RU75342U1 - Переходник для сварки труб из нержавеющей стали и циркониевого сплава - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к сварке труб из разнородных материалов. Переходник предназначен для сварки разнородных тонкостенных труб из нержавеющей стали и циркониевого сплава. Переходник выполнен в виде нахлесточного диффузионного сварного соединения, которое имеет на длине нахлестки механическое зацепление и твердую диффузионную прослойку, толщиной не более 5 мкм, при этом стенка переходника на всей его длине выполнена с постоянной толщиной, не превышающей 1,5 мм, а торцы в нахлестке соединены диффузионной сваркой. Для снижения возможности провисания сварного шва на циркониевом конце переходника выполнен раструб с углом к оси переходника, равным 5±1° и длиной не более 5 мм. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к области сварки, а более конкретно к переходникам, которые используются как биметаллическая вставка при сварке труб из нержавеющих сталей с трубами из циркониевых сплавов, и может быть применена в ядерной технике и химическом аппаратостроении.

Известен переходник для сварки труб из нержавеющих сталей с трубами из циркониевых сплавов (см. а.с. СССР №202404, МПК Н05В, опубл. 29.06.67 г.). Переходник выполнен в виде нахлесточного диффузионного сварного соединения втулок из нержавеющей стали и циркониевого сплава, при этом охватывающая втулка выполнена из нержавеющей стали, а сопряженные поверхности нахлесточного соединения втулок на всей длине нахлестки имеют чередующиеся между собой выступы и впадины, входящие друг в друга. Диффузионное сварное соединение выполнено с жидким эвтектическим переходным слоем, толщиной от 10 до 150 мкм, состоящим из эвтектики цирконий-железо.

Механическое зацепление втулок обеспечивает прочностные характеристики переходника, а герметичность (плотность) переходника по всей площади механического зацепления обеспечивается диффузионным переходным слоем в виде жидкой эвтектики цирконий-железо.

Недостатком известного переходника является ограниченный ресурс его работы в горячей воде с температурой свыше 150 градусов Цельсия и неработоспособностью в горячей воде и паре при температурах от 200 до 350 градусов Цельсия из-за невысоких показателей длительной коррозионной прочности. Под длительной коррозионной прочностью понимается прочность в условиях длительного воздействия коррозионно-активной среды, рабочих и термических напряжений.

В процессе длительной эксплуатации такое диффузионное сварное соединение разрушается под воздействием коррозии и рабочих напряжений.

Наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков является переходник для сварки труб из нержавеющих сталей с трубами из циркониевых сплавов (см. патент РФ №2085350, МПК В23К 20/14, опубл. 27.07.1997 г.)

Переходник по этому патенту выполнен в виде нахлесточного диффузионного сварного соединения втулок из металлов, соответствующих металлам свариваемых труб, при этом охватывающая втулка выполнена из нержавеющей стали, а охватываемая - из циркониевого сплава и сопряженные поверхности втулок на всей длине нахлестки имеют механическое зацепление в виде чередующихся между собой выступов и впадин, входящих друг в друга, которые сварены между собой диффузионной сваркой с твердым переходным слоем, толщиной не более 5 мкм.

Сопряженные поверхности втулок на всей длине нахлестки выполнены ступенчатыми.

Переходники, сваренные диффузионной сваркой с твердым переходным слоем, толщиной не более 5 мкм, обладают высокой

коррозионной прочностью в горячей воде и паре при температуре до 350°С.

Недостатком известного переходника по патенту РФ №2085350 является многоступенчатость нахлесточного соединения, предназначенная для сварки толстостенных труб из нержавеющей стали и циркониевого сплава. Такие переходники практически непригодны для сварки особо тонкостенных труб, например, с толщиной стенок не более 1,5 мм, включая толщину места нахлестки.

Тонкостенные трубы из циркониевых сплавов, применяются, например, в активной зоне ядерного реактора в качестве чехлов для тепловыделяющих сборок.

Вне активной зоны чехлы выполняются из нержавеющей стали, поэтому для сварки тонкостенных труб из циркониевого сплава и нержавеющей стали необходимы трубчатые переходники из нержавеющей стали и циркониевого сплава. Из-за крайне стесненных условий в активной зоне ядерного реактора к наружному и внутреннему диаметрам переходника предъявляются жесткие требования по толщине стенки переходника в месте нахлестки, которая должна быть максимально минимальной, при этом конструкция переходника должна обеспечивать после его приварки к трубе сохранение внутреннего проходного диаметра, равного внутреннему диаметру трубы из циркониевого сплава.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции биметаллического трубчатого переходника из нержавеющей стали и циркониевого сплава, сваренного диффузионной сваркой внахлестку, толщина стенки у которого не должна превышать 1,5 мм в месте нахлестки, при этом конструкция циркониевого конца переходника при сварке с циркониевой трубой должна способствовать ограничению провисания сварного шва за пределы

внутреннего проходного диаметра трубы и переходника при сохранении их наружного диаметра после сварки.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в том, что создана конструкция трубчатого тонкостенного переходника из циркониевого сплава и нержавеющей стали с толщиной стенки не более 1,5 мм и равнопрочного менее прочной из свариваемой труб за счет наличия в торцах нахлестки прочной диффузионной прослойки толщиной не более 5 мкм.

Кроме того, форма циркониевого конца переходника при сварке с циркониевой трубой позволяет избежать провисания сварного шва за пределы внутреннего диаметра трубы и переходника.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном переходнике для сварки труб из нержавеющей стали и циркониевого сплава, выполненным в виде ступенчатого нахлесточного диффузионного сварного соединения втулок из нержавеющей стали и циркониевого сплава, которое имеет на длине ступенчатой нахлестки механическое зацепление и твердую диффузионную прослойку, толщиной не более 5 мкм, при этом стенка переходника выполнена с постоянной по величине толщиной, не превышающей 1,5 мм, а торцы ступенчатой нахлестки соединены между собой диффузионной сваркой;

- кроме того, на циркониевом торце переходника выполнен раструб с углом к оси переходника, равным 5±1° и длиной не более 5 мм.

Соединение втулок из нержавеющей стали и циркониевого сплава диффузионной сваркой внахлестку с механическим зацеплением в виде, например, чередующихся между собой кольцевых выступов и впадин, входящих друг в друга, обеспечивает переходнику высокую механическую прочность и стойкость к изгибным и ударным нагрузкам в процессе монтажа и эксплуатации.

Диффузионная сварка с твердым переходным слоем, толщиной не более 5 мкм, обеспечивает переходнику высокую коррозионную стойкость в горячей воде и паре при нагреве до 350°С.

Получение равнопрочного тонкостенного трубчатого переходника в виде гладкой втулки с толщиной стенки не более 1,5 мм крайне важно для конструкций, работающих в особо стесненных условиях, например, в условиях активной зоны ядерного реактора.

Равнопрочность переходника с одной из свариваемых труб достигается при условии диффузионной сварки в обоих торцах нахлестки с образованием в них твердого переходного слоя, толщиной не более 5 мкм.

Выполнение на циркониевом конце переходника раструба под углом 5±1° к оси переходника и длиной не более 5 мм позволяет снизить при сварке опасность провисания сварного шва за пределы внутреннего диаметра переходника и трубы. В таких конструкциях как чехлы для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов провисание шва за пределы внутреннего диаметра недопустимо, т.к. тепловыделяющая сборка вставляется в чехол с минимальным зазором.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез переходника; на фиг.2 показан в увеличенном масштабе циркониевый конец переходника, на котором выполнен раструб с углом 5° к оси переходника; на фиг.3 показано наружное диффузионное торцевое соединение в нахлестке; на фиг.4 показано внутреннее диффузионное торцевое соединение в нахлестке; на фиг.5 в увеличенном масштабе показано диффузионное соединение в наружном торце нахлестки; на фиг.6 в увеличенном масштабе показано диффузионное соединение во внутреннем торце нахлестки.

Трубчатый переходник из нержавеющей стали и циркониевого сплава выполнен в виде гладкой втулки одноступенчатого нахлесточного диффузионного сварного соединения и содержит охватываемую втулку 1 из циркониевого сплава и охватывающую втулку 2 из нержавеющей стали, которые сварены между собой диффузионной сваркой с твердым переходным слоем 3, толщиной не более 5 мкм.

На всей поверхности нахлестки выполнено механическое соединение, например, в виде равномерно чередующихся между собой кольцевых выступов и впадин резьбового профиля, сваренных между собой диффузионной сваркой с твердым переходным слоем 3, ключая торцы нахлестки (фиг.5 и фиг.6).

Для уменьшения величины возможного провисания сварного шва при сварке переходника с трубой из циркониевого сплава на циркониевом конце переходника (фиг.2) выполнен раструб с углом к оси переходника 5±1° и длиной не более 5 мм.

Пример конкретного выполнения

Был изготовлен трубчатый переходник из нержавеющей стали и циркониевого сплава с наружным диаметром 70,1 мм и внутренним диаметром 67,3 мм. Длина переходника составила 55 мм, а длина нахлестки 20 мм. На всей длине нахлестки перед диффузионной сваркой была проведена специальная механическая обработка для получения после сварки чередующихся кольцевых выступов и впадин резьбового профиля высотой 0,4 мм и шагом 0,7 мм. После диффузионной сварки из полученной заготовки был изготовлен переходник в виде гладкой втулки с толщиной стенки 1,4 мм, а на его циркониевом конце был выполнен раструб с углом 5° к оси переходника и длиной 4 мм.

У переходника в месте нахлестки охватывающая втулка была выполнена из нержавеющей стали. Заготовки из нержавеющей стали и циркониевого сплава были сварены диффузионной сваркой при температуре 900°С с образованием в нахлесточном соединении и в его торцах твердого переходного слоя, толщиной 2 мкм.

Изготовленный переходник был предназначен для использования в качестве биметаллической вставки при сварке тонкостенной циркониевой части чехла для тепловыделяющей сборки с его концевыми нержавеющими частями.

Claims (2)

1. Переходник для сварки труб из нержавеющей стали и циркониевого сплава, выполненный в виде ступенчатого нахлесточного диффузионного сварного соединения втулок из циркониевого сплава и нержавеющей стали, которое имеет на длине ступенчатой нахлестки механическое зацепление и твердую диффузионную прослойку, толщиной не более 5 мкм, отличающийся тем, что стенка переходника выполнена с постоянной по величине толщиной, не превышающей 1,5 мм, а торцы ступенчатой нахлестки соединены между собой диффузионной сваркой.

2. Переходник по п.1, отличающийся тем, что на циркониевом торце переходника выполнен раструб с углом к оси переходника, равным 5±1°, и длиной не более 5 мм.