Сварка сильфонов из нержавеющей стали

Обновлено: 16.05.2024

Тонкостенные трубы из высоколегированных нержавеющих сталей диаметром 5—10 мм и толщиной 0,15—0,5 мм широко применяют при изготовлении теплообменных аппаратов, гибких металлических рукавов, измерительных приборов и других конструкций. До освоения микроплазменной сварки тонкостенные трубы изготавливали бесшовными. Цельнотянутые трубы обладают рядом недостатков: высокой стоимостью, серповидное і ыо в сечении и наличием на поверхности металла технологической

/ — основание, медь МБ; 2 — технологическое кольцо, медь МБ; S — сильфон, сталь X 181110Г;.

4 — технологическое кольцо» бронза КМцЗ-Ij

5 — втулка, бронза КМи.3-1.

Герметизированный корпус датчика.

смазки, используемой в процессе многократной опрессовки и перетяжки труб. Аріонодуговая сварка такого рода изделий не обеспечивала стабильного качества соединений. Более эффективной в данном случае оказалась автоматическая микроплазменная сварка [78]. Микроплазменную сварку производят на специальных установках с использованием источников питания А-1255 и МПУ-М, укомплектованных малогаОаритными плазмотронами. Схема процесса микроплазменной сварки осо - ботонкостеиных труб приведена на рис. 126.

' В горелкодержатель 1 устанавливают электрически изолированный от нее плазмотрон 2. Заютовку трубы 5 подают к фильере 4, установленной в фильеродержателе 6. Для уменьшения деформаций заготовки в процессе сварки применяют предварительное деформирование кромок с помощью ролика 3. Фильера в данном случае не только выполняет функцию калибрующего устройства, но и является микрокамерой, заполненной аргоном под некоторым избыточным давлением. Такой прием обеспечивает высокую эффективность защиты сварного соединения при незначительных расходах защитного газа. При сварке труб диаметром 8,8 мм из ленты толщиной 0,2 мм (сталь Х18Н10Т) расход плазмообразующего газа равен 0,2 л/мин, а защитного газа (Аг + 5% Н2) — 1 л/мин. Скорость сварки составляет 70 м/ч при сварочном токе 6 А. Получаемые микроплазменной сваркой швы характеризуются высокой стабильностью размеров, не имеют провисаний, ослаблений и наплывов, характерных для аргонодуговой сьарки. Высокая эффек-

Схема процесса микроплазменной сварка тонкостенных труб.

тионость защиты сварных соединений при сьарке труб с применением фильеры приближает этот процесс к условиям сварки в камере с контролируемой атмосферой.

Ресурс изделий, изготовленных из сварных труб диаметром 8,8 X 0,2 мм увеличивается в 2—3 раза по сравнению с изделиями, выполненными из цельнотянутых труб и труб, изготовленных аргонодуговой сваркой. Технико-экономический анализ показал, что при массовом производстве сварные особотонкостенные трубы в среднем в 10 раз экономичнее цельнотянутых бесшовных труб. Дальнейшее повышение эффективности применения микроплазменной сварки трубок достигается за счет использования оборудования, обеспечивающего одновременную сварку несколькими дугами.

Основное техническое требование, предъявляемое к силь - фонным узлам — получение прочноплотных и закуумноплотных сварных соединений с сохранением упругих и антикоррозионных свойств сильфона. Для обеспечения необходимой работоспособности сильфона нагрев его рабочих частей в процессе сварки не должен превышать 200° С. На рис. 127 представлен оптимальный вариант соединения сильфона с деталями арматуры. Технологические разработки реализованы на сильфонах из стали Х18Н10Т диаметром от 15 до 72 мм, толщиной 0,12— 0Л5 мм. В качестве источников питания используют установки

Микроплазменную сварку сильфона к стенке производят при вертикальной оси вращения узла. Экспериментально установлены оптимальные размеры элементов свариваемых кромок (рис. 128). Удоьлєївориюлъные свойства сварных соединений получены при величине притупления кромки 0,3 мм, угле скоса 20° и высоте буртиков не менее 1 мм.

Существенное влияние на качество сварных соединений оказывает величина зазора между телом сильфона и деталями

Соединение сильфона g деталями арматуры.

Подготовка кримок под сварку сильфона с арматурой.

стенки. Установлено, что максимальный зазор не должен превышать 0,05 мм. Несоблюдение этого требования приводит к несплавлению кромок, для устранения которого требуется повышать сварочный ток и соответственно увеличивать объем расплавленного металла. Последнее неблагоприятно сказывается на качестве соединений. Несовпадение кромок по торцу имеет не столь существенное значение. В этом случае допускается превышение сильфона над стенкой на величину 0,2 мм.

При сварке сильфонных узлов больших диаметров (более 72 мм) необходима предварительная прихватка кромок для предупреждения возникновения чрезмерных зазоров при нагреве элемеьгоь сильфона в процессе сварки. Прихватку производят непосредственно перед сваркой на рабочих режимах с шагом не более 50 мм. Опытами установлена возможность получения качественных соединений в относительно широком диапазоне режимов сварки: /св~6^9 А;

t;c„ = 8 12 м/ч. В качестве плазмообразующего газа приме

няют аргон, в качестве защитного — гелий или аргоноводородную смесь с 7% водорода. Сравнение микроплазменного и аргонодугового способов сварки показывает, что без снижения качества швов микроплазменная сварка позволяет применять более низкую погонную энергию дуги (в 2 раза ниже, чем при аргонодуговой сварке). Уменьшение погонной энергии благоприятно сказываемся на точности изготовления сильфонного узла и его работоспособности в целом.

Для разработки технологии микроплазменной сварки сильфонов со штуцерами проведены опыты по сварке сильфонов 15X0,12 и 18x0,12 к штуцерам, толщина стенки которых составляла 2—4 мм. Большое различие в толщинах соединяемых деталей и, следовательно, в теплоотводе в процессе сварки

Пол готов ка кромок под сварку сильфона со штуцером (а) и фланцем (б).

Технология микроплазменной приварки сильфонов к фланцам и заглушкам одинакова. Применение микроплазменной сварки позволяет упростить конструкцию соединений, отказаться от дополнительных теплозащитных колец и существенно снижает тепловложение в околошовную зону. Как показали замеры, температура нагрева рабочей части сильфона в процессе сварки при таком типе соединения не превышает 80° С. Узлы сильфонов, выполненных микроплазменной сваркой, прошли успешное испытание на прочность и герметичность. Разрушение образцов при испытаниях на растяжение во всех случаях происходило по основному металлу при ов> 50 кге/мм2,

Сварка сильфонных компенсаторов

Создание сильфонного компенсатора процесс технически и технологически сложный. Изделие собирается из различных деталей, которые свариваются между собой в единое целое. От качества сварки зависит качество изделия, как бы это банально не звучало.

Устройство компенсатора

Сильфон. Главный рабочий узел системы – сильфон, именно он отвечает за работоспособность устройства, и именно к нему применяют самые сложные сварочные работы.
Патрубки. Чаще всего сильфонный компенсатор оснащен патрубками под приварку, которые позволяют надежно установить его на трубопроводе.
Фланцы. Если патрубки на компенсаторе не могут быть установлены в силу ряда причин (трудности монтажа, опасная рабочая среда), то используются фланцы, которые позволяют сделать разборное соединение. В редких, очень редких случаях применяются соединительные муфты.
Внутренний экран. Для обеспечения защиты сильфона от рабочей среды, внутри компенсатора может быть установлен защитный экран.
Внешний кожух. Чтобы обезопасить сильфон снаружи применяют специальный кожух, который наваривается на готовый компенсатор.
Остальные детали. Так же сильфонный компенсатор в зависимости от конструкции может иметь направляющие, опоры, кардан, изоляцию.

При изготовлении компенсаторов в основном используются многослойные сильфоны - это гофрированная часть, состоящая из нескольких листов стали, сваренных между собой. Стальные листы сначала сформованы в нужную форму, а затем проварены между собой точечной сваркой, поэтому они образуют единое целое. Многослойность помогает увеличить прочностные характеристики и компенсирующую способность будущего изделия, добиться необходимого запаса хода. Однослойный сильфоны используются крайне редко, поскольку их срок эксплуатации сильно ограничен. Однако в продаже можно встретить и такие компенсаторы.

Самая главная сварка сильфонных компенсаторов проходит на этапе соединения сильфона с патрубками. Поскольку сильфон – гибкий элемент, а патрубки жесткие и прочные, то здесь нужно выполнять очень качественную работу по созданию стыковочного шва. Собственно по качеству этого шва можно судить о достоинствах самого изделия. Если работы были проведены не достаточно качественно, то во время эксплуатации устройства на трубопроводе в этом месте будут появляться трещины.

Недооценка работ по сварке компенсатора в местах соединения сильфона с патрубком может привести к плохим последствиям из-за нарушения герметичности всей системы трубопровода. В связи с этим, было разработано большое количество вариантов надежного сварного соединения, а так же значительно усилены требования к сварке.

Сварочные швы

Для редких компенсаторов с однослойным сильфоном, чтобы соединить его с патрубками, применяется самая простая сварка. Она проиллюстрирована на рисунке под литерой А. Такой вид сварного шва достаточно надежен, при этом его выполнить не так сложно. Надежность соединения обеспечивается отсутствием изгибающего момента, который появляется при изгибе сильфона, а так же при его стандартной работе по сжатию и растяжению. Изгибающий момент устраняет цилиндрическая проточка краев.

Однако в таком сварном соединение есть и существенный недостаток - зазор между прямым участком сильфона и патрубком. При работе на трубопроводе в этот зазор постоянно попадает рабочая среда, усиливая коррозию в месте крепления. Чтобы максимально герметизировать этот зазор изнутри на патрубок добавляют угловой шов.

Отметим такой факт - чтобы получить качественное сварочное соединение, важна не только сама сварка шва, но и точность соединения деталей при сборке. Максимальные допуски при соединении деталей сильфонных компенсаторов методом сварки варьируются в пределах всего пары миллиметров. Чтобы получить такие параметры, все детали калибруют и протачивают, придавая нужную форму. Сварочный шов с применением проточки и калибровки можно посмотреть на рисунке под литерой Б.

Вариант сварочного шва бод литерой В рекомендован для однослойных сильфонов, у которых края гофр представлены в виде полутора.

Сварной шов многослойного сильфона представлен на рисунке под буквой Г. При соединении сильфона с патрубком используются дополнительные кольца, которые устанавливаются на края гофрированной части. Кольца производятся с высокой точностью в размерах, поэтому они идеально подходят, и как бы натягиваются на сильфон, при этом надежно сжимая все слоя воедино.

Вариант Д показывает как сваривают патрубки с сильфоном, у которого гофры выполнены в Q-образной форме. В этом случае используют кольцо, которое укрепляют упорами, расположенными по периметру. Последний вариант сварки Е показывает как приваривают фланцы. Для этого на сильфоне отбортовывают кромки.

Наиболее характерная сварка сильфона получается, когда он вставляется в патрубок и проваривается по кругу. Такое соединение дает ему возможность работать по прямому назначению без препятствий, появляется надежность и прочность.

Недостаток такого соединения выявляется при движении носителя по трубопроводу. Поскольку соединение не прямолинейное, то об патрубок сильфона, находящегося внутри металлического патрубка, будет стопорить часть носителя, тем самым, разрушая сварку.

Для уменьшения этого зазора, или сведения его к минимуму стачивают часть патрубка, как бы заостряя его, тоже самое выполняют и с краем патрубка сильфона с противоположной стороны.При аккуратном точечном сведении элементов и сварке компенсатора, может получиться практически ровное соединение. Этот метод соединения сильфона и патрубка считается самым популярным, но не единственным. Каждый завод производитель сильфонной продукции применяет свой метод сварки компенсаторов, и старается его особо не афишировать.

Отметим, что вопрос с зазором многие производители решают путем установки внутреннего экрана на компенсатора, который не только защищает сильфон, но и не влияет на прохождение теплоносителя. Дополнительно экран не дает появляться вихревым потокам, как было бы, если бы рабочая среда прошла через гофру компенсатора.

Качество сильфонных компенсаторов во многом зависит от профессионального подхода к сварке швов в стыке сильфона с патрубками, именно на этом участке необходимо добиться максимальной герметичности и прочности соединения.

Лазерная сварка сильфонов

Сильфоны применяются для компенсации температурного расширения трубопроводов, предотвращения разрушения труб при их деформации, изолирования вибрационных нагрузок от работающего оборудования. Изготовляют сильфоны из полутомпака или коррозионостойких сталей.

Соединение сильфона с сопрягаемыми деталями осуществляется пайкой либо сваркой. Наиболее надежным и качественным способом всегда считалась электронно-лучевая сварка (ЭЛС), обеспечивающая высокую вакуумную плотность сварного шва. Однако, при всей своей привлекательности, ЭЛС имеет один существенный (для современных реалий) недостаток — низкая производительность. Это связано с необходимостью получения в рабочей камере давления ≈ 10 -5 Торр.

Лазерная сварка лишена этих проблем. Она отличается высокой производительностью, низкой трудоемкостью, гибкостью процесса ( возможность быстрой перенастройки на другие режимы).

По достижимым отношениям «глубина-ширина» шва конкурирует с ЭЛС. Надежная защита сварного шва о беспечивается инертными газами.

Ранее, для реализации лазерной сварки использовались твердотельные или мощные СО2-лазеры. Основной недостаток такого оборудования — низкий КПД лазеров ( а у СО2-генераторов еще и высокий коэффициент отражения излучения металлами), что обуславливало высокую себестоимость единицы продукции.

Ситуация изменилась с появлением нового поколения лазерных излучателей — волоконных. Их преимуществами, по сравнению с газоразрядными и обычными твердотельными лазерами, являются более высокий КПД (до 30 %), компактность конструкции, высокое качество излучения, возможность реализации принципа дистанционного наведения.

Работы по сварке сильфона с датчиком давления проводились на лазерной технологической установке созданной в ООО СП Лазертех. Источником лазерного излучения служил волоконный лазер ЛС-2 (производства ИРЭ-Полюс, г. Фрязино) — максимальная мощность 2 кВт.

ВНЕШНИЙ ВИД ДАТЧИКА

При лазерной сварке, впрочем, как и в случае ЭЛС, необходимо обеспечить точность сборки элементов. Сборка должна давать возможность тщательной подгонки кромок по всей длине шва. Это оказывает существенное влияние на надежность и качество сварных соединений.

Поверхность металла в зоне сварки должна быть очищена от загрязнений и влаги.
Скорость сварки составляла 3м/мин. Для защиты лицевой поверхности шва использовался аргон.

Применение лазерной сварки позволило получить качественный герметичный шов и высокие механические свойства сварного соединения.

Ознакомиться с подобными работами ООО СП Лазертех можно на странице «лазерная сварка». Подробная информация о сварке сталей разных классов СО₂-лазерами и свойствах сварных соединений изложена в статье Игнатова А.Г.

Необходимый уровень безопасности на предприятии

СВАРКА

БЫСТРО, КАЧЕСТВЕННО, НАДЁЖНО, ОТВЕТСТВЕННО!

ВАКАНСИИ

Продается лазерный технологический комплекс для резки с новым волоконным лазером на базе станка фирмы ТРУМПФ (г.Санкт-Петербург). Мощность лазера по желанию покупателя. Запуск, обучение, гарантия.
Стоимость от 130000 Евро.

ООО «СП»Лазертех» предлагает
новый вид услуг – модернизация лазерных комплексов для резки фирмы ТРУМПФ с заменой СО2-лазера на новые волоконные лазеры с гарантией 3 года.

Сертификаты — на предприятии, в соответствии с федеральным законом N 426-ФЗ, проведена система мероприятий по оценке вредных и опасных производственных факторов влияющих на работника.

Сильфоны

Сварные многослойные металлические сильфоны предназначены для работы в качестве разделителей сред, уплотнительных и компенсирующих элементов, измерительных чувствительных элементов, а также элементов силового узла.

Сильфон – цельнометаллический гофрированный элемент особо высокой надежности, который обладает хорошей прочностью и абсолютной герметичностью, и способен многократно сжиматься, растягиваться скручиваться, сдвигаться в определенном диапазоне. (Слово заимствовано из английского языка.)

Именно сильфоны, сильфонные уплотнения обеспечивают абсолютную герметичность рабочей зоны по отношению к окружающей среде, не допуская протечек и выбросов транспортируемого продукта в атмосферу.

В условиях работы вредных производств атомной, химической, нефтегазоперерабатывающей и других отраслей промышленности сильфонные уплотнения гарантируют биологическую защиту обслуживающего персонала и окружающей среды от воздействия активных и вредных продуктов в достаточно широком диапазоне эксплуатационных параметров.

Тонкости изготовления

Однослойные сильфоны могут быть бесшовные или иметь сварной шов, в зависимости из какой заготовки они были сделаны. Если используется лист стали, который сворачивается, сваривается и формуется, то сварной шов будет, если же за основу берут тонкостенную трубу, следов сварки не будет. Считается, что бесшовные сильфоны проигрывают по своим характеристикам сварным. В качестве преимуществ сильфонов из металлической ленты обозначают следующие:

более высокая чувствительность, важный параметр для работы сильфонов в датчиках давления и уровня жидкости;
жесткость материала в разных точках изделия разнится меньше, чем в бесшовном варианте;
разнотолщинность материала также меньше, что увеличивает запас хода изделия и как следствие срок службы;
одинаковая толщина материала в разных точках позволяет меньше бояться коррозии в уязвимых местах изделия;
более однородные свойства всего сильфона, что позволяет правильно работать устройству.

Для изготовления однослойного сильфона нужна одна цилиндрическая обечайка. Различают однослойные сильфоны и многослойные сильфоны. Если требуется изготовить многослойный сильфон, то несколько обечаек соединяют между собой, причем стараются разнести сварные швы как можно дальше друг от друга. В зависимости от технологии конкретного завода производителя и нормативной документации по которой собирают сильфоны, сварные швы каждого слоя устанавливают в пределах определенных значений, например, друг напротив друга или на расстоянии в несколько градусов.

Технологий формования сильфона несколько, он может быть изготовлен следующими способами:

Гидравлический метод предполагает выдавливание формы посредством пресса, который сделан в виде нужной формы. Достаточно одного подхода, чтобы получить готовое изделие.
Механический вариант с применением пуансона производит один гофрированный элемент за несколько сработок системы, после чего гофры калибруются специальными роликами.
Для формовки сильфоном также применяются эластомеры, которые изготавливают необходимый элемент за один подход.

Сильфоны небольших диаметров чаще всего производят с помощью гидравлического способа или эластомеров. Такие подходы позволяют значительно ускорить технологический процесс производства готовых изделий. Для производства гофрированных элементов больших диаметров в большей степени применяют механический метод.

Сильфоны могут дополнительно иметь концевые детали (втулки, кольца).

В приборостроении применяются мембранные сварные сильфоны, которые изготавливаются из металлических колец. Эти кольца свариваются по диаметру, сначала по наружному, затем по внутреннему. Большое количество сварных швов на изделии является его большим недостатком, поскольку при изготовлении подобных устройств требуется усиленный контроль за их качеством (При этом рентген-контроль сварочных швов не провести). К тому же обилие сварки снижает коррозионную стойкость мембранного сильфона. Применять на опасных трубопроводах такие сильфоны не рекомендуется.

После и во время изготовления все сильфоны подвергаются тщательному контролю:

Сначала проверяются материалы, из которых изготавливают изделие.
Затем производится проверка поверхности.
Конструкция и размеры готовых изделий должны четко соответствовать стандартам.
Измеряется параметр жесткости сильфона, его прочности, герметичности.
Оценивается соответствие назначенному ресурсу работы, вероятность эксплуатации на всем сроке без поломок.

Где применяются

Металлический гофрированный элемент, а именно так выглядит сильфон, активно используется при изготовлении трубопроводной арматуры. Можно выделить несколько основных направлений применения сильфонов:

Компенсирующий элемент в специальных устройствах - сильфонных компенсаторах. Гибкий металлический элемент может совершать линейные, сдвиговые, угловые смещения, таким образом он компенсирует температурные изменения системы, стабилизирует ее преобразовывая давление в усилие, устраняет вибрации от движущейся среды и работы оборудования.
Уплотнительный элемент и способ разделения сред в запорных и регулирующих клапанах, гидравлических приводах.
Измерительный чувствительный элемент в различного вида датчиках. Сильфон позволяет измерять и контролировать, а при желании регулировать давление в системе, уровень жидкости.

Важным фактором использования подобных изделий является то, что металлическое изделие может работать с самыми разными средами:

жидкой - вода, масло, агрессивные и не агрессивные составы, нефтепродукты, коррозионные среды к которым материал гофрированной части стоек;
газообразной - воздух, пар, азот, конденсат, инертный газ.

Сильфоны изготавливаются из нержавеющей стали, при этом если есть необходимость, можно использовать самые разные сплавы металлов.

Купить сильфоны можно у непосредственных производителей, для этого не потребуется каких-либо особенных навыков, достаточно просто заказать нужные изделия.

Российское промышленное предприятие "Стандарт" г. Санкт-Петербург разрабатывает и производит сильфонные компенсаторы из нержавеющей стали

Стартовые сильфонные компенсаторы (ССК) применяются в трубопроводных системах наряду с остальными компенсаторами, они используются

Методы изготовления металлических сильфонов

Наиболее общие используемые методы изготовления сильфонов. Только бесшовные трубы или трубы с продольным сварным швом допускаются для использования этих методов изготовления.

Эластомерное формирование

Труба вставлена в сердечник, содержащий резиновый цилиндр. Осевая сила, действующая на сердечник, растягивает резиновый цилиндр, формируя выпуклости в трубе. После этого с резинового цилиндра снимается нагрузка, а выпуклость сжимают в осевом направлении внешней силой, формируя гофру. Гофры формируются по одной. Труба укорачивается по мере формирования гофр.

Расширение (Метод растягивания сердечника)

Отдельные гофры формируются в трубе путем растяжения внутреннего сердечника. Плоскость частично минимизирует расширение, труба должна немного поворачиваться. Процесс повторяют пока не достигнута необходимая высота гофры. Каждая гофра позже выравнивается в размерах посредством специальных внутренних и внешних роликов.

Гидравлическое формирование

Труба расположена в гидравлическом прессе или сильфонной машине. Окружающие внешние неподвижные кольца расположены вне трубы в продольном направлении с интервалами приблизительно равными длине готовой гофры. Труба заполняется веществом, например, водой, а давление поднимается до точки текучести. Операция по формированию продолжается с одновременной периферической текучестью и контролируется продольным укорачиванием трубы, пока не достигается нужная конфигурация. Эти методом можно изготавливать одну или сразу несколько гофр. В зависимости от конфигурации сильфона, могут потребоваться некоторые промежуточные шаги, например – тепловая обработка. Разгруженные сильфоны могут быть изготовлены при использовании разгрузочных колец как часть неподвижных пластин. По окончании, когда неподвижные пластины убирают, кольца становятся интегрированной частью сильфона.

Пневматическое формирование

Этот метод идентичен эластомерному формированию за исключением формирования первоначальной выпуклости путем сдавливания резины «внутренней трубы».

Сворачивание гофрированного листа

Плоский лист механически гофрируется либо прессованием либо валиками для получения прямых секций. Этот предварительно сформированный лист сворачивается в трубу. Сильфон получается при продольном сваривании краев листа друг с другом.

Формирование валиками

Труба расположена в сильфонной машине и одна или несколько гофр формируются посредством давления валиком. Обычно валики располагаются по обеим сторонам трубы, внутри и снаружи. Труба может вращаться относительно валиков, либо может быть неподвижна, а валики формируют сильфон своим вращением. На рисунке показан первый вариант.

Свернутое кольцо

Из плоского листа делают отдельную гофру и затем сворачивают ее в кольцо. Края кольца сваривают поперек гофры. Если необходим сильфон с более чем одной гофрой, изготавливают нужное число колец, которые сваривают между собой.

Формирование прессованием

Из плоского листа формируют гофру, используя неподвижный пресс. Этот метод используется прежде всего для производства прямоугольных сильфонов. Используя этотм метод можно получить разные профили гофры. Чаще всего используются U и V-образные профили. Возможность материала и метода ограничивают длину профиля. Большая длина может быть получена свариванием нескольких профилей вместе.

Комбинированный метод

Некоторые методы, описанные в предыдущих параграфах, могут быть скомбинированы. Одна процедура для формирования тороидального сильфона комбинирует два метода. Например, формируют гофру методом растяжения и высотой больше, чем расчетная высота. Затем, гофру располагают между кольцами формы, как при гидравлическом формировании. Кольца сжимают и гидравлическим методом формируют тороид как показано на рисунке.

Читайте также: