ТРУБЧАТЫЙ ПЕРЕХОДНИК ТИТАН - СТАЛЬ

Полезная модель относится к области соединения труб из разнородных материалов, неподдающихся традиционным методам сварки плавлением, а более конкретно к конструкциям трубчатых переходников «титановый сплав - нержавеющая сталь».
В радиохимическом производстве существует необходимость изготовления оборудования, в частности растворителей, отдельных ступеней экстракторов, из титана и титановых сплавов, обвязка которых осуществляется трубами из коррозионностойкой стали 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т. Сварка плавлением титановых и стальных труб не обеспечивает получения качественного сварного шва вследствие образования в шве хрупких интерметаллических соединений и жидких эвтектик, поэтому актуальной задачей является создание простых и надежных трубчатых переходников «титан - коррозионностойкая сталь». Кроме того, при работе с хлорсодержащими растворами и экстрагентами, например гексахлорбутадиеном, в результате радиолиза в растворах будут образовываться ионы хлора, обладающие высоким коррозионным воздействием. Исходя из этого, трубчатые переходники должны обеспечивать стойкость против щелевой коррозии, возникающей при наличии ионов хлора.
Известен трубчатый переходник титан - нержавеющая сталь (патент на полезную модель №26991, МПК 7 B23K 9/00), выполненный в виде втулки из титанового сплава и втулки из нержавеющей стали, сваренных между собой диффузионной сваркой внахлестку с расположением втулки из нержавеющей стали снаружи втулки из титанового сплава и с образованием между ними диффузионной прослойки. Нахлесточное соединение выполнено по цилиндрическим поверхностям с механическим зацеплением между ними в виде чередующихся между собой кольцевых выступов и впадин резьбового профиля, при этом толщина диффузионной прослойки составляет не более 20 микрон.
В известном трубчатом переходнике обеспечивается прочность соединения в осевом направлении за счет механического зацепления втулок по цилиндрическим поверхностям с механическим зацеплением между ними в виде чередующихся между собой кольцевых выступов и впадин резьбового профиля
К недостаткам известного трубчатого переходника относится то, что уплотнение диффузионной сваркой, осуществляемое по цилиндрическим поверхностям резьбового профиля втулок, не обеспечивает гарантированного отсутствия зазора по торцам втулок. Наличие зазора даже в сотые доли миллиметра между торцами при передаче высокоактивных растворов приводит к их попаданию в зазор и возникновению в нем застойной зоны. Проводимые профилактические промывки трубопроводов не обеспечивают удаление высокоактивного раствора из такого зазора, в результате чего в зазоре, особенно при наличии ионов хлора в растворах, возникает щелевая коррозия, приводящая к выходу из строя переходника.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в исключении щелевой коррозии за счет исключения зазора между торцами титановой и стальной втулок.
Для достижения названного технического результата в известном трубчатом переходнике, содержащем титановую и стальную втулки, в стальной втулке выполнена проточка, в которую по посадке с натягом установлен участок титановой втулки с прилеганием его торца к торцу проточки также по посадке с натягом. Титановая втулка снабжена наружным буртом, на который установлена натяжная стальная втулка с внутренним буртом, взаимодействующим с наружным буртом титановой втулки, соединенная на сварке со стальной втулкой. Сварное соединение натяжной стальной втулки со стальной втулкой и его остывание осуществляются при приложении внешнего сжимающего усилия. Выполнение в стальной втулке проточки и установка в проточку по посадке с натягом участка титановой втулки позволяет получить на сопрягаемых цилиндрических поверхностях удельное давление, препятствующее смещению втулок относительно друг друга.
Установка в проточку участка титановой втулки с прилеганием их торцов и выполнение сопряжения между торцами титановой втулки и проточки в стальной втулке по посадке с натягом позволяет обеспечить плотное прилегание их торцов без зазора между ними и, тем самым, исключить возможность возникновения щелевой коррозии.
Снабжение титановой втулки наружным буртом, установка на наружный бурт натяжной стальной втулки с внутренним буртом, взаимодействующим с наружным буртом титановой втулки, и соединение на сварке натяжной стальной втулки со стальной втулкой позволяют получить постоянное, прижимающее друг к другу торцы титановой и стальной втулок, усилие за счет утяжки сварного шва. При остывании сварного шва натяжной стальной втулки со стальной втулкой происходит его уменьшение в размерах (утяжка), в результате чего внутренний бурт натяжной втулки воздействует на наружный бурт титановой втулки, обеспечивая постоянное дополнительное усилие, прижимающее торцы титановой втулки и проточки друг к другу, что способствует исключению зазора и сохранению натяга между ними. Выполнение сварного соединения натяжной стальной втулки со стальной втулкой и его остывание при приложении внешнего сжимающего усилия позволяют увеличить постоянное дополнительное усилие, прижимающее торцы титановой втулки и проточки друг к другу, что способствует сохранению натяга и исключению зазора и щелевой коррозии при передаче растворов с повышенной температурой по переходнику.
На приведенном чертеже изображен предлагаемый трубчатый переходник в разрезе.
Предлагаемый трубчатый переходник содержит титановую втулку 1 с наружным буртом 2, установленную участком 3 в проточку 4 стальной втулки 5, причем внутренний диаметр проточки 4 и наружный диаметр участка 3 выполнены с допусками, обеспечивающими в их сопряжении натяг, а торцы 6 и 7 титановой 1 и стальной 5 втулок прилегают друг к другу. На бурт 2 титановой втулки 1 установлена натяжная стальная втулка 8 с внутренним буртом 9, взаимодействующим с наружным буртом 2 титановой втулки 1. Для изготовления титановой втулки 1 используется титан марки ВТ-1-0, а для изготовления стальной 5 и натяжной 8 втулок - коррозионностойкая сталь марок 08Х18Н10Т или 12Х18Н10Т
Сборка предлагаемого переходника для обеспечения натягов в сопряжениях титановой 1 и стальной втулок 5 осуществляется следующим образом. Перед сборкой титановая втулка 1 охлаждается в жидком азоте и устанавливается в проточку 4. На бурт 2 устанавливается натяжная втулка 8 и к ее торцу 10 прикладывается внешнее сжимающее усилие P для создания натяга между торцами 6 и 7. Величина внешнего сжимающего усилия выбирается в зависимости от площади торцов 6 и 7 для создания удельного давления в сопряжении торцов 6 и 7, достаточного для смятия микронеровностей на торце 7 и обеспечения полного прилегания их поверхностей с натягом. При сохранении воздействия внешнего сжимающего усилия P на торец 10 натяжной стальной втулки 8, последняя сваривается со стальной втулкой 5, причем внешнее сжимающее усилие P снимается только после остывания сварного шва. В результате за счет утяжки сварного шва обеспечивается постоянное дополнительное усилие, прижимающее торцы 6 и 7 титановой втулки 1 и стальной втулки 5 друг к другу, что исключает появление зазора в процессе эксплуатации и возникновение щелевой коррозии.