NO801206L - Fremgangsmaate ved festing av et roer i en roerplate ved eksplosjonssveising samt eksplosiv ladning for gjennomfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved festing av

et rør i en rørplate ved hjelp av eksplosjonssveising, samt en eksplosiv ladning for gjennomførelse av fremgangsmåten, som særlig egner seg for rør hvis veggtykkelse er stor i forhold til rørets■diameter.

Eksplosjonssveising er en fremgangsmåte ved hvilken forbindelsen hovedsakelig finner sted i fast tilstand. Således muliggjøres bl.a. sveising av metaller hvis smeltepunk-ter er. betydelig forskjellige. Fremgangsmåten kan imidlertid bare benyttes ved forbindelse av flater med meget enkel form. Typiske anvendelser er beskiktning eller belegning av plater samt ved forbindelse av rør med hverandre.

Eksplosjonssveising baserer seg på sammenstøt på skrå

i høy hastighet av de deler som skal sveises sammen. Metallet oppfører seg som en væske ved det høye-trykk som oppstår i sammenstøtningspunktet. Ved en bestemt verdi av sammenstøtningshastigheten, sammenstøtningsvinkelen og sammenstøtningsfrontens forplantningshastighet dannes en metallstråle bestående av deler av de nærliggende flater. , Denne stråle fjerner huden på metallflåtene og de rene metallflater presses sammen og sammensveises. Den store sammenstøtshastighet som kreves ved fremgangsmåten oppnås når man som energikilde utnytter eksplosiver. De deler som skal forbindes ved hjelp av eksplosjonssveising plaseres mot hverandre med innbyrdes avstand, slik at det mellom de flater som skal sveises sammen står igjen en såkalt akselerasjonsstrekning. Flatene kan plaseres parallelt med hverandre, hvilket kalles parallellitetsgeometri, eller flatene kan plaseres med en liten vinkel til hverandre, hvilket kalles vinkelgeometri. Eksplosivladningen ligger på baksiden av den ene del, og ladningens eksplosjonstrykk får de flater som skal sveises sammen til å støte sammen,

noe som under visse betingelser medfører at det skjer en sammensveising. Sammenstøtet skjer ikke samtidig over hele flaten, men som en sammenstøtningsfront som skrider frem med detonasjonsfronten over de flater som skal sveises, med begynnelsen ved utgangspunktet.

Det er mulig metallurgisk å feste to metalldeler til hverandre hvis atomene i de deler som skal sammenbindes bringes i så nær kontakt med hverandre at kreftene mellom atomene kommer i likevekt og danner en binding. Metallflåtene er dog ofte dekket av en hud eller et skikt av oxyder, nitrider og absorberte gasser som forhindrer at metallatomene kommer i direkte kontakt med hverandre over grenseflatene. Ved enhver sveisemetode er det nødvendig å fjerne dette skikt eller hud og bringe de deler som skal sveises sammen i direkte kontakt med hverandre.

Ved smeltesveising smelter man fugeflatene med eller

uten hjelp av et tilsetningsmateriale, hvorved huden eller overflateskiktet fjernes som slagg. Samtidig muliggjør smeltingen at atomene i de metaller som skal sammenbindes blandes.

Ved eksplosjonssveising fjerner man de skadelige over-flateskikt ved hjelp av en metallstråle som oppstår ved sammen-støtet mellom fugeflatene. Den kraftige formforandring av fugeflatene som oppstår på grunn av strålen^medfører en destruksjon av overflateskiktene, som deretter helt eller delvis fjernes av strålen. Etterhvert som sammenstøtningfronten skrider frem, presses de nydannede rene flater sammen og det oppstår en metallurgisk binding over grenseflaten.

Hvis man har valgt riktig sveiseparametre, blir sveise-grenseflaten bølgeformet på grunn av den instabile strømning ved sammenstøtspunktet. Også andre, rent metallurgiske sveise-former er mulige.

Av det ovenstående fremgår det at.en nødvendig, om enn ikke tilstrekkelig forutsetning for sveisbarheten er at det dannes en metallstråle ved fugeflåtenes sammenstøtspunkt. Om det oppstår en stråle eller ikke, er avhengig av det herskende trykk og dettes fordeling ved sammenstøtspunktet.

Det kan oppstå en stråle hvis sammenstøtsfrontens forplantningshastighet er mindre enn den såkalte gods-lydhastig-het C o i de materialer som skal sveises. En anbefalt verdi for sammenstøtsfrontens forplantningshastighet er3Cq - 2/3 CQ.

For at sveising skal skje kreves også at verdiene for sammenstøtningsvinkelen og sammenstøtningshastigheten mellom

arbeidsstykkene holder seg innenfor bestemte grenser.

Man bør avpasse eksplosivens detonas jonshastighet og mengden' av eksplosiv slik at vilkårene for en sammensveising oppfylles. Herunder bør man ta i betraktning både material-egenskaper og sammenføyningsgeometri.

Ved utviklingen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

har man spesielt tatt hensyn til de problemer som forekommer i høytrykksvarmevekslere. I slike varmevekslere benyttes rør som har tykke vegger i forhold til diameteren, og som festes til en rørplate, hvorved man stiller meget strenge krav til festets tetthet. Vanligvis festes rør til rørplaten ved at rørenden forbindes med rørplaten ved hjelp av TIG-sveising. Forbindelsens lengde blir da, regnet fra rørets munning, høyst 2 - 3 mm. Det har vist seg å være vanskelig på denne måte å tilveiebringe en hensiktsmessig tett forbindelse. I tillegg oppstår det i slike korte forbindelser en høy varmespenningstopp som fremmer lekkasjedannelse..Ved

å sveise fast rørets ytterflate mot rørplatens hullveggflate ved hjelp av eksplosjonssveising kan man øke lengden av forbindelsen. I en lang sveiseforbindelse varierer tem- r peraturen mindre sterkt og varmespenningstoppen reduseres. Samtidig blir forbindelsen i avgjørende grad tettere.

Man må benytte såkalt parallellitetsgeometri for å kunne tilveiebringe en lang sveisefuge, da hullene i rørplaten er sylindriske.

Da vedkommende rør har stor godstykkelse i forhold til diameteren, er det vanskelig å oppfylle forutsetningene for sveisbarhet. Det er spesielt vanskelig å holde sammen-støtningsvinkelen tilstrekkelig stor. Årsaken til vanske-lighetene er følgende: Fordi røret har tykk vegg, kreves en stor energimengde for å utvide røret og for å gi veggen tilstrekkelig anslagshastighet. Dette ville være mulig hvis man anvender en kraftig ladning, altså en stor mengde lavenergieksplosiver eller en mindre mengde høyeksplosiver. Man kan dog ikke anvende lavenergieksplosiver fordi røret som skal fastsveises har en mindre innvendig diameter enn den kritiske diameter.for lavenergieksplosivene (dvs. den minste diameter ved hvilken en detonasjon i ladningen er mulig). De eksplo siver hvis kritiske diameter er tilstrekkelig liten hører i almindelighet til de eksplosiver som har høyenergi. Detonasjonshastigheten for disse eksplosiver er dog vanligvis større enn gods-lydhastigheten i de metaller som skal sveises, og da ville sammenstøtsfrontens forplantningshastighet bli for stor for tilfellet med parallellitetsgeometri. Detonasjonshastigheten for de eksplosiver som har høy energi kan reduseres ved at man blander inn inerte tilsetningsstoffer i dem. Til tross for at man på denne måte kan redusere detonasjonshastigheten, er'man, på grunn av energibehovet, tvunget til å benytte så tett presset ladning at detonasjonshastigheten øker på grunn av dette. Derfor står problemet med altfor liten sammenstøtsvinkel på grunn av den altfor høye detonasjonshastighet tilbake.

Man kan unngå problemet med sammenstøtsvinkelén ved å benytte såkalt vinkelgeometri ved festingen av røret. Her-ved må man utføre hullet eller boringen i rørplaten konisk. På denne måte kan man benytte eksplosiver med høy detonasjonshastighet uten at sammenstøtsfrontens forplantningshastighet blir for stor eller sammenstøtsvinkelén blir for liten. Det' er derimot ikke mulig på denne måte å tilveiebringe en lang sveisefuge, da sammensveising bare er mulig i hullets koniske del. For hvis man' utfører hullets koniske-del meget lang, blir diameteren av hullets munning for stor, slik at enten revner det rør som skal sveises ved detonasjonen, eller sveisens kvalitet lider ved at sammenstøtshastigheten blir for stor.

Selv om man skulle kunne redusere kravet til lengden av sveiseforbindelsen, ville man på grunn av de koniske hull være

■tvunget til å øke rørdelingen, noe som i sin tur fremtvinger større dimensjoner av hele varmeveksleren.

Teknikken med å fremstille de nødvendige hull er enklere når man benytter parallellitetsgeometri, enn for de koniske hull som kreves ved anvendelse av vinkelgeometri. Fordelen med parallellitetsgeometrien er foruten en lengre sveiseforbindelse også lavere bearbeidelsesomkostninger. En betydelig fordel ved fremstillingen av varmevekslere er dessuten at rørdelingen forblir uforandret.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken man kan overvinne de ovennevnte vanskeligheter.

Fremgangsmåten kjennetegnes ved at sprengningen utføres slik at detonasjonshastigheten avtar i detonasjonens forplantningsretning. Således kan sammenstøtsvinkelén på

kunstig måte holdes større enn hva den ville vært hvis ■ detonasjonshastigheten var konstant.

En sprengladning for gjennomførelse av fremgangsmåten kjennetegnes ved at ladningen er fylt med eksplosiver hvis. detonasjonshastighet reduseres i detonasjonens forplantningsretning. Fortrinnsvis benyttes en ladning hvis tetthet avtar gradvis i detonasjonens forplantningsretning. For å forenkle fremstillingen kan ladningen består av to deler, hvorav den første har høyere ladningsintensitet enn den annen.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i , forbindelse med tegningene, der fig. 1 viser tverrsnitt av en sprengladning for gjennomførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser hvordan detonasjonshastigheten ■ varierer i sprengladningen.

På fig. 1 er vist en rørplate 1 med et hull bestående

av to deler. Lengden av den del 2 av hullet som har størst diameter er avhengig av hvilken lengde kan ønsker på sveiseforbindelsen. Den del 3 av hullet som har den minste diameter har til oppgave å sentrere røret 4 i hullet. I røret finnes en ladning 5 som omfatter en tennladning 6 samt en første del 7 og en annen del 8 av den egentlige ladning. Hver delladning inneholder de samme eksplosiver, men ladningstettheten i den første del er større enn i den annen. Sprengladningen antennes elektrisk med en tenner 9 hvorfra det går ut en ildstråle og tenner tennladningen 6. Man benytter en lettantennelig bly-azid som tennladning. Fra denne formidles detonasjonen til den egentlige sprengladning 7,8. I den egentlige ladnings første del 7 er detonasjonshastigheten større enn i dens annen del 8 på grunn av den større ladningstetthet. For å lette håndteringen er ladningens forskjellige komponenter montert i en beskyttelseskappe 10 som har en ansats som bestemmer ladningens stilling i røret.

Før sveisingen kan man redusere rørets ytterdiameter

på det sted sveisingen skal finne sted, slik at den masse som må settes i bevegelse blir mindre, hvorved også størrelsen av boringsdelen 2 kan gjøres mindre.

Eksempel

En varmeveksler har følgende driftsdata: Mantelsidens trykk er 25,4 MPa, rørsidens trykk er 38,5 MPa, og temperaturen er 200°C. Til en rørplate med en tykkelse på 200 mm ble det sveiset fast rør $ 17,2 x 2,9 mm ved hjelp av eksplosjonssveise-fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Rørets ytterdiameter var dreiet til <t> 15,7 mm ved sveise-stedet. Den utvidede hulldels diameter var 19,2 mm og lengden 100 mm. Som eksplosiv ble benyttet en blanding av pentrit. Deri egentlige ladnings 35 mm lange første parti hadde en ladningstetthet på 1,0 g/cm 3 og det 72 mm lange annet parti 0,6 g/cm 3. I grunnladningen avtok detonasjonshastigheten V~D på grunn a<y>forandringen i tettheten ifølge fig. 2 i detonasjons-forplantningsretningen x.

Det kan selvsagt benyttes forskjellige typer eksplosiver i de forskjellige deler av den egentlige sprengladning .

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved festing av et rør til en plate- ved hjelp av eksplosjonssveising, karakterisert ved at sprengningen utføres slik at detonasjonshastigheten avtar i detonasjonens forplantningsretning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 , karakterisert ved at detonasjonshastigheten bringes til å avta trinnvis.

3. Sprengladning'for gjennomførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at ladningen (5) omfatter eksplosiver (7, 8) hvis detonasjonshastighet avtar i detonasjonens forplantningsretning (x).

4. Sprengladning ifølge krav 3, karakterisert ved at eksplosivens ladningstetthet avtar i detonasjonens forplantningsretning (x).

5. Sprengladning ifølge krav 4, karakterisert ved at dens ladningstetthet avtar trinnvis i den nevnte ' retning.

6. Sprengladning ifølge krav 5, karakterisert ved at ladningen (7, 8) er todelt, idet den i detonasjonens forplantningsretning (x) første ladningsdels (7) ladningstetthet er større enn den annen dels (8) ladningstetthet.