Файл: Биметаллические трубы..pdf

Скачать файл (10,55Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.10.2024

Просмотров: 117

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

						Т а б л и ц а 19
Влияние способа деформации и состояние исходного металла
на	величину начального		натяжения		и прочность сварки
С п о с о б	М е т а л л	н а р у ж н о г о и	в н у т р е н		Н а ч а л ь н о е	П р о ч н о с т ь
					к о н т а к т н о е
д е ф о р м а ц и и	н е г о	с л о е в и е г о с о с т о я н и е			д а в л е н и е	с в а р к и н а с р е з
					М Н / м 2 ( к г с / м м 2)	М Н / м 2 ( к г с / м м 2)
Безоправочное	Сталь	термически обработан			12(1,2)	95 (9,5)
волочение	ная +	медь наклепанная		медь	10 (1,0)	68 (6,8)
	Сталь	наклепанная +
	наклепанная			медь	7 (0,7)	40 (4,0)
	Сталь	наклепанная +
	термически обработанная
Волочение	Сталь	термически обработан-			Зазор	Сварка от-
с одновремен-	ная +	медь наклепанная		медь	0,03 мм	сутствует
ной раздачей	Сталь	наклепанная +			8 (0,8)	43 (4,3)
	наклепанная			медь	5 (0,5)	30 (3,0)
	Сталь	наклепанная +
	термически обработанная

Если коэффициент термического расширения а„ металла наруж ного слоя меньше коэффициента термического расширения металла внутреннего слоя ав, то при нагреве такой заготовки создается кон тактное давление — термический натяг, способствующий проте канию диффузионных процессов.

В случае неблагоприятной разницы коэффициентов термического расширения (ав <Дан) ПРИ термодиффузионной обработке между слоями возникает зазор, препятствующий диффузии.

Для предотвращения образования зазора и с целью создания контактного давления во внутренней трубе после соответствующей герметизации создается давление, достаточное для ее пластической деформации и сжатия контактных поверхностей в процессе термо диффузионной обработки. В этом случае наружный слой сочленен ной трубы играет роль удерживающего кожуха.

Для достижения той же цели термодиффузионную сварку можно проводить в специальных штампах. Однако применение штампов значительно усложняет процесс.

Изготовление труб из заготовок с а „> ав

При нагреве двухслойной заготовки, наружный слой которой имеет ан больший, чем ав внутреннего слоя, между свариваемыми поверхностями образуется зазор

А Д г = ( а « — « в ) Д Д р ,

где Т — разность между конечной и начальной температурами заготовки.

Для устранения зазора, препятствующего диффузионным про цессам, внутренняя труба должна быть роздана, а контакт поверх ностей сохранен в процессе нагрева и выдержки.

115

Рабочие давления для пластического деформирования заготовки и ликвидации образовавшегося зазора можно определить, сделав

следующие		допущения:
1 ) материал трубы идеально пластичен и несжимаем;
2 ) сечения сохраняются плоскими,				т. е. ег = const, где ег =
= — а — осевая			компонента деформации.
На основании условия несжимаемости и постоянства продольной
деформации запишем:
ег +	ее — а — 0 .
Здесь	гг	и	ее — радиальная и	тангенциальная компоненты

деформации.

Перемещения точек тела под действием давления определяется из дифференциального уравнения

д и г	U r	а — 0	,
дг

где г — текущий радиус;

Ur- («н

Компоненты деформаций будут:

	Ег = а	2ARTR p - a ( R l - r ° ~ )
	Ег = а	2 р2
		2 р2
	еѳ =	[2 ARTRP— а (#р — г2)}-

Интенсивность деформации сдвига выразится как

Г = е | / ГЛ1 + ( 4 - ) 4 В1>

где е — коэффициент,

г.

“« Г ’

А= з

в . = ( т - 2)2-

Давление определится из условия равенства работы внешних и внутренних сил:

А = А в.

Работа внешних и внутренних сил соответственно:

А = 4пі ARTRpPр,

Л „ = Я Ь FdV,

116

где Pp — рабочее внутреннее давление.

После интегрирования и ряда преобразований получим выраже ние для определения работы внутренних сопротивлений:

Лв = 4я/ ARTRp%s		-)- Bi — Л1СС3 -(- 5ij -)- ~\fBi ln X
а 3—	lA +Tа 3		=B‘RJRp.
X	) f B 1- \ - V A 1+ B X		(16)
где T S — предел текучести		на	сдвиг;
	коэффициент;
Решая	(16) относительно Р р, получим выражение для определе

ния усилия деформации внутренней трубы к наружной в процессе термодиффузионной обработки

“і		I In		)“ -			(-Г-*)'+
Рр = 0,58стт		V	3 Ш т - 2		V	3 Ш А +
		V	3 Ш т - 2		V	3 Ш А +
	2		2) + У " 3( т ) ° » + ( т				(17)
	2						(17)
			- 2) + " К з"		Ш	Ч І

Величина а!в определена путем решения трансцендентного урав нения, полученного исследованием на минимум работы внутренних сопротивлений:

_д_ да Ив — Л) =0 .

Величина а/в = / (а3) представлена на рис. 50. Для удобства пользования формулой (17) на рис. 51 приведены графики зависи мости Рр = f (<тх, а 3).

Предел пластического сопротивления трубы под действием вну

треннего давления определяется по известной формуле		[44, 45]
Ліл — 1,15<гт ln	.	(18)

На рис. 51 кривая 1 построена по формуле (18).

Рабочие давления, подсчитанные по формуле (17), превышают предел пластического сопротивления трубы и обеспечивают пласти-

117

ческое деформирование внутренней трубы в течение всего времени


нагрева		и термодиффузионной обработки.			зависит от того,
Величина контактных давлений между слоями
в каком		состоянии находится наружная труба.			Рассмотрим два
возможных случая				при осуществле
нии	процесса		термодиффузионной
сварки		под действием внутреннего
давления:
1.		Внутренняя труба пластически
деформирована,			а	наружная нахо
дится	в	упругом		состоянии;

Р и с .

51.

и с

и м

р / а т

о т

е о м е т

р и ч е с к и х

р а з м е р о в

т р у б ы :

/ — п р е д е л

с о п р о т и в л е н и я

п л а с т и ч е с

к о й

д е ф о р м а ц и и

п о д

д е й с т в и е м

в н у т

р е н н

в л

е н

[ п о

(18)1;

Р и с . 50.

и м

я / 8

о т

е о м е т р и

2 —

б о

и т

а н н ы е

е р

о в

т р у

(17)

2. Внутренняя труба пластически деформирована, а наружная находится в состоянии неустойчивого упруго-пластического равно весия.

Контактное давление

PK= Pp - l,1 5 0 T.B.Tln - i- ,

(19)

а3

ат . в . т — предел текучести материала внутреннего слоя при

температуре термодиффузионной обработки. Подставляя в равенство (19) значение рабочего давления (17),

получим

Рк — от. в. т ] 0,58 І / Ч	+	Я!— ] / л га§ +			Ні + У * ' *
f/~Bl + ~\fѴ з + В\			1,15 In — ^			( 20)
x ln			1,15 In — ^
аз [ і / " П- У&і +	#і]	.	’	п.	Г

118

Превышение предельных значений давлений Рр может привести к разрушению двухслойной трубы или к ее значительным пласти ческим деформациям, нежелательным для одного или обоих свари ваемых металлов, которым свойственно образование трещин при деформации в определенном интервале температур.

Для обеспечения надежной работы трубы, сохранения ее разме ров контактные давления не должны превышать предел пластиче ского сопротивления наружной трубы. С другой стороны, при рабо чем давлении, равном пределу пластического сопротивления внутрен ней трубы, контактные давления будут равны нулю.

Граничные условия можно записать так:

при Рр = Рпл	Рк,тш =	0;
П р И Рр — ^пл.в ~f“ -^пл.н		^K.max	^пл.н»
где Рпл,в — давление, достаточное			для начала пластического де
формирования внутренней трубы;				при котором
Рпл.н — давление на		контактной поверхности,
наружная труба начнет деформироваться пластически.
С учетом того,	что наружный слой двухслойной			трубы должен

работать в области упругих деформаций, можно записать следую щие неравенства:

область приемлемых	рабочих давлений
Л,Л. в ■'СР - р С^пл. в +	Л,Л. н))

контактные давления, имеющие место в этой области, будут

о < д к< д пл.„.

Со снижением предела текучести металла наружной трубы в обла сти температур термодиффузионной обработки оТ,НТ и увеличе нием отношения а 4 = Rp/Ro допустимое давление Я р=^РПл.в + + Р пл.н уменьшится:

Рщі- н

0,5сгт.н т(1 0&4)•

Следовательно, область целесообразного применения внутреннего давления при отсутствии наружного ограничения перемещений двух слойной трубы зависит от свойств и размеров наружной трубы, играющей в этом случае роль наружной матрицы.

Очевидно, что допустимое внутреннее давление'для термодиффу зионной обработки двухслойной трубы с учетом сохранения ее це лостности

Рц — Рр РрП-2,

где н2 — коэффициент запаса прочности, который на основании экспериментальных данных с достаточной степенью на дежности может быть принят равным 1,5.

Получим неравенство

Рр^2 1»1 5сгт. в. т In ~Ug I- 0,5(тт. н. т (1

ом)-

( 2 1 )

119