Патент на изобретение №2300027

(54) СОЕДИНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ОДНОГО ДИАМЕТРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области общего машиностроения, вакуумной технике и может быть использовано для герметичного соединения цилиндрических деталей, работающих под давлением, в частности к производству тонкостенных сосудов давления. Соединение цилиндрических деталей одного диаметра, установленных соосно, включает соединительный элемент из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ). На соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца. На соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом для соединения с первым кольцом через паз. Соединительный элемент из материала с ЭПФ выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца. Толщина покрытия зависит от величины восстанавливаемой материалом с ЭПФ деформации и выбирается расчетным путем таким образом, чтобы после низкотемпературной обработки и обкатки толщина выступа с покрытием соответствовала ширине паза, а после нагрева покрытие полностью смогло восстановить свою первоначальную форму. Оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей могут быть закреплены электродуговой сваркой. Технический результат заключается в возможности соединять детали одного диаметра из материалов как с разными, так и с одинаковыми механическими свойствами, в снижении расхода дорогостоящего материала с ЭПФ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области общего машиностроения, вакуумной технике и может быть использовано для герметичного соединения цилиндрических деталей, работающих под давлением, в частности к производству тонкостенных сосудов давления.

В настоящее время известно герметичное соединение, которое осуществляется с помощью двух приваренных фланцев, стягиваемых болтами, а наличие уплотняющего устройства гарантирует герметичность (Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.3. 6-е изд., перераб и доп. – М.: Машиностроение, 1982. 576 с., ил.). Недостатком такого соединения является значительная масса фланцев и крепежных элементов, что может значительно увеличивать общий вес конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является изобретение, предназначенное для герметичного соединения цилиндрических деталей, а именно металлических деталей с керамическими в вакуумных магистралях, а также в магистралях с избыточным давлением (Патент №2232312, F16D 1/00. Соединение цилиндрических деталей, Попов Н.Н., Ларькин В.Ф., Севрюгин И.В., Кудрявцев А.В.). Соединение цилиндрических деталей, установленных соосно и выполненных из материалов с различными механическими свойствами, например керамики и стали, включает соединительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы (ЭПФ). Соединяемую деталь с более высоким значением модуля Юнга выполняют с меньшим диаметром по отношению к другой соединяемой детали и на нее устанавливают прокладку из пластичного металла с наружным диаметром, соответствующим наружному диаметру другой соединяемой детали, при этом соединительный элемент выполнен в виде муфты с уплотняющими поясками на внутренней поверхности. Недостаток этого устройства состоит в том, что соединяемая деталь должна иметь меньший диаметр и более высокий модуль Юнга, что не позволяет соединять детали одного диаметра и использовать для них одинаковый материал.

Задачей изобретения является создание герметичного соединения цилиндрических деталей одного диаметра из материалов как с разными, так и с одинаковыми механическими свойствами и выполнение соединительного элемента из материала с ЭПФ в виде покрытия, что существенно снижает расход дорогостоящего материала без снижения характеристик прочности и герметичности соединения.

Техническая задача решается предлагаемым соединением цилиндрических деталей, установленных соосно, включающим соединительный элемент из материала с ЭПФ. На соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца. На соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом для соединения с первым кольцом через паз. Соединительный элемент из материала с ЭПФ выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца. Толщина выступа второго кольца меньше ширины впадины первого кольца на толщину покрытия с учетом величины восстанавливаемой материалом с ЭПФ деформации. Оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей могут быть закреплены электродуговой сваркой.

На фиг.1 изображено соединение, состоящее из двух половинок соединяемых цилиндрических деталей, обозначенных на чертеже цифрами – 1 и 2 соответственно; кольца – 3 с пазом – 4 в стенке выступающей части кольца; кольца – 5 с выступом – 6; покрытия – 7 из материала с ЭПФ на обеих поверхностях выступа; сварных швов – 8 для крепления колец к цилиндрическим деталям.

Соединение работает следующим образом. В качестве соединяемых цилиндрических деталей 1 и 2 используются детали из сплава ХН78Т диаметром 100 мм и толщиной стенки 4 мм. Толщина выступа 6 составляет 2 мм, ширина паза 4 – 4 мм. При помощи электродуговой сварки на выступ 6 кольца 5 с обеих сторон наносится покрытие из материала с ЭПФ, например сплава ТН1к, с температурами превращений A_s=-39°C, A_f=-26°C, M_s=-45°C, M_f=-63°C и восстанавливаемой деформацией 6% (Материалы с эффектом памяти формы: Справ. изд. / Под ред. Лихачева В.А. – Т.2. – СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1998. – 374 с.). Толщина покрытия должна составлять разницу между шириной паза и толщиной выступа, равную 2 мм, плюс восстанавливаемая сплавом ТН1к деформация, равная 6%, или в абсолютном значении 0,12 мм. Таким образом, рассчитываемая толщина покрытия 7 составит 2,12 мм. Далее производится приварка центрирующих колец 3 и 5 к цилиндрическим деталям при помощи, например, электродуговой сварки. После этого производится охлаждение выступа 6 с покрытием 7 парами жидкого азота до температур ниже M_f=-63°C и прокатка роликом до получения размеров, соответствующих ширине паза 4, равной 4 мм. Заключительной операцией является совмещение выступа 6 с пазом 4 и нагрев до температур выше A_f=-26°C. Покрытие 7 полностью восстановит свою начальную толщину, равную 2,12 мм, создав при этом прочное и герметичное соединение. При необходимости разборки соединения достаточно его охладить до температур ниже M_f=-63°C.

Описанное соединение цилиндрических деталей является прочным и герметичным при температурах от -20 до 120°С. Контроль герметичности производился методом обдува гелием прибором ПТИ-7А с чувствительностью 10^-6 атм см³/с. Контроль прочности проводился методом избыточного давления масла при давлении 6 МПа.

Формула изобретения

1. Соединение цилиндрических деталей одного диаметра, установленных соосно, включающее соединительный элемент из материала с эффектом памяти формы, отличающееся тем, что на соединяемом конце одной детали закреплено кольцо с пазом в стенке выступающей части кольца, на соединяемом конце другой детали закреплено второе кольцо с выступом для соединения с первым кольцом через паз, а соединительный элемент из материала с эффектом памяти формы выполнен в виде покрытия, нанесенного на обе поверхности выступа второго кольца, причем толщина выступа второго кольца меньше ширины впадины первого кольца на толщину покрытия с учетом величины восстанавливаемой материалом с эффектом памяти формы деформации.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что оба кольца на соединяемых концах цилиндрических деталей закреплены электродуговой сваркой.

РИСУНКИ