способ закрепления труб в трубных решетках

Формула изобретения

Способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы, отличающийся тем, что кольцевые выступы на трубе выполняют, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внутренней поверхности, вызывая выдавливание материала трубы в радиальном направлении и предварительное формирование выступов, после чего осуществляют окончательное формирование последних, прикладывая деформирующее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внешней поверхности, совмещая выдавливание материала трубы в радиальном направлении с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к процессам закрепления труб с профилированными законцовками, получаемыми локализованным направленным пластическим течением ее материала, в отверстие трубной решетки теплообменного аппарата.

Известен способ закрепления труб в трубных решетках, при котором трубу устанавливают, а отверстие трубной решетки, имеющее кольцевую канавку, фиксируют от возможного перемещения с последующим закреплением трубы в решетке путем приложения осевого сжимающего усилия к торцу трубы (см. а.с. N 277712, МПК B 21 D 39/06, Б.И. N 25 от 05.08.70 г.).

К недостаткам известного способа следует отнести:

1. пониженные характеристики прочности и плотности вальцовочного соединения вследствие неоднородности пластической деформации материала трубы как на этапе ее раздачи, так и при заполнении объема кольцевой канавки.

2. большие радиальные давления на стенках трубного отверстия, что вызывает коробление трубной решетки.

Известен также способ закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения сжимающего усилия со стороны внутренней поверхности трубы (патент РФ на изобретение N 2078636, МПК B 21 D 39/06, Б.И. N 13 от 10.05.97 г.).

К недостатку известного способа следует отнести необходимость больших перемещений ступенчатого пуансона при получении кольцевых выступов на внешней поверхности трубы. В результате обеспечение требуемых геометрических размеров выступов при их штамповке связано с большими осевыми усилиями. Как следствие этого, имеют место увеличенный энергетический расход, а также завышенная стоимость технологической оснастки.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа закрепления труб с профилированными законцовками в трубных решетках, при котором выполнение кольцевых выступов на внешней поверхности трубы не требовало бы значительных деформирующих усилий, а следовательно, и прочих затрат, обуславливающих повышенную себестоимость применяемых труб.

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что в способе закрепления труб в трубных решетках, при котором на внешней поверхности концов трубы выполняют кольцевые выступы трапециевидного поперечного сечения, устанавливают трубу в отверстие трубной решетки, имеющее кольцевые канавки прямоугольного поперечного сечения, совмещая кольцевые выступы с кольцевыми канавками, фиксируют трубу от возможного перемещения и производят последующее ее закрепление в трубной решетке посредством приложения усилия со стороны внутренней поверхности трубы, согласно изобретению кольцевые выступы на трубе выполняют, первоначально прикладывая осевое сжимающее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внутренней поверхности, вызывая выдавливание материала трубы в радиальном направлении и предварительное формирование выступов, после чего осуществляют окончательное формирование последних, прикладывая деформирующее усилие к части торца трубы, расположенной со стороны ее внешней поверхности, совмещая выдавливание материала трубы в радиальном направлении с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы.

Осуществление предлагаемого способа закрепления труб с профилированными законцовками в трубных решетках не требует значительных деформирующих усилий, а следовательно, и прочих затрат, обуславливающих повышенную себестоимость применяемых труб.

Это объясняется тем, что выполнение кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения осуществляют в два этапа. На первом из которых производят предварительное формирование выступов при относительно небольшой глубине внедрения инструмента в стенку трубы. На втором этапе, к моменту которого материал трубы переведен в пластическое состояние, локализуют деформацию, осуществляя сдвиг выдавленных объемов по местоположению кольцевых выступов относительно внешней поверхности трубы. Завершающая стадия формообразования кольцевых выступов на трубе отличается достижением требуемых их геометрических размеров также при относительно небольших усилиях, так как осевое перемещение инструмента достаточно мало.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение трубы и технологической оснастки перед выполнением на ее внешней поверхности кольцевых выступов трапециевидного поперечного сечения, на фиг.2 - стадия предварительного формования кольцевых выступов, на фиг.3 и 4 - стадия формования кольцевых выступов на трубе совмещением выдавливания ее материала с его сдвигом относительно внешней поверхности трубы.

Вариант осуществления предлагаемого к рассмотрению способа закрепления труб в трубных решетках состоит в следующем.

В отверстие толстостенной обоймы 1, выполненной из закаленной стали, например инструментальной стали У 8А, устанавливают по легкопрессовой посадке две полуматрицы 2, выполненные также из закаленной стали. Контроль правильности установки полуматриц 2 в обойме 1 производят по моменту формирования на внутренней поверхности полости, образованной полуматрицами 2, двух кольцевых выемок трапециевидного поперечного сечения.

В полости полуматриц 2 с минимальным зазором размещают трубу 3, контролируя правильность выполнения операции по совмещению торца трубы 3 с торцовой плоскостью полуматриц 2. В отверстие трубы 3 с минимальным зазором вводят малой ступенью пуансон 4. Большая ступень пуансона 4, а именно ее кольцевая поверхность, является рабочей. Трубу 3 фиксируют приложением радиального давления "p₀" к внешней ее поверхности за пределами технологической оснастки (фиг.1).

Перед выполнением операции бандажирования концов трубы 3 на контактируемые поверхности последней с технологической оснасткой наносится смазка, например машинное масло.

При воздействии усилием "P₁" на торец большой ступени пуансона 4 вызывают его внедрение в кольцевую поверхность торца труб 3. В один из моментов под торцем пуансона 4 возникают напряжения, по уровню превосходящие предел текучести материала трубы 3. В результате пластического течения обрабатываемого материала первоначально имеет место калибровка (давлением "p") внутреннего диаметра трубы 3 до диаметра малой ступени пуансона 4. На этой стадии толщина стенки трубы 3 несколько возрастает. Дальнейшее перемещение пуансона 4 приводит к распространению пластической деформации материала трубы 3 в осевом направлении. В силу преобладающего линейного размера трубы 3 наблюдается процесс выдавливания ее материала в радиальном направлении. Наличие свободных кольцевых объемов выемок в полости, образованной полуматрицами 2, в данном случае объясняет частичное их заполнение материалом трубы 3. Таким образом, осуществляют предварительное формование выступов на трубе 3 (фиг. 2).

Затем переходят ко второму этапу формования кольцевых выступов на внешней поверхности трубы 3. С этой целью на внешней боковой поверхности пуансона 4 размещают по посадке движения втулочный пуансон 5 с наружным диаметром, меньшим диаметра отверстия в обойме 1.

Прикладывая осевое усилие сжатия "P₂" к торцу втулочного пуансона 5, производят нагружение оставшейся недеформированной кольцевой поверхности торца трубы 3. Осевая пластическая деформация материала трубы 3 также реализует процесс его выдавливания в радиальном направлении (давление "p₁" фиг.3) с продолжающимся заполнением объемов кольцевых выемок, но с одновременным сдвигом выдавленного материала относительно внешней поверхности трубы 3. Весьма малые перемещения (e) втулочного пуансона 5 гарантируют качественное воспроизведение на внешней поверхности трубы 3 рельефа внутренней поверхности полости, образуемой полуматрицами 2, т.е. кольцевых выемок. Деформирующее усилие также не вызывает каких-либо проблем по его производству как с энергетической стороны, так и по стойкости технологической оснастки.

Отформованные кольцевые выступы на внешней поверхности трубы 3 (давление "p₂" фиг.4) после разборки технологической оснастки контролируют шаблоном.

Вышеописанные действия производят и на втором конце трубы 3.

Опытно-промышленная проверка разработанного способа прошла при бандажировании стальных (сталь 20) труб с геометрическими размерами 25 2,5 мм.

Технологическая оснастка изготавливалась из инструментальной стали У 8А с твердостью HRC, после закалки не менее 58 единиц и точностью исполнительных размеров по 7-му квалитету.

Трапециевидные кольцевые выемки выполнены следующих геометрических размеров: длина малого основания - 2 мм, длина большого основания - 4 мм, глубина - 0,5 мм. Расстояние между кольцевыми выемками по оси составляло 10 мм. Размещение полуматриц в обойме осуществляли по легкопрессовой посадке.

Ступенчатый пуансон имел геометрические размеры: диаметр малой ступени - 19,8 мм, ее длину - 40 мм, диаметр большой ступени - 22,5 мм.

Фиксирование трубы осуществляли ее опиранием на стол пресса модели ПСУ-250.

Деформирующее трубу усилие на первой стадии не превышало 25 Кн, а на второй стадии его величина составляла 20 Кн.

Контроль за пластическим течением материала трубы в кольцевые выемки технологической оснастки осуществляли металлографическими средствами, и не было найдено каких-либо дефектов, что подтвердило пригодность новой технологии требованиям производства.

Закрепление бандажированных труб вальцовками отечественного производства в трубных решетках из стали 16 ГС выявило полное соответствие новой конструкции трубы задачам ремонтного производства.

Изобретение применимо для ремонтных работ на трубных пучках теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности.