Індукційне зваркопаяння тонкостінних трубчастих конструкцій проміжної та кінцевої трубної арматури - Автореферат

До найбільш розповсюджених трубчастих конструкцій проміжної і кінцевої трубної арматури відносяться вузли, що містять елементи перетинання труб, а також зєднання фланців із трубами. Основними недоліками відомих технологій зварювання та паяння вузлів Т-подібних зєднань труб та зєднань фланців з трубами для конструкцій відповідального призначення є наявність допоміжних операцій - прихоплень, які потім переварюються, наступне після зварювання виправлення деформацій виробу, необхідність усунення залишкових зварювальних напружень та підвищення експлуатаційних показників отриманих швів шляхом виконання наступної термообробки. У звязку з викладеним вище, існує необхідність у розробці ефективного технологічного процесу виконання швів у вузлах Т-подібних зєднань труб (у тому числі з тонкостінних труб рівного діаметру) та у зєднаннях фланців із трубами. Мета і завдання дослідження: розробити високоефективний технологічний процес виконання швів у вузлах Т-подібних зєднань труб та зєднань фланців з тонкостінними трубами за ГОСТ 8734-75 (з товщиною стінки 1 мм та менше з конструкційних вуглецевих сталей, зокрема, Б-20 ГОСТ 8733-87), Технологічний процес повинен забезпечувати одержання зєднань з високими експлуатаційними показниками, з максимальним збереженням якості основного металу, запобігати утворенню литих структур у зоні шва, скорочувати обсяги застосування термічної обробки для підвищення якості швів, та підвищувати економічність процесу зєднання деталей. виходячи з визначених критеріїв розробленого технологічного процесу, розроблені нові варіанти конструкцій вузлів Т-подібних зєднань тонкостінних труб, у тому числі з груб рівного діаметру, та зєднання фланців з трубами, виконання і формування швів у яких здійснюється безпосередньо у процесі зварювання-тиском у твердій фазі, що дозволяє отримати підвищення міцності та конструктивної надійності виконаних вузлів;При виконанні швів дуговими методами зварювання у вузлах Т-подібних зєднань тонкостінних труб і у зєднаннях фланців з трубами, зявляються труднощі за декількома причинами, зокрема, з перегрівом основного металу заготівок значно вище точки Ас3 лінії діаграми стану залізо-вуглець, що у свою чергу призводить до появи у ЗТВ крихких та тріщино-утворюючих структур, а також до зміни геометричної форми зварної конструкції під дією термічних напружень. В другому розділі розглянуті нові варіанти конструкцій вузлів Т-подібних зєднань тонкостінних труб і зєднань фланців з трубами з урахуванням основних критеріїв процесу ЗПТ (температури процесу, яка визначається температурою плавлення активуючої речовини, тиском, що викликає течію металу, та ступенем пластичної деформації) рис.2.1. При розробці нових варіантів конструкцій вузлів Т-подібних зєднань тонкостінних труб та зєднань фланців з трубами була врахована і ступінь пластичної деформації, що призводить у процесі ЗПТ до формоутворення швів з розвинутою площею і відповідно підвищеною міцністю. (2.1) де Р - зусилля осадження, Н; ST-межа текучості для даної марки сталі при даній температурі, МПА; m - коефіцієнт, який враховує вплив напружень у поясі - лінії спряжування труб (у шві Т-подібного зєднання m = 1); Kg - коефіцієнт, який враховує збільшення периметра спряжування при значеннях Ф1Н, ®Ф2Н ; Ku-коефіцієнт, який враховує вплив кута між основною і відвідної трубами, (при підведенні відвідної труби до основної під прямим кутом Ku = 1); KF - коефіцієнт, який враховує конструкцію вузла та вид навантаження, (для вузлів Т-подібних зєднань труб, які виготовленні під прямим кутом і які зєднані по лінії спряжування, KF = 1); Ф1Н - діаметр основної труби , мм; Ф2Н-діаметр відвідної труби - мм; t1 - товщина стінки основної труби, мм. При дослідженні процесу деформації крайок та формуванні швів у вузлах Т-подібних зєднань труб визначалася межа міцності не тільки шву у вузлі Т-подібного зєднання, але і конструктивна межа міцності самої зварної конструкції.Для вирішення поставленої задачі було досліджено різновид зварювання у твердій фазі, під робочою назвою “зваркопаяння” (у ході виконання робіт процес введено до ДСТУ 3761.2-98 як “зварювання-паяння під тиском”-ЗПТ). 2 експрес-методика дозволяє визначити можливості що до реалізації технологічності процесу ЗПТ даних матеріалів, показники міцності і якості металу отриманих швів, дає можливість визначити необхідну ступень деформації шву, і дозволяють обійтися без виконання натурних швів у металоконструкції. Встановлено, що ступінь деформації крайок, яка забезпечує виконання якісних швів методом ЗПТ у зєднаннях фланців з трубами знаходиться у межах 2,5…5,5 %. Залишки спостерігаємої частини металу шву, з елементами не вичавленого прошарку, являє собою сплав, основу якого складає метал зєднуємих деталей. При цьому наявність прошарку з сплаву Fe-Cu-Zn не знижує характеристики міцності шву, а товщина прошарку у порівнянні співпадає з глибиною штрихуватості поверхні кромок заготівок, і складає не більше 18 мкм.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНИЙ У НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Письменный А.С., Прокофьев А.С., Шинлов М.Е. Синтез индукционных систем для пайки фланцевых соединений труб позаданному распределению мощности в зоне шва // Автомат. сварка.- 1999.-№8.-С. 17-21. Автору належить проведення експериментів з визначення розподілу температури і питомої потужності, що дало змогу шляхом розрахунків за методом синтезу індукційних пристроїв, визначити електричні параметри і геометричні розміри індуктора.

2 Прокофьев А.С., Письменный А.С. Технология сваркопайки фланцев с трубой // Автомат. сварка.-2000.-№5.-С.50-52. Автору належить проведення експериментів та дослідження параметрів процесу зварювання-паяння під тиском при виконанні швів у зєднаннях фланців з трубами.

3.Расчет индуктора с магнитопроводом для нагрева плоских поверхностей / А.С. Письменный, Е.А. Пантелеймонов, А.С. Прокофьев, Ч.В. Пулька // Автомат, сварка. - 2000. -№11. -С. 39-43. Автору належить проведення експериментів з визначення розподілу температури і питомої потужності.

4. Индукционная сваркопайка безарматурных тройниковых соединений труб / А.С. Прокофьев, А.С. Письменный, В.А. Бондарев, А.В. Бондарев // Автомат, сварка.- 2001.- №4. - С. 46-50. Автору належить проведення експериментів з визначення можливості виконання швів з розвинутою поверхнею у нових конструкціях вузлів Т-подібних зєднань труб та дослідження параметрів процесу зварювання-паяння під тиском.

5. Экспресс-методика для разработки и проверки технологий пайки давлением / А.С.Письменный, В.В. Полухин, А.С. Прокофьев, В.А. Бондарев, А.А. Письменный // Автомат, сварка. - 2002.- №1.- С. 48-50. Автору належить розробка та проведення експериментів з швидкого визначення параметрів технологічного процесу зварювання-паяння під тиском та визначення показників міцності і властивостей металу отриманих швів.

6. Письменный А.С., Прокофьев А.С. Прессовая сварка труб с применением активирующих веществ // Автомат, сварка. - 2002. - №7. - С. 22-27. Автору належить розробка та проведення експериментів з визначення показників міцності і властивостей металу отриманих швів.

7 Свойства металла шва при индукционной сваркопайке стали 20 / А.С. Письменный, Д.П. Новикова, А.С. Прокофьев, В.В. Полухин // Автомат. сварка. -2004. - № 12. - С. 27-33.

Автору належить розробка та проведення експериментів з визначення ступеню деформації та показників міцності за раніше встановленими методиками та розрахованими залежностями, і дослідження властивостей металу отриманих швів.

8. Пат. 45491 Україна, МКИ В23К1/00,33/00. Спосі6 паяння таврових зєднань труб або стержнів металевих конструкцій / О.С. Письменний, О.С. Прокофєв, М.Є.Шинлов, А.Г. Дубко. (Україна).-№ 97084189; Заявлено 11.08.97; Опубл. 15.04.2002, Бюл. № 4. - 2 с.

Автором здійснена розробка способу зварювання-паяння таврових зєднань труб або стержнів металевих конструкцій.

9. Пат. 28675 Україна, МКИ В23К1/ 00. Спосі6 паяння металевих конструкцій, наприклад тонкостінних труб та фланців, переважно сталевих / О.С. Письменний, О.С. Прокофєв, М.Є.. Шинлов, В.А. Бондарев. (Україна). - № 97084190; Заявлено 11.08.97; Опубл. 17.06.2002, Бюл. № 6. - 2 с. Автором здійснені патентний пошук, розробка формули на способи одержання зєднання тонкостінних труб та зєднання фланців з трубами методом зварювання-паяння під тиском.

10. Пат. 51662 Україна, МКИ В23К1/00. Спосі6 нанесення припою для паяння або зварювання-паяння деталей металевих конструкцій / О.С. Письменний, О.С. Прокофєв, М.Є. Шинлов, 0.0. Письменний, А.Г. Дубко. (Україна). - № 98020860; Заявлено 18.02.98; Опубл. 16.02.2002, Бюл. № 12. - 2 с. Автором здійснені патентний пошук, розробка формули на спосіб нанесення активуючої речовини для паяння або зварювання паяння під тиском деталей металевих конструкцій.

11. Пат. 51677 Україна, МКИ В23К1/00. Спосі6 утворення нерознімного Т-подібного зєднання труб та трубчатих елементів обмеженої довжини у вигляді трійників за допомогою паяння та зварювання-паяння / О.С. Письменний, О.С. Прокофєв, О.О. Письменний, А.Г. Дубко, В.А. Бондарев, В.В. Макаревич. (Україна). № 98052324; Заявлено 06.05.98; Опубл. 16.12.2002, Бюл. № 12. - 2 с. Автором здійснені патентний пошук, а також розробка формули на спосіб отримання шву з розвинутою поверхнею для одержання зєднання у вузлі Т-подібного зєднання труб, що безпосередньо формується у процесі зварювання-паяння під тиском.

12. Пат. 57832 Україна, МКИ В23К1/00, G01N1/00. Спосіб утворення зразка зварно-паяного зєднання для наступних випробувань по визначенню механічних властивостей та інших видів випробувань / О.С. Письменний, В.В. Полухін, О.С. Прокофєв, В.А. Бондарев, О.О. Письменний. (Україна). - № 2000105766; Заявлено 11.10.2000; Опубл.. 15.07.2003, Бюл.№7. - 2 с. Автором здійснені патентний пошук та розробка формули на спосіб отримання зразка для проведення експериментів з швидкого визначення параметрів технологічного процесу зварювання-паяння під тиском та властивостей металу отриманих швів.

13 Письменный А.С., Шинлов М.Е., Прокофьев А.С, Сварка давлением с применением активирующих веществ (сваркопайка) // Тез. докл. международной конф. "Повышение эффективности сварочного производства". - Липецк: ЛГТУ, Липецкое обл. прав-е НТО "Металлургия", Союз инженеров Липецк, обл. -1966. - С. 84-87. Автору належить проведення експериментів та дослідження параметрів процесу зварювання-паяння під тиском при виконанні швів у зєднаннях фланців з трубами.

14. Письменный А.С., Прокофьев А.С. Расчет индуктора для пайки фланцевых соединений по распределению удельной мощности в зоне шва // Тез. докл. Международной конф. “Сварка и родственные технологии 1998”. - Киев: Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. - 1998 .- С. 95. Автору належить проведення експериментів з визначення розподілу температури і питомої потужності у зоні шву.

15. Письменный А.С., Прокофьев А.С. Индукционная сваркопайка безарматурных тройников соединений труб // Тез. докл. Международной конф. “Сварка и родственные технологии 2002”. - Киев: Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. - 2002. - С. 35-36. Автору належить проведення експериментів та дослідження і визначення параметрів процесу зварювання-паяння під тиском при виконанні швів у вузлах Т-подібних зєднань тонкостінних труб.

16. Письменный А.С., Прокофьев А.С. Индукционная сваркопайка безарматурных тройников соединений труб и соединений фланцев с трубами // Тез. докл. Международной конф. “Современные проблемы сварки и ресурса конструкций”. - Киев: Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. - 2003. - С. 56-57. Автору належить дослідження параметрів процесу зварювання-паяння під тиском при виконанні швів у вузлах Т-подібних зєднань тонкостінних труб та визначення показників міцності отриманих зєднань.

17. Письменный А.С., Прокофьев А.С., Юхименко Р.В., Выполнение швов в трубчатых конструкциях способом индукционной сваркопайки под давлением // Тез. Докл. II-й международной научно-методической конференции “Современные проблемы сварки и родственных технологий, совершенствование подготовки кадров”, г. Мариуполь: ПГТУ, Общество сварщиков Украины, Украинский информационный центр “Наука.Техника. Технология.”-2006. -С.4-5. Автором здійснена розробка зміни до національного стандарту України ДСТУ 3761.2-98 “ЗВАРЮВАННЯ ТА СПОРІДНЕННІ ПРОЦЕСИ” щодо доповнення покажчика українських термінів терміном “зварювання-паяння під тиском” під класифікаційним номером терміностатті 3.92.

Размещено на .ru

1. Для вирішення поставленої задачі було досліджено різновид зварювання у твердій фазі, під робочою назвою “зваркопаяння” (у ході виконання робіт процес введено до ДСТУ 3761.2-98 як “зварювання-паяння під тиском” -ЗПТ).

2. Запропонована у р. 2 експрес-методика дозволяє визначити можливості що до реалізації технологічності процесу ЗПТ даних матеріалів, показники міцності і якості металу отриманих швів, дає можливість визначити необхідну ступень деформації шву, і дозволяють обійтися без виконання натурних швів у металоконструкції.

3. Встановлено, що ступінь деформації крайок, яка забезпечує виконання якісних швів методом ЗПТ у зєднаннях фланців з трубами знаходиться у межах 2,5…5,5 %. Площа шву збільшується до 5%.

4. Більше ніж 25% зони шву не візуально не виявлено. Метал цієї зони складається з спільних зерен, які утворені з металу заготівок. Залишки спостерігаємої частини металу шву, з елементами не вичавленого прошарку, являє собою сплав, основу якого складає метал зєднуємих деталей. При цьому наявність прошарку з сплаву Fe-Cu-Zn не знижує характеристики міцності шву, а товщина прошарку у порівнянні співпадає з глибиною штрихуватості поверхні кромок заготівок, і складає не більше 18 мкм.

5. Запропоновано метод розрахунку індукційних пристроїв, їх електричних параметрів, геометричних розмірів індуктора в залежності від заданих технологічних умов процесу ЗПТ. Враховується розподіл температури, питомої потужності або векторного потенціалу магнітного поля на двохмірній поверхні шву та коло шовної зони. При цьому температурний інтервал проведення процесу ЗПТ із застосуванням активуючої речовини на основі міді має діапазон 980…1200 0С, а значення питомої потужності має діапазон 0,2...0,8 КВТ/см2. Це дозволяє розробити з необхідною точністю індукційне устаткування для процесу ЗПТ конкретних зварних вузлів.

6. Встановлено, що виконання швів у вузлах Т-подібних зєднаннях тонкостінних труб методом ЗПТ з мало вуглецевих конструкційних сталей, зокрема Б-20 ГОСТ 8733-87, дозволяє отримувати якісні шви з високими експлуатаційними показниками. При проведені тестування зразків на відрив, напруження руйнування збільшено відносно нормативних напружень з коефіцієнтом підсилення Ку відриву до 1.5 рази, а при тестуванні на зріз збільшення коефіцієнта підсилення Ку зрізу більше, ніж у 2,6 рази. Так напруження зрізу у шві ?СР відповідають нижньому значенню межі текучості основного металу ?Т ? 200…245 МПА. Це свідчить про те, що міцність шву досягла міцності основного металу.

7. Процес ЗПТ дозволяє виконувати одночасно шви по різним поверхням спряжування всередині вузлів Т-подібних зєднань труб та зєднань фланців з трубами. Це дає можливість розширити конструктивні можливості при проектуванні та оптимізувати існуючі конструкції вузлів з урахуванням застосованого процесу ЗПТ. Особливістю процесу ЗПТ є те, що вузли формуються безпосередньо у процесі при взаємному ковзані, направленій течії та деформуванні металу крайок та збільшені площі шву.