Способ соединения трубчатых элементов и устройство для его осуществления

 

Использование: для соединения труб и трубчатых элементов и способов их получения посредством пластической и упругой деформации материалов, из которых они изготовлены. Сущность изобретения: внутрь соединяемых элементов вставляют проставку из материала с высоким пределом текучести, а на них одевают обойму с низким пределом текучести. После восстановления исходных размеров муфты из сплава, обладающего термомеханической памятью, обойма и трубчатые элементы деформируются пластически, а проставка упруго. Устройство для осуществления данного способа содержит трубчатые элементы, проставку внутри них с выступами на наружной поверхности и обойму снаружи на элементах с выступами на внутренней поверхности, расположенными между выступами проставки, обойма и проставка выполнена из материала с различными пределами текучести. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к соединениям труб и трубчатых элементов, в частности к неразъемным соединениям, посредством пластической и упругой деформации материала соединяемых элементов и способам их получения и может быть использовано в машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ соединения труб, заключающийся в том, что охватывающую трубу нагревают, вводят в нее охватываемую трубу, ориентируют их взаимное расположение с последующим охлаждением.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не обеспечивает требуемой механической прочности соединения труб из разных материалов.

Наиболее близким техническим решением является способ соединения трубопроводов и устройство для его осуществления с использованием муфт с термомеханической памятью формы. Данный способ заключается в том, что муфту охлаждают до температуры ниже температуры фазового превращения, раздают диаметрально, в зону вводят проставку с выступами на наружной поверхности, на которой после восстановления исходных данных муфты деформируются трубы, и устройство для осуществления этого способа.

Недостатком известного технического решения является существенная масса устройства, что снижает его вибрационную прочность и технологичность, а также низкая несущая способность устройства при нагружении его осевыми нагрузками.

Задачей изобретения является повышение надежности соединения трубчатых элементов и обеспечение передачи осевых сил путем увеличения площади контакта элементов между собой, устранение возможности радиальной деформации труб при осевом нагружении.

Указанная задача достигается за счет того, что муфту из материала обладающего термомеханической памятью раздают диаметрально, на наружных поверхностях трубчатых элементов размещают обойму из материала с низким пределом текучести и выступами на внутренней поверхности, а внутрь труб вставляют проставку, выполненную из материала с высоким пределом текучести и выступами на наружной поверхности, после восстановления муфтой ее исходных размеров, обойма и конструктивные элементы деформируются пластически, а внутренняя проставка упруго.

Устройство для осуществления этого способа содержит муфту из материала, обладающего термомеханической памятью формы, обойму, установленную на концах соединяемых элементов, и внутреннюю проставку, при этом выступы обоймы расположены между выступами проставки и выполнены они из материала с различными пределами текучести.

На фиг.1 изображено соединение перед сборкой; на фиг.2 соединение после сборки; на фиг.3 схема формирования соединения.

Предложенный способ реализован на устройстве для соединения трубчатых элементов, которое состоит из муфты 1, обоймы 2, проставки 3 и соединительных трубчатых элементов 4.

Муфта 1 выполнена из материала обладающего термомеханической памятью, на внутренней поверхности обоймы 2, установленной на конструктивных элементах 4 выполнены кольцевые выступы, расположенные между выступами проставки 3, размещенной внутри соединяемых элементов 4, при этом обойма и проставка выполнены из материала с разным пределом текучести.

П р и м е р осуществления способа.

Внутренний диаметр муфты при изготовлении меньше наружного диаметра обоймы. При подготовке муфту радиально деформируют специальными инструментами. Продеформированная муфта в комплекте с проставкой и обоймой хранится при обычной температуре. При сборке муфту из материала, обладающего термомеханической памятью раздают диаметрально, на наружных поверхностях трубчатых элементов размещают обойму из материала с низким пределом текучести и выступами на внутренней поверхности, а внутрь труб вставляют проставку из материала с высоким пределом текучести и выступами на наружной поверхности, затем производится нагрев муфты до температуры +120 +150^оС. При этом она восстанавливает свои исходные размеры и деформирует соединительный стык. После охлаждения, напряжения, генерируемые муфтой спадают до нуля и она удаляется из зоны стыка.

Необходимая прочность соединения обеспечивается остаточными контактными давлениями по поверхности контакта и деформацией материала трубчатых элементов по кольцевым выступам проставки и обоймы. Остаточные контактные давления по поверхности контакта определяются разностью механических свойств материалов проставки и обоймы. Качественно процесс формирования соединения представлен на схеме фиг.3. Кривая 5 соответствует диаграмме растяжения материала проставки 3, кривая 6 диаграмме растяжения материала обоймы 2. Кривые 5 и 6 отличаются качественно: кривая 5 соответствует материалу с более высоким пределом текучести и сравнительно низким модулем нормальной упругости; в то время как кривая 6 соответствует материалу с более высоким модулем нормальной упругости и сравнительно низким пределом текучести.

При радиальной деформации соединения напряжения в проставке растут согласно кривой 5, а в обойме согласно кривой 6. При предварительной деформации ОВ в них возникают соответствующие напряжения (т.А и т.А¹). После охлаждения муфты и релаксации напряжений термомеханического возврата разгрузка обоймы идет по прямой АС, параллельной участку для данного материала, а разгрузка проставки идет по прямой А¹В. После возврата упругой составляющей деформации ВС внешняя обойма полностью разгружается, при этом в ее материале сохраняется остаточная пластическая деформация ОС. В то же время в материале проставки сохраняются упругие напряжения СД, которые инициируют деформацию обоймы противоположного знака. При σ_сж=-σ_сж деформация идет по прямой СД¹, угол наклона которой равен углу наклона участка упругости для материала обоймы. Этот процесс идет до тех пор, пока напряжения в обойме и проставке не сравняются (точка Д₁). При этом образуется посадка с натягом N ОС, а в соединении сохраняются контактные напряжения, соответствующие точке Д₁, что обеспечивает надежность и прочность соединения.

Формула изобретения

1. Способ соединения трубчатых элементов, при котором муфту из сплава, обладающего термомеханической памятью, охлаждают до температуры ниже температуры фазового превращения, раздают диаметрально, устанавливают на концах трубчатых элементов, в которые вставлена проставка с кольцевыми выступами на наружной поверхности, и нагревают соединение до температуры фазового превращения материала муфты до восстановления ее исходных размеров, отличающийся тем, что перед установкой муфты на трубчатые элементы на них устанавливают обойму из материала с низким пределом текучести и выступами на внутренней поверхности, расположенными между выступами проставки, выполненной из материала с высоким пределом текучести, после восстановления муфтой ее исходных размеров обойма и соединительные элементы деформируются пластически, а проставка упруго, затем муфту охлаждают и удаляют из зоны стыка.

2. Устройство для соединения трубчатых элементов, содержащее муфту из материала, обладающего термомеханической памятью, установленную на концах трубчатых элементов, и проставку с кольцевыми выступами на наружной поверхности, размещенную внутри трубчатых элементов, отличающееся тем, что оно снабжено обоймой с кольцевыми выступами на внутренней поверхности, установленной на концах соединяемых трубчатых элементов, а ее выступы расположены между выступами проставки, при этом обойма выполнена из материала с низким пределом текучести, а проставка из материала с высоким пределом текучести.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3