СПОСОБ КОНТАКТНО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБЫ С ЗАГЛУШКОЙ

СПОСОБ КОНТАКТНО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБЫ С ЗАГЛУШКОЙ


RU (11) 2293634 (13) C1

(51) МПК
B23K 11/02 (2006.01)
G21C 21/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.02.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005116604/02 
(22) Дата подачи заявки: 2005.05.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.05.31 
(45) Опубликовано: 2007.02.20 
(56) Аналоги изобретения: Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов, книга 2. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с.218. RU 2166215 С2, 27.04.2001. SU 1279152 A1, 17.06.1985. SU 1596576 A1, 11.04.1987. JP 07-306295 A, 21.11.1995. JP 06-273580 А, 30.09.1994. 
(72) Имя изобретателя: Кислицкий Александр Антонович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 630110, г.Новосибирск, ул. Б. Хмельницкого, 94, ОАО "Новосибирский завод химконцентратов", патентно-информационный отдел 

(54) СПОСОБ КОНТАКТНО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ ТРУБЫ С ЗАГЛУШКОЙ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам контактно-стыковой сварки при герметизации оболочек тепловыделяющих элементов ядерных реакторов и при изготовлении тепловыделяющих сборок. Способ включает сжатие трубы и заглушки сварочным усилием, направленным по оси трубы и заглушки, разогрев их электрическим током и последующую вварку с заглублением в трубу заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра. Сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях. Поверхность для подвода сварочного тока располагают параллельно оси заглушки и под углом 90° к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу. Это позволит повысить универсальность способа, качество сварки, а также служебные и технологические характеристики изделия. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к машиностроению, в частности к области сварки, и может быть использовано, например, в технологии производства тепловыделяющих элементов ядерных реакторов АЭС при герметизации их оболочек и при изготовлении направляющих каналов тепловыделяющих сборок.

Известен способ контактной стыковой сварки сопротивлением трубы, установленной с вылетом в разъемном электроде, с заглушкой, имеющей наружный диаметр, равный диаметру трубы, который осуществляется за счет нагрева свариваемых деталей электрическим током и их сжатия сварочным усилием. При этом токоподвод и приложение сварочного усилия к заглушке осуществляется в одном сечении, а направление сварочного тока в контакте между электродом и заглушкой и направление сварочного усилия совпадают (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн.2. Москва: Энергоатомиздат, 1995 г., с.218).

Недостатками известного способа являются малая протяженность сварного шва, соизмеримая с толщиной стенки трубы, а также то, что в процессе сварки в зоне выполнения сварного шва увеличивается наружный диаметр трубы свыше допустимых размеров. В результате в связи с использованием данного способа требуется дальнейшая механическая обработки наружной поверхности соединения. Это снижает технологические преимущества способа и повышает вероятность получения сварных швов, не соответствующих предъявляем требованиям.

Недостатками известного способа является также то, что подвод тока и сварочного усилия к заглушке при выполнении сварки осуществляется в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы. При этом площадь сечения стыка в первоначальный момент сварки существенно меньше площади торцевой поверхности заглушки, через которую подводится сварочный ток и передается сварочное усилие, что приводит к их неравномерному нагреву и снижению качества сварного соединения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ контактной приварки к трубе заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва меньше наружного диаметра трубы, но больше внутреннего ее диаметра, заключающийся в их сжатии, нагреве сварочным током и вварке заглушки в стенку трубы с заглублением в нее (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Кн.2. Москва: Энергоатомиздат, 1995 г., с.218) - прототип.

Недостатками данного способа является то, что подвод тока и сварочного усилия к заглушке при выполнении сварки осуществляется в одной плоскости, перпендикулярной оси трубы. При этом площадь сечения стыка в первоначальный момент сварки существенно меньше площади торцевой поверхности заглушки, через которую подводится сварочный ток и передается сварочное усилие, что приводит к их неравномерному нагреву и снижению качества сварного соединения. Такой подвод тока и сварочного усилия ограничивает также длину наружной части заглушки из-за разогрева ее и недопустимой деформации при сварке.

Так как сечение для подвода тока и сварочного усилия к заглушке перпендикулярно ее оси, то использование указанного способа в раде случаев, например при изготовлении тепловыделяющих элементов, ухудшает их служебные характеристики из-за повышенного гидравлического сопротивления торцевой части сварного соединения, расположенной перпендикулярно направлению движения потока теплоносителя в реакторе. Кроме того, условия сборки в кассету тепловыделяющих элементов, загерметизированных таким способом, из-за их упирания в дистанционирующие решетки требует применения специальных сборочных приспособлений, снижающих технологичность процесса сборки, делают способ недостаточно универсальным и требуют в ряде случаев выполнения операции торцовки сварного соединения на конус, что уменьшает протяженность сварного шва из-за ограниченных возможностей по допустимой длине заглушки, усложняет технологию изготовления тепловыделяющего элемента и может способствовать разгерметизации соединения.

Технической задачей изобретения является повышение универсальности способа, повышение служебных, технологических характеристик изделия и повышение стабильности качества сварки.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе, заключающемся в сжатии свариваемых деталей, разогреве их электрическим током с последующей вваркой в трубу с заглублением заглушки, имеющей диаметр на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, согласно формуле изобретения сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях, при этом поверхность для подвода сварочного тока к заглушке располагают параллельно оси заглушки и под углом 90 градусов к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники и решает поставленную задачу, так как:

- подвод сварочного тока к заглушке и передача сварочного усилия к ней в различных поперечных сечениях позволяют использовать для сварки заглушку практически без ограничения ее длины, что расширяет технологические возможности известного способа и позволяет применять заглушки, имеющие коническое или сферическое наружное окончание, обеспечивающее требуемые характеристики изделий, например тепловыделяющих элементов, как при сборке их в кассету, так и при работе в реакторе;

- выполнение условия равенства 90 градусам угла между поверхностью для подвода сварочного тока и поверхностью для подвода сварочного усилия при параллельности поверхности для подвода сварочного тока оси заглушки дает возможность применять заглушку с максимальным наружным диаметром, равным и даже больше наружного диаметра трубы, который закрывает ее торец и позволяет в конечном итоге повысить служебные характеристики изделия, например тепловыделяющего элемента, за счет снижения гидравлического сопротивления его потоку теплоносителя в реакторе и упрощения сборки в кассету;

- расположение поверхности для подвода сварочного тока к заглушке между ввариваемой в трубу частью заглушки и поверхностью для подвода сварочного усилия исключает ненужный нагрев металла на этом участке. Этому же способствует то, что выравнивается разогрев металла заглушки и трубы в связи с тем, что первоначальное сечение стыка соизмеримо с нагреваемым сварочным током сечением заглушки на ее ввариваемой части.

На фиг.1 показана схема выполнения способа.

На фиг.2 показано полученное соединение.

Способ осуществляется следующим образом

Оболочка 1 зажимается в электроде 2. Заглушка 3, имеющая диаметр под сварку (d), который больше внутреннего диаметра трубы, но меньше максимального диаметра заглушки или, по крайней мере, равен ему, фиксируется в электроде 4 таким образом, что максимальный диаметр (D) заглушки полностью находится в осевом отверстии электрода или с минимальным вылетом, например, 0,5-1 мм. Подвод сварочного тока (I) осуществляется через цилиндрическую поверхность максимального диаметра заглушки (D), сжатие трубы и заглушки обеспечивается сварочным усилием (Р), при этом угол между поверхностью для подвода сварочного тока I и поверхностью для подвода сварочного усилия Р составляет 90 градусов. Сварочное усилие может передаваться от электрода к заглушке через вкладыш 5, выполненный из диэлектрического материала, и, в частности, это может быть окисленная поверхность 6 самого электрода. Необходимость использования такого вкладыша зависит от протяженности участка заглушки с диаметром (D) и электропроводности материала заглушки. В процессе перемещения заглушки вовнутрь трубы выдавливаемый из стыка металл внутренних слоев оболочки и наружных слоев заглушки на участке, определяемом диаметром (d), формуется в виде поверхности, плавно соединяющей торец оболочки с заглушкой. Образование такой поверхности зависит от величины перекрытия внутреннего диаметра трубы диаметром заглушки и от характера разогрева ее конца. При равномерном разогреве сечений оболочки и заглушки, участвующих в образовании сварного соединения, или преимущественном разогреве оболочки, что достигается режимами сварки или конструкцией электрода 2, а также при величине перекрытия торцов заглушки и оболочки порядка одной третьей толщины стенки оболочки деформируемый металл, выдавливаемый наружу, формируется в виде поверхности 7 (фиг.2), плавно соединяющей наружный диаметр трубы с заглушкой. Наличие удлиненной части заглушки с диаметром (D) позволяет выполнять заглушку с коническим наружным окончанием, обеспечивающей необходимые эксплуатационные и технологические характеристики сварного соединения и изделия в целом и организовать через нее токоподвод, что повышает концентрацию тока в свариваемом сечении и способствует повышению качества сварки.

Способ реализован при сварке трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента диаметром 9,15 мм с толщиной стенки 0,65 мм, выполненной из сплава Э-110. Диаметр (d) заглушки составлял 8,25 мм при его протяженности 4 мм. Максимальный диаметр заглушки (D) был равен 9,17 мм протяженностью 14 мм. Сварка выполнялась без изоляционного вкладыша при величине электрического сопротивления электрода 300-650 мкОм. Величина сварочного усилия составила 330-380 кг, величина сварочного тока 14-17кА, продолжительность импульса сварочного тока порядка 60 мкс. После сварки внешний вид сварных соединений соответствовал установленным требованием, качество сварных швов подтверждено металлографическим контролем шлифов сварных соединений.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ контактно-стыковой сварки трубы с заглушкой, включающий сжатие свариваемых деталей сварочным усилием, разогрев деталей электрическим током и последующую вварку заглушки в трубу с заглублением, при этом диаметр заглушки на участке образования сварного шва больше внутреннего диаметра трубы, но меньше ее наружного диаметра, отличающийся тем, что сварочный ток и усилие к заглушке подводят в различных ее поперечных сечениях, при этом поверхность для подвода сварочного тока к заглушке располагают параллельно оси заглушки и под углом 90° к поверхности для подвода сварочного усилия между указанной поверхностью и частью заглушки, ввариваемой в трубу.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru