4 и 5 - с передним углом β°.The roller 3 (Fig. 1 and Fig. 2) is made with a rake angle α °, the
Ролики установлены в одной плоскости А-А поперечного сечения с различными зазорами с оправкой.The rollers are installed in the same plane AA cross-section with various gaps with a mandrel.
Ролик 3 (фиг. 1 и фиг. 2) установлен с зазором а3 (мм), ролики 4 и 5 - с зазором а4 (мм) и а5 (мм), при этом а4=а5.The roller 3 (Fig. 1 and Fig. 2) is installed with a gap a 3 (mm),
Ролики 3, 4 и 5 с плоской вершиной выполнены с задним углом наклона образующей плоской вершины к образующей оправки γ1° (фиг. 2), длиной b (мм) и с задним углом профиля роликов γ2°.The
Затем производят отрезку технологических утолщений торцов оболочки и подрезку кромок под сварку.Then, they produce a segment of technological thickenings of the ends of the shell and trimming the edges for welding.
Получают тонкостенную оболочку с толщиной t (мм) и диаметром D (мм) (фиг. 3).A thin-walled shell with a thickness t (mm) and a diameter D (mm) is obtained (Fig. 3).
Утолщенные кольца 6 и 7 (фиг. 3) получают из высокопрочной легированной стали типа 28Х3СНМВФА путем резки труб на мерные заготовки на трубоотрезных станках, калибровки на прессах по диаметру, рекристаллизационного смягчающего отжига в шахтных электропечах, механической обработки с подрезкой торцов и формированием переходного конического участка с углом наклона ψ° и цилиндрического участка длиной b (мм) под сварку.Thickened rings 6 and 7 (Fig. 3) are obtained from high-strength alloy steel of type 28Kh3SNMVFA by cutting pipes into measuring billets at pipe cutting machines, calibrating on presses by diameter, recrystallization softening annealing in shaft electric furnaces, machining with cutting ends and the formation of a transitional conical section with an angle of inclination ψ ° and a cylindrical section of length b (mm) for welding.
Затем получают корпус сосуда (фиг. 3) поочередной сборкой и автоматической сваркой оболочки 1 и колец 6 и 7 в сборочно-сварочных приспособлениях, после чего выполняют высокий отпуск сварных швов не позднее 8 часов после сварки пооперационно индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе 9 (фиг. 4) токами средней частоты с контролем температуры и времени нагрева автоматическим регулятором мощности бесконтактным способом с обратной связью источника питания по температуре пирометром 10, установленным на фокусном расстоянии от поверхности корпуса сосуда.Then get the vessel body (Fig. 3) by alternately assembling and automatically welding the
Индуктор 9 выполнен с зазором d (мм) между кольцами, между которыми без помех проходит луч пирометра под углом 90° к зоне контроля температуры металла 11 сварного соединения и установлен симметрично сварному соединению.The
Затем осуществляют контроль сварных швов на установке рентгенотелевизионного контроля.Then control the welds at the installation of x-ray television control.
После этого выполняют упрочняющую термообработку корпуса сосуда закалкой и отпуском в шахтных электрических печах на предел прочности не менее 1520 МПа.After this, hardening heat treatment of the vessel body is carried out by quenching and tempering in shaft electric furnaces for a tensile strength of at least 1520 MPa.
Корпус сосуда в процессе охлаждения при закалке подвергают термоправке за счет противодавления, создаваемого цилиндрической оправкой в виде подвижных сегментов, подключенных к гидравлическому приводу со стабилизируемым в гидросистеме давлением.The vessel body in the cooling process during quenching is subjected to thermal correction due to the back pressure created by the cylindrical mandrel in the form of movable segments connected to a hydraulic actuator with pressure stabilized in the hydraulic system.
Затем выполняют пооперационно отпуск колец корпуса сосуда индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе 9 (фиг. 5), подключенном к источнику питания средней частоты, с контролем температуры и времени нагрева по металлу автоматическим регулятором мощности бесконтактным способом с обратной связью через пирометр 10, установленный на фокусном расстоянии от поверхности корпуса сосуда.Then, the operation of the vessel body rings is carried out step-by-step by induction in a single-turn double-ring inductor 9 (Fig. 5) connected to a medium-frequency power supply, with temperature and heating time controlled by metal by an automatic power regulator in a non-contact manner with feedback through a
Индуктор 9 выполнен с зазором d (мм) между кольцами, между которыми без помех проходит луч пирометра под углом 90° к зоне контроля температуры металла 12 кольца 6 корпуса сосуда и установлен симметрично зоне термообработки кольца на расстоянии С (мм) от торца кольца и от зоны сварного соединения.The
Отпуск колец корпуса сосуда выполняют до предела прочности не менее 1050 МПа.The release of the rings of the vessel body is carried out to a tensile strength of at least 1050 MPa.
Выполняют окончательную механическую обработку с нарезанием упорных резьб на кольцах на токарно-винторезных станках.Final machining is performed with cutting of threaded threads on rings on screw-cutting lathes.
Затем выполняют гидравлические и пневматические испытания корпусов сосудов на установках гидро- и пневмоиспытаний.Then, hydraulic and pneumatic tests of the vessel bodies are carried out at the hydro and pneumatic testing facilities.
ПримерExample
Трубы из высокопрочной легированной стали типа 28Х3СНМВФА ⌀402×26 режут на мерные заготовки оболочки, и калибруют по диаметру ⌀390 мм, и подвергают рекристаллизационному смягчающему отжигу при температуре 630°С в шахтной электропечи, а затем подвергают предварительной механической обработке по наружной, внутренней поверхности и подрезке торцов.Pipes from high-strength alloy steel of type 28Kh3SNMVFA ⌀402 × 26 are cut into measured blanks of the shell, and calibrated by a diameter of мм390 mm, and subjected to recrystallization softening annealing at a temperature of 630 ° C in a shaft electric furnace, and then subjected to preliminary mechanical processing on the outer, inner surface and trimming the ends.
Получают заготовку диаметром 380 мм, толщиной 12 мм.Get the workpiece with a diameter of 380 mm, a thickness of 12 mm
Затем на давильно-раскатных станках осуществляют ротационную вытяжку оболочки за 3 перехода с промежуточными отжигами между переходами в шахтных электропечах.Then, on the press-rolling machines, the shell is rotationally drawn for 3 transitions with intermediate anneals between the transitions in the shaft electric furnaces.
Между первым и вторым переходом выполняют отжиг, уменьшающий напряжения при температуре 350°, перед последним третьим переходом выполняют рекристаллизационный смягчающий отжиг при температуре 630°С и после третьего перехода - отжиг, уменьшающий напряжения при температуре 350°С.Between the first and second transitions, annealing is performed to reduce stresses at a temperature of 350 ° C; before the last third transitions, recrystallization softening annealing is performed at a temperature of 630 ° C; and after the third transitions, annealing is performed to reduce stresses at a temperature of 350 ° C.
После первого перехода получают толщину стенки оболочки 8 мм, после второго - 5 мм и после третьего - t=2,5 мм, D=375 мм (фиг. 3).After the first transition, a shell wall thickness of 8 mm is obtained, after the second, 5 mm and after the third, t = 2.5 mm, D = 375 mm (Fig. 3).
При ротационной вытяжке используют деформирующие ролики 3, 4 и 5 (фиг. 1) с треугольным профилем с радиусом вершин R=6 мм с передним углом ролика 3 α=15°, роликов 4 и 5 β=30° и ролики 3, 4 и 5 - с плоской вершиной (фиг. 2), с радиусом вершин R=5 мм с длиной плоской вершины b=4 мм, задним углом плоской вершины γ1=3°, с передним углом ролика 3 α=15°, с передним углом роликов 4 и 5 β=30°, с задним углом роликов 3, 4 и 5 γ2=15°.When the rotation hood is used, deforming
На переходах ротационной вытяжки ролики установлены с зазорами между вершинами профиля роликов и оправкой, приведенными в таблице 1.At the transitions of the rotary hood, the rollers are installed with gaps between the vertices of the profile of the rollers and the mandrel, shown in table 1.
Приведенные в таблице 1 значения зазоров на всех переходах ротационной вытяжки показывают, что зазоры роликов 3 превышают зазоры роликов 4, 5 в 1,18÷1,2 раза.The values of the gaps given in table 1 at all transitions of the rotary hood show that the gaps of the rollers 3 exceed the gaps of the
Ролики на всех переходах ротационной вытяжки (фиг. 1 и фиг. 2) установлены в одной плоскости поперечного сечения А-А.The rollers at all transitions of the rotational hood (Fig. 1 and Fig. 2) are installed in the same plane of the cross-section AA.
Деформирующие ролики и оправка изготовлены из материала сталь 9Х, их рабочие поверхности обработаны 5% раствором поверхностно-активного вещества 6МФК-180 в хладоне 113. Стойкость валков и оправки увеличилась в 3 раза и 2,5 раза, соответственно, по сравнению с их стойкостью без обработки рабочих поверхностей.The deforming rollers and the mandrel are made of 9X steel material, their working surfaces are treated with a 5% solution of the 6MFK-180 surfactant in freon 113. The resistance of the rolls and the mandrel increased by 3 times and 2.5 times, respectively, compared with their resistance without surface treatment.
Затем производят отрезку технологических утолщений торцов оболочки и подрезку кромок под сварку. Тонкостенная оболочка по всей длине имеет толщину t=3 мм, и в таком виде поступает на сборку и сварку с кольцами 6 и 7.Then, they produce a segment of technological thickenings of the ends of the shell and trimming the edges for welding. The thin-walled shell along the entire length has a thickness of t = 3 mm, and in this form comes to the assembly and welding with
Утолщенные кольца 6 и 7 получают путем резки труб на заготовки. Материал труб - высокопрочная легированная сталь типа 28Х3СНМВФА той же марки, как и тонкостенная оболочка.Thickened rings 6 and 7 are obtained by cutting pipes into workpieces. The pipe material is high-strength alloy steel of type 28X3SNMVFA of the same grade as the thin-walled shell.
После резки труб заготовки колец 6 и 7 (фиг. 3) подвергают калибровке на прессах, рекристаллизационному смягчающему отжигу в шахтных или камерных электропечах при температуре 630°С и механической обработке с формированием переходного конического участка с углом ψ=15° и цилиндрического свариваемого участка длиной b=2 мм.After cutting the pipes, the blanks of
Затем получают корпус сосуда (фиг. 3) поочередной сборкой и сваркой оболочки 1 и колец 6 и 7 в приспособлениях сборки и сварки, установленных на сварочной установке с вращателем, сварочным автоматом типа АДСВ-6, источником питания типа ВСВУ-315 и вибратором поперечных колебаний электрода. Сборку выполняют на разжимной оправке со съемной подкладкой без зазора в стыке посредством осевого усилия с противоположного от свариваемого торца обечайки и с совмещением свариваемых кромок путем их диаметрального растяжения в пределах упругих деформаций материала оболочки.Then get the vessel body (Fig. 3) by alternately assembling and welding the
Автоматическую аргонодуговую сварку кольцевых швов осуществляют со сквозным проплавлением стыкового соединения кромок на первом проходе и формированием заданной ширины шва путем поперечных колебаний электрода на втором проходе.Automatic argon-arc welding of ring seams is carried out with through penetration of the butt joint of the edges in the first pass and the formation of a given width of the seam by transverse vibrations of the electrode in the second pass.
После этго выполняют высокий отпуск сварных швов не позднее 8 часов после сварки при температуре 560°С пооперационно индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе 9 (фиг. 4), подключаемым к источнику питания средней частоты 2,4÷4 кГц, при этом контроль за температурным режимом нагрева и выдержкой времени по металлу ведется автоматическим регулятором мощности бесконтактным способом с обратной связью источника питания по температуре через пирометр 10 (фиг. 4), установленный на фокусном расстоянии от поверхности корпуса сосуда с направлением луча под углом 90° к зоне контроля. Индуктор 9 выполнен с зазором d 15 мм между кольцами для прохождения луча пирометра без помех к зоне контроля температуры металла 11.After this, a high tempering of the welds is performed no later than 8 hours after welding at a temperature of 560 ° C in a step-by-step induction manner in a single-turn double-ring inductor 9 (Fig. 4), connected to a medium-frequency power supply 2.4 ÷ 4 kHz, while monitoring the temperature the heating mode and the time delay for metal is carried out by an automatic power regulator in a non-contact way with the feedback of the power source by temperature through the pyrometer 10 (Fig. 4), mounted at the focal length from the surface of the vessel’s body with The direction of the beam angle of 90 ° to the control zone. The
Индуктор 9 установлен симметрично зоне сварного соединения.The
Осуществляют контроль сварных швов на установке рентгенотелевизионного контроля MG452.Carry out the control of welds at the installation of x-ray television control MG452.
Затем выполняют упрочняющую термообработку корпуса сосуда закалкой и отпуском на предел прочности не менее 1520 МПа, закалку выполняют при температуре 910°C с последующим охлаждением на воздухе, отпуск выполняют при температуре 310°С.Then, hardening heat treatment of the vessel body is performed by quenching and tempering at a tensile strength of at least 1520 MPa, quenching is performed at a temperature of 910 ° C followed by cooling in air, tempering is performed at a temperature of 310 ° C.
Закалку и отпуск выполняют в шахтных электропечах.Quenching and tempering are performed in mine electric furnaces.
Корпус сосуда в процессе охлаждения при закалке подвергают термоправке противодавлением, создаваемым цилиндрической оправкой в виде сегментов, подключенных к гидравлическому приводу со стабилизируемым в гидросистеме давлением.The vessel body during cooling during quenching is subjected to thermal correction by backpressure created by a cylindrical mandrel in the form of segments connected to a hydraulic actuator with pressure stabilized in the hydraulic system.
После этого выполняют отпуск колец при температуре 660°С до предела прочности не менее 1050 МПа пооперационно индукционным способом в одновитковом двухкольцевом индукторе 9 (фиг. 5), подключенном к источнику питания по температуре через пирометр 10, установленный на фокусном расстоянии от поверхности корпуса сосуда с направлением луча под углом 90° к зоне контроля.After this, the rings are tempered at a temperature of 660 ° C to a tensile strength of at least 1050 MPa by operationally induction method in a single-turn double-ring inductor 9 (Fig. 5) connected to the power source by temperature through a
Индуктор выполнен с зазором d 15 мм между кольцами для прохождения луча пирометра без помех к зоне контроля температуры металла 12.The inductor is made with a gap of d 15 mm between the rings for passing the pyrometer beam without interference to the metal
Индуктор 10 (фиг. 5) установлен симметрично зоне термообработки на расстоянии С=20 мм от торца кольца 6 и от зоны сварного соединения.The inductor 10 (Fig. 5) is installed symmetrically to the heat treatment zone at a distance of C = 20 mm from the end face of the
Выполняют окончательную механическую обработку с нарезанием упорных резьб на кольцах корпуса сосуда на токарно-винторезных станках.Final machining is performed with cutting of threaded threads on the rings of the vessel body on screw-cutting lathes.
В заключение выполняют гидравлические испытания прочности корпусов сосудов на установке гидроиспытаний давлением 20,2 МПа и пневмоиспытания на сплошность сварных соединений на установке пневмоиспытаний давлением 0,25 МПа.In conclusion, hydraulic tests are carried out of the strength of the vessel bodies at the installation of hydraulic tests with a pressure of 20.2 MPa and pneumatic tests for the continuity of welded joints at the installation of pneumatic tests with a pressure of 0.25 MPa.
Выполнение способа в соответствии с изобретением обеспечивает возможность изготовления тонкостенных сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей с высокой точностью, механической и циклической прочностью, низким уровнем остаточных напряжений, высоким коэффициентом использования металла и малым весом.The implementation of the method in accordance with the invention provides the possibility of manufacturing thin-walled welded cases of pressure vessels of high strength alloy steels with high accuracy, mechanical and cyclic strength, low residual stresses, high metal utilization and low weight.
Изобретение может быть использовано при производстве различных сосудов из высокопрочных легированных сталей, работающих под высоким давлением.The invention can be used in the manufacture of various vessels from high strength alloy steels operating under high pressure.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями партий корпусов сосудов, изготовленных по данному способу.The indicated positive effect is confirmed by testing batches of vessel bodies made by this method.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015128199/02A RU2605877C1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015128199/02A RU2605877C1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2605877C1 true RU2605877C1 (en) | 2016-12-27 |
Family
ID=57793715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015128199/02A RU2605877C1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2605877C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117680940A (en) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 北京市科学技术研究院 | Processing method of high-hardness large-diameter thin-wall semicircular cylinder |
| CN117680940B (en) * | 2024-02-02 | 2024-04-30 | 北京市科学技术研究院 | Processing method of high-hardness large-diameter thin-wall semicircular cylinder |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU743818A1 (en) * | 1977-05-27 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я М-5671 | Welded joint |
| RU2420380C1 (en) * | 2010-03-18 | 2011-06-10 | Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Method of producing complex-shape axially symmetric welded structure |
-
2015
- 2015-07-14 RU RU2015128199/02A patent/RU2605877C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU743818A1 (en) * | 1977-05-27 | 1980-06-30 | Предприятие П/Я М-5671 | Welded joint |
| RU2420380C1 (en) * | 2010-03-18 | 2011-06-10 | Федеральное Государственное унитарное предприятие "Государственное научно-производственное предприятие "Сплав" | Method of producing complex-shape axially symmetric welded structure |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Новиков О.М. и др. "Новая технология дуговой сварки в защитном газе баллонов высокого давления", Сварщик-профессионал, N1, 2005 г., стр. 14-15. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117680940A (en) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 北京市科学技术研究院 | Processing method of high-hardness large-diameter thin-wall semicircular cylinder |
| CN117680940B (en) * | 2024-02-02 | 2024-04-30 | 北京市科学技术研究院 | Processing method of high-hardness large-diameter thin-wall semicircular cylinder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4832287B2 (en) | Manufacturing method of cold-worked high-strength seamless corrosion-resistant pipe | |
| CN109848650B (en) | Processing method of B-shaped sleeve | |
| RU2567421C1 (en) | Method of manufacturing of thin wall axisymmetric welded shells with end thickened rings | |
| RU2356675C1 (en) | Manufacturing method of steel profile shell | |
| Michl et al. | Ring rolling of pre-forms made by wire-arc additive manufacturing | |
| RU2562200C1 (en) | Method of manufacturing of axisymmetric welded pressure shells | |
| RU2613256C1 (en) | Manufacturing method for welded titanium tubes | |
| RU2510784C1 (en) | Method of making high-pressure welded vessels | |
| RU2605877C1 (en) | Method of high pressure vessels welded casings producing from high-strength alloyed steels | |
| CN101579774B (en) | On-line repairing-reinforcing structure for oil pipelines | |
| RU2584622C1 (en) | Method of producing welded axisymmetric bodies of vessels operated under high pressure | |
| Sen et al. | Tubular structures: welding difficulty and potential of friction stir welding | |
| RU2566109C1 (en) | Production of shell from structural complex-alloyed cold-shaping steel | |
| RU2449870C1 (en) | Method of producing steel complex axially symmetric welded structure operated under pressure | |
| Mishra et al. | Effect of groove designs on residual stress and transverse shrinkage in GMAW and PGMAW of A333 seamless steel pipes | |
| RU2294247C2 (en) | Cold rolled titanium-alloy large- and mean-diameter high-accuracy tubes production method | |
| RU2454307C1 (en) | Method of fabricating high-strength axially symmetric shells operated at high pressures | |
| RU2620539C1 (en) | Method of manufacture of thin-wall welded casings with end-draining outside from aluminium alloys | |
| RU2700230C1 (en) | Method of manufacturing of axisymmetric welded housing of high pressure vessel | |
| RU2648343C1 (en) | METHOD TO MANUFACTURE CYLINDERS OPERATING UNDER PRESSURE UP TO 250 kgf/cm2 | |
| RU2787204C1 (en) | Method for manufacturing electric-welded pipes with a diameter of 508 to 1422 mm and a wall thickness of 6 to 20 mm from austenitic steel grades | |
| CN103624395A (en) | Method for manufacturing retained mandrels of seamless steel pipes | |
| US20220062967A1 (en) | Methods and machines for producing tubes by means of flow forming | |
| RU2686431C1 (en) | Method of making axially symmetric steel housing of high pressure welded vessel | |
| RU2438843C1 (en) | Method of producing aluminium axially symmetric welded structure operated under pressure |