Инструкция на сборку и сварку труб с внутренним антикоррозионным покрытием
Обновлено: 07.07.2024
Сварное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием
Техническое решение относится к сварному неразъемному соединению труб, а именно к соединению труб с антикоррозионным внутренним покрытием для транспортировки химически активных жидкостей. Сварное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием, включающее соединенные сваркой встык трубы с антикоррозионным покрытием, которое удалено от торцов труб, и размещенную в них под стыком втулку, защищающую от коррозии стык труб, имеющую снаружи посередине длины между фиксаторами жаропрочную композицию, причем симметрично по краям снаружи выполнены кольцевые полости, заполняемые герметиком. Фиксаторы выполнены с возможностью взаимодействия с торцами антикоррозионного покрытия труб. Втулка выполнена из износостойкого материала с раструбами по концам, покрытого снаружи антикоррозионным покрытием, аналогичным внутреннему покрытию труб, которое удалено от торцов труб на расстояние термического разрушения антикоррозионного покрытия. Кольцевые полости по концам втулки образованы раструбами и фиксаторами жаропрочной композиции, которые выполнены в виде шайб на торцах жаропрочной композиции или самих торцов жаропрочной композиции. Герметик изготовлен в виде клея-расплава, выполненного с возможностью герметичного соединения с антикоррозионными покрытиями труб и втулки под действием температуры плавления. Предлагаемое сварное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием надежно, герметично и не боится изменений давления и температуры и перекачки жидкости с твердыми абразивными включениями. 1 н.п, 1 ил. на 1 л.
Техническое решение относится к сварному неразъемному соединению труб, а именно к соединению труб с антикоррозионным внутренним покрытием для транспортировки химически активных жидкостей.
Известен Кольцевой сборник сварного гранта (патент ПМ РФ 71915, B23C 37/00, опубл. 27.03.2008) узла сварного соединения трубопровода, содержащий металлические трубы с нанесенным на их внутреннюю поверхность защитным покрытием и втулку, покрытую 1-2 мм слоем изоляционного антикоррозионного покрытия и размещенную внутри труб, при этом сварное соединение узла выполнено ручной и/или автоматической сваркой с получением сварного шва, площадь которого превышает площадь нормального сечения труб, а узел имеет кольцевые элементы, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения, термоизоляционный материал, герметизирующий материал, кольцевой упор или как минимум три упора, равноразмещенных в радиальной плоскости, служащие для установки центров масс, размещенная внутри труб втулка выполнена с цилиндрическим участком и сопряженными с ним развальцованными и/или механически обработанными лезвийным инструментом, коническими участками и размещена внутри труб таким образом, что кромки труб контактируют с кольцевым упором или упорами, защитное покрытие на внутренней поверхности труб нанесено на расстоянии от их торцов с образованием в зоне нанесения термоненагруженной зоны, кольцевой упор или упоры размещены на половине длины втулки и жестко зафиксированы на ее внешней поверхности, на внутренней поверхности цилиндрического и сопряженных с ним конических участков втулки нанесено защитное покрытие, кольцевые элементы жестко закреплены на внешней поверхности цилиндрического участка втулки, равно смещены от его торцов и установлены оппозитно друг другу, кольцевые неармированные и/или армированные резиновые уплотнения размещены на внешней поверхности втулки между нанесенным на внутреннюю поверхность труб защитным покрытием, торцами кольцевых элементов и коническими участками втулки и плотно контактируют с ними, термоизоляционный материал жестко закреплен на внешней поверхности цилиндрического участка втулки между торцами кольцевых элементов, герметизирующий материал нанесен на внешнюю поверхность упомянутых конических участков втулки.
Известен так же узел сварного соединения трубопровода (патент ПМ РФ 89656, F16L 13/02, опубл. 10.12.2009), содержащий свариваемые трубы с внутренним полимерным покрытием и устанавливаемую в них втулку также с внутренним полимерным покрытием, на наружной поверхности которой расположены эластичные уплотняющие манжеты и центрирующее кольцо, при этом втулка выполнена с центральной кольцевой проточкой, в которой расположена термоизоляционная прокладка, и двумя кольцевыми проточками, выполненными по разные стороны от центральной кольцевой проточки и предназначенными для установки в них эластичных уплотняющих манжет, при этом на центрирующем кольце выполнен кольцевой выступ, к которому подведены торцы свариваемых труб, центрирующее кольцо выполнено разрезным по образующей и установлено поверх термоизоляционной прокладки.
Наиболее близким к предлагаемому является неразъемное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием (патент РФ 2395029, F16L 13/02, опубл. 20.07.2010), включающее соединенные сваркой встык трубы с антикоррозионным покрытием, которое удалено от торцов труб на расстояние термического воздействия сварки, и размещенную в них под стыком втулку из композитного материала, имеющую посередине длины наружную центральную кольцевую канавку с жаропрочной композицией и фиксаторы, причем симметрично от центрального кольца канавки выполнены канавки, заполняемые герметиком, отличающееся тем, что втулка выполнена из термопластичного материала с высокой адгезией к материалу труб, фиксаторы выполнены в виде цилиндрических выступов втулки, размещенных симметрично с двух концов между кольцевой канавкой и канавками, причем жаропрочной композицией заполнено все пространство между трубами, кольцевой канавкой и фиксаторами, которые выполнены с возможностью взаимодействия наружными торцами с торцами антикоррозионного покрытия, а наружной поверхностью - с внутренней поверхностью соответствующих труб с адгезией к ним под температурным воздействием сварки.
Недостатками данного неразъемного соединения являются низкая надежность соединения антикоррозионного покрытия труб и втулки низкотемпературными герметиками, и невозможность использования такого соединении при наличии в перекачиваемой жидкости твердого абразива, потому что втулка из относительно мягкого термопластичного материала находится в зоне сужения и на его торцовые области постоянно действует абразив, который быстро истирает материал втулки, которая также имеет различные коэффициенты термического и механического расширения относительно материала трубы, что приводит к быстрому выходу из строя места соединения фиксаторов втулки и внутренней поверхности трубы, значительно снижая надежность антикоррозионной защиты стыков труб.
Технической задачей предложенного технического решения является создание надежного и герметичного соединения стыков труб, не боящегося изменения температур и давления, с расширенными функциональными возможностями за счет получения единого антикоррозионного покрытия защищенного изнутри втулкой из износостойкого материала.
Техническая задача решается сварным соединением труб с внутренним антикоррозионным покрытием, включающим соединенные сваркой встык трубы с антикоррозионным покрытием, которое удалено от торцов труб, и размещенную в них под стыком втулку, защищающую от коррозии стык труб, имеющую снаружи посередине длины между фиксаторами жаропрочную композицию, причем симметрично по краям снаружи выполнены кольцевые полости, заполняемые герметиком, причем фиксаторы выполнены с возможностью взаимодействия с торцами антикоррозионного покрытия труб.
Новым является то, что втулка выполнена из износостойкого материала с раструбами по концам, покрытого снаружи антикоррозионным покрытием, аналогичным внутреннему покрытию труб, которое удалено от торцов труб на расстояние термического разрушения антикоррозионного покрытия, при этом кольцевые полости по концам втулки образованы раструбами и фиксаторами жаропрочной композиции, которые выполнены в виде шайб на торцах жаропрочной композиции или самих торцов жаропрочной композиции, а герметик - в виде клея-расплава, выполненного с возможностью герметичного соединения с антикоррозионными покрытиями труб и втулки под действием температуры плавления.
Новым является так же то, что в качестве износостойкого материала втулки может быть применена высокоуглеродистая или нержавеющая сталь или композитный материал.
На чертеже изображена схема стыка труб с продольным разрезом.
Исходя из выявленных параметров изготавливается внутренняя втулка 7, состоящая из патрубка 8, изготавливаемого из износостойкого материала, покрытого снаружи антикоррозионным покрытием 9, аналогичным внутреннему покрытию 2 труб 1. В качестве износостойкого материала втулки 7 может применяться высокоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь, черный металл, покрытый защитным слоем (защитная эмаль, порошковое напыление и т.п.), или композитный материал (твердый пластик, карбон и т.п.). Причем длину L патрубка 8 выбирают не менее удвоенной сумме длин L1 и L2 зон 4 и 5:
Предлагаемое сварное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием надежно, герметично и не боится изменений давления и температуры и перекачки жидкости с твердыми абразивными включениями.
Сварное соединение труб с внутренним антикоррозионным покрытием, включающее соединенные сваркой встык трубы с антикоррозионным покрытием, которое удалено от торцов труб, и размещенную в них под стыком втулку, защищающую от коррозии стык труб, имеющую снаружи посередине длины между фиксаторами жаропрочную композицию, причем симметрично по краям снаружи выполнены кольцевые полости, заполняемые герметиком, причем фиксаторы выполнены с возможностью взаимодействия с торцами антикоррозионного покрытия труб, отличающееся тем, что втулка выполнена из износостойкого материала с раструбами по концам, покрытого снаружи антикоррозионным покрытием, аналогичным внутреннему покрытию труб, которое удалено от торцов труб на расстояние термического разрушения антикоррозионного покрытия, при этом кольцевые полости по концам втулки образованы раструбами и фиксаторами жаропрочной композиции, которые выполнены в виде шайб на торцах жаропрочной композиции или самих торцов жаропрочной композиции, а герметик - в виде клея-расплава, выполненного с возможностью герметичного соединения с антикоррозионными покрытиями труб и втулки под действием температуры плавления.
Способ соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием
Использование: защита от коррозии сварных стыков трубопровода при строительстве и его ремонте. Сущность изобретения: перед соединением труб с внутренним антикоррозионным покрытием в их концы запрессовывают тонкостенные втулки из коррозионностойкого термостойкого металлического материала. Вначале производят сварку по облицовке, затем по материалу труб. Запрессовку осуществляют методом высокоскоростного пластического деформирования. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области предохранения труб от коррозии м и может быть использовано при изготовлении, монтаже и ремонте трубопроводов, предназначенных для транспортирования нефти, нефтепродуктов, газа, различных агрессивных сред, воды и т.д.
В настоящее время в связи с дефицитом металла и большой трудоемкостью монтажных работ большое распространение получает использование трубопроводов, внутренняя поверхность которых имеет защиту от коррозии.
В качестве защитных покрытий широко применяют лакокрасочные материалы, преимущественно на полимерной основе или стеклоэмали.
Применение таких покрытий позволяет довести срок службы трубопроводов до 15-20 лет вместо 2-3 лет даже при транспортировке по ним коррозионно-активных сред, содержащих сероводород, двуокись углерода, ионы хлора и т.д.
Однако до настоящего времени применение труб с внутренним антикоррозионным покрытием ограничивается в основном трубопроводами, в которых предусмотрены разъемные фланцевые соединения или резьбовые соединения с помощью муфт.
При строительстве же протяженных, промысловых и магистральных трубопроводов, где основным видом соединений является сварка, трубы с внутренним покрытием до настоящего времени применяются ограниченно.
Это вызвано тем, что при монтаже трубопроводов во время сварки значительная зона покрытия в зоне сварного шва разрушается (выпадает).
Для решения проблемы обеспечения сплошности антикоррозионной защиты поверхности трубопроводов сваренных из труб с термочувствительным покрытием например полимерным и используют различные способы.
Известен способ соединения двух металлических труб с внутренним антикоррозионным покрытием, предложенный французской фирмой "Батигнолез", в котором к каждой соединяемой трубе приваривают втулку из коррозионностойкого металла. Затем внутреннюю поверхность труб и частично внутреннюю поверхность втулок покрывают слоем полимерного защитного покрытия. Затем свободные конца втулок приваривают друг к другу. Длину втулок выбирают такой, при которой зона термического влияния от сварки исключает разрушение полимерного покрытия.
Известно изобретение голландской фирмы "Труст Хойдстермотчапий" "Способ соединения труб имеющих внутреннюю защитную облицовку". Это изобретение подобно описанному выше. Отличие состоит в том, что вместо втулок к концам труб приваривают соединительные кольца.
Оба эти решения обеспечивают противокоррозионную защиту всей внутренней поверхности трубопровода, включая зону сварки. Однако высокая себестоимость, которая определяется использованием в большом количестве дорогостоящего противокоррозионного материала (преимущественно это нержавеющие стали) для соединительных втулок и колец, а также снижением надежности соединения, из-за наличия дополнительных двух сварных швов в зоне стыка практически исключает широкое использование данных изобретений в промышленности.
Известно другое изобретение "Трубное соединение с внутренним покрытием и способ его осуществления". Это изобретение запатентовала французская фирма "Атохом" и получила патенты США, Франции и Европейского патентного ведомства (3, 4 и 5). Это изобретение предусматривает применение вместо соединительных втулок и колец, нанесение на концевые части внутренней поверхности труб покрытия, т.е. облицовку, например, путем наплавки металлического антикоррозионного материала толщиной 1-1,5 мм. Сварку стыка в соединении трубопровода выполняют в два этапа. На первом этапе выполняют корневой шов электродами из неокисляемого нержавеющего металла, сваривая оплавленный слой, а на втором этапе выполняют шов, сваривая металл трубы. По сравнению с предыдущими этот вариант защиты сварного шва является более экономичным в плане расхода дорогостоящей стали и позволяет уменьшить ее расход в 10-15 раз. Кроме этого, при таком варианте защиты повышается надежность соединения трубопровода за счет сокращения сварных швов до одного вместо трех.
Однако и этот вариант имеет серьезные недостатки, к основным из которых можно отнести следующие: Процесс наплавки является сложным, малопроизводительным процессом и для обеспечения его стабильности требуется соблюдение высоких требований к технологии, что не всегда удается сделать даже в условиях хорошо отлаженного серийного производства.
Это связано с тем, что наплавку приходится осуществлять на тяжелой, длинномерной со значительными геометрическими отклонениями и неравномерно вращающейся на рольгангах без жесткой фиксации трубы. В таких условиях очень трудно предотвратить перемешивание металла в расплавленной ванне, которое приводит к неоднородности наплавленного слоя с появлением в нем выплесков из компонентов основного металла трубы, а следовательно к утрате антикоррозионных свойств.
Даже применение дорогостоящих систем слежения не гарантирует стабильность процесса наплавки и, следовательно, не обеспечивает надлежащего качества и надежности.
Следует отметить, что для наплавки приходится применять такие температурные режимы, при которых возникают структурные изменения в материале трубы, приводящие к снижению механических и эксплуатационных характеристик, чтобы устранить эти нежелательные явления после наплавки необходимо провести термообработку трубы в зоне наплавки.
А так как осуществить такую термообработку на габаритной трубе сложно, то как правило такую обработку не производят, а это неизбежно приводит к снижению надежности соединения.
Другой недостаток способа - низкая производительность. Например, для наплавки покрытия на концы внутренней поверхности труб диаметром 114 мм и длиной 60-70 мм требуется не менее 20 мин машинного времени, а на два конца соответственно 40 мин. Задача осложняется тем, что операция наплавки должна вписываться в замкнутый цикл серийного производства, включающим большой комплекс операций в том числе наплавку, дробеструйную обработку внутренней поверхности, нанесение полимерного покрытия, термостатирование покрытия, сверху труб в плети и др.
Рабочий проект такого типового технологического комплекса нанесения защитных покрытий и сварки труб, разработан институтом ВНИИТнефть. В этом комплексе для обеспечения сбалансированности замкнутого автоматизированного цикла предусмотрены четыре установки для наплавки на внутренние поверхности концов труб, которые соответственно включают и четыре металлоемких рольганга с приводами для вращения труб. Этот комплекс демонстрировался на ряде выставок, в том числе на международной выставке "Нефтегаз 92". Следует отметить, что производительность в этом комплексе, по мнению авторов завышена. Чтобы обеспечить производительность до 400 км труб в год даже на трубах диаметром 114 мм, потребуется выпускать в час порядка 20 труб при односменной работе и 10 труб при двухсменной. Расчеты показывают, что даже при двухсменной работе потребуется не менее шести наплавочных установок. Для наплавки на трубы большего диаметра, например 325 или 426 мм и выше задача создания единого технологического цикла становится практически невыполнимой.
Наличие серьезных недостатков в способе защиты сварных стыков путем наплавки вынуждает специалистов, работающих в области антикоррозионной защиты, искать другие варианты. Однако попытка довести до промышленного освоения другие способы защиты сварного стыка, в которых бы сочетались приемлемые требования по эффективности и надежности защиты с производственными затратами до настоящего времени не удались. За последние годы созданы способы, которые принципиально отличаются от рассмотренных выше. Среди них, например, способ и устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности сварных стыков, cистема покрытия сварного соединения, способ защиты от коррозии зоны сварного соединения.
Положительным фактором в указанных способах является то, что они позволяют выполнить одно из важных условий при монтаже трубопроводов, а именно сохранить традиционные виды сварки. Однако высокая стоимость робототехнических комплексов для нанесения покрытия после выполнения сварки в одном случае и высокая стоимость выполнения работ по изготовлению раструбов на трубах и специальных ниппелей в другом, а также отсутствие гарантий надежности антикоррозионной защиты сдерживает их промышленное освоение, что касается протекторной защиты, то область ее применения ограничивается с одной стороны химическим составом транспортируемых сред, а с другой - отсутствие достоверных результатов практического применения.
Анализ показывает, что защита сварных стыков в соединении труб с внутренним покрытием, в котором используется наплавка остается пока наиболее приемлемым для промышленного освоения вариантам, хотя этот вариант и имеет существенные недостатки. Например, в объединении "Оренбургнефтеназ" уже действует производственный комплекс по покрытию труб, в котором на концы труб наплавляют коррозионностойкий материал. Подобные комплексы строятся в объединениях "Коминефть", "Варьеген нефть".
Исходя из сопоставительного анализа предлагаемого технического решения с выявленными аналогами можно сделать вывод о том, что по технической сущности и наибольшему количеству сводных признаков за прототип может быть принято изобретение на "Способ соединения", указанный в технических решениях.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков, присущих аналогам и прототипу.
Сущность изобретения заключается в том, что в нем, как и в известном способе, концы внутренней поверхности труб облицовывают термостойким и коррозионностойким металлическим материалом на длину, превышающую расстояние возможного термического вредного влияния на термочувствительное покрытие, затем поверхность труб, включая частично поверхность, облицованную термостойким материалом, покрывают термочувствительным, например, полимерным материалом, а соединение труб осуществляют сваркой стыка труб в два этапа, сначала осуществляют сварку стыка по термостойкой облицовке, а затем выполняют сварку стыка по основному металлу трубы. Отличие состоит в том, что концы внутренней поверхности труб облицовываются путем запрессовки в них тонкостенной втулки из термостойкого и коррозионностойкого металлического материала, при этом запрессовку осуществляют в режиме высокоскоростного пластического деформирования.
Другое отличие состоит в том, что запрессовку тонкостенной втулки в трубу в режиме высокоскоростного пластического деформирования осуществляют давлением импульсного магнитного поля. Отличие также состоит и в том, что при запрессовке производят отбортовку тонкостенной втулки на торец трубы, а затем подготавливают кромки трубы под сварку.
На фиг. 1 - 7 представлена технология получения соединения труб с внутренним покрытием, при которой запрессовку тонкостенной втулки из коррозионностойкого металлического материала осуществляют в режиме высокоскоростного пластического деформирования.
На фиг. 1 показано продольное сечение трубопровода с внутренним антикоррозионным покрытием, в котором зона сварного стыка труб имеет облицовку из термостойкого и коррозионностойкого металлического материала.
На фиг. 2 показано исходное положение трубы, тонкостенной втулки и инструмента (индуктора), подключенного к магнитно-импульсной установке перед запрессовкой втулки.
На фиг. 3 показано расположение трубы, тонкостенной втулки и инструмента после запрессовки.
На фиг. 4 показан вид трубы с запрессованной втулкой после подготовки кромок под сварку.
На фиг. 5 представлен вид трубы с запрессованной втулкой, подготовленными кромками под сварку и занесенным термочувствительным, например, полимерным покрытием.
На фиг. 6 показано положение соединяемых труб в стыке после сборки перед сваркой.
На фиг. 7 представлен вариант получения соединения труб с внутренним покрытием, при котором запрессовку втулки производят после нанесения термочувствительного, например, полимерного покрытия.
Способ осуществляется следующим образом.
Сначала зачищают концевые участки внутренней поверхности труб 1 и 2 и торцов, подлежащих облицовке, с запрессованными втулками 3 и 4. Затем внутрь одной из соединяемых труб вводят тонкостенную заготовку в виде втулки 5 (фиг. 2) и осуществляют ее запрессовку в режиме высокоскоростного пластического деформирования, например энергиями импульсного магнитного поля, электрогидроимпульса или взрыва. Повторяют операции с другой трубой. Затем после проведения операций по подготовке кромок под сварку и нанесения полимерного покрытия, трубы сваривают в трубопровод (фиг. 1).
Запрессовка в режиме высокоскоростного пластического деформирования позволяет получить не только необходимую величину натяга при запрессовке тонкостенной втулки в трубу, но и обеспечить плотность прилегания во всех точках сопрягаемых поверхностей втулки и трубы, т.е. проявляются свойства, характерные для высокоскоростной штамповки. Это особенно важно для обеспечения качественной сварки стыка при предлагаемом варианте соединения, т.к. неплотность прилегания втулки к трубе даже в небольшой локальной зоне приводит к прожогу втулки из-за нарушения теплоотвода.
По мнению авторов для запрессовки втулок в производственных условиях наиболее эффективно использование технологии с применением энергии импульсного магнитного поля, что объясняется спецификой процесса и рядом преимуществ по сравнению с процессами запрессовки взрывом или энергией импульсного электрического разряда в среде передающей давление (10).
Осуществление способа соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием, в котором для запрессовки используют энергию импульсного магнитного поля можно показать на следующем конкретном примере.
Если необходимо произвести соединение труб диаметром 114 мм по ГОСТ 8732-70 с толщиной стенки 6 мм, то в этом случае выполняют следующие приемы и операции.
Соединяемые трубы просушивают и производят зачистку внутренних поверхностей концов труб и торцов металлическими щетками, после этого производят обезжиривание зачищенных поверхностей. Затем вовнутрь трубы 1 вводят заготовку в виде втулки 5 размещенную на индукторе 6, подключенному к магнитно-импульсной установке 7 (фиг. 1).
При установке заготовки в трубу обеспечивают выступание заготовки за торец трубы на величину l для отбортовки. Материал заготовки втулки - нержавеющая сталь, толщина стенки - 1 мм.
Затем производят запрессовку и отбортовку втулки в трубку, которые можно осуществлять одновременно или последовательно.
Для выполнения операций отбортовки и запрессовки втулки в трубу батарею конденсаторов С магнитно-импульсной установки заряжают с помощью зарядного устройства ЗУ до заданного уровня напряжения, после чего батарею конденсаторов с помощью коммутатора P разряжают через индуктор 6. Протекающий по индуктору 6 импульсный ток генерирует вокруг него переменное магнитное поле, которое индуцирует ток в заготовке 5.
Под действием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия магнитного поля индуктора 6 с токами, индуцированными в кольцевой заготовке 5, последняя, деформируясь, запрессовывается в трубу (фиг. 3).
Следует отметить, что характерной особенностью для труб является низкая точность их изготовления. Например, трубы по ГОСТ 8732-76 обычной точности изготовления имеют предельные отклонения на геометрические размеры: по наружному диаметру - 1% по толщине стенки - 12,5% При таком поле допусков трубы диаметp 114 мм с толщиной стенки 7 мм, могут иметь отклонения внутреннего диаметра от номинального размера 3 мм.
Процесс магнитно-импульсной запрессовки обеспечивает необходимые параметры соударения при запрессовке втулки в трубу по всей площади сопрягаемых поверхностей вне зависимости от отклонений размеров внутренней полости трубы от номинала, и, как следствие, стабильность характеристик прессового соединения.
Отбортовку втулки на торец трубы в рассматриваемом примере производили одновременно в запрессовкой. Величина энергии разряда составила 10 кДж.
После запрессовки и отбортовки выполняли операцию механической обработки, т. е. подготавливают кромки трубы под сварку (фиг. 4). Эту операцию выполняют на труборезных станках или специальными фаскорезами. После этого внутреннюю поверхность трубы с запрессованными втулками подготавливают для нанесения полимерного покрытия, т. е. осуществляют дробеструйную или пескоструйную обработку, а затем наносят полимерное покрытие, например, типа П-ЭП -534 или П-7П-177 фиг. 5. При нанесении покрытия частично покрывают и облицованные запрессованной втулкой концы трубы. Если в рассматриваемом примере величина покрытия облицовки была принята 25 мм, то при длине облицованной части, равной 75 мм, тепловое влияние при сварке не будет отрицательно воздействовать на термочувствительное покрытие, из П-ЭП-594.
После этого готовые трубы с покрытием и облицованными концами собирают под сварку (фиг. 6) и затем сваривают (фиг. 1).
Сварку осуществляли в два этапа. На первом осуществляли сварку корневого шва аустенитными электродами типа ЦТ-28 или ПИАТ-5, затем обычными типа УОНИ-13/55. По мнению авторов, лучше производить сварку одними аустенитными электродами, так как затраты на электроды по сравнению со стоимостью трубы незначительны.
При проведении экспериментов и отработке технологии, точно установлено, что отбортовка втулки на торец трубы значительно улучшает условия сварки.
Это предопределено тем, что, как отмечалось выше, трубы имеют значительные отклонения на геометрические размеры и это не позволяет выполнить качественную сборку стыка и последующую сварку, т.к. толщина свариваемых элементов в корне шва, т.е. запрессованных втулок составляет от 1 до 1,5 мм, что соизмеримо или даже меньше по сравнению с допусками на диаметральные отклонения на трубы, определяемые ГОСТом. В разработанных технологиях, в которых для защиты концов труб используют наплавку (в прототипе) обычно предусматривают калибровку концов труб.
Однако в связи с тем, что выполнение трудоемкой операции калибровки на тяжелой длинномерной трубе связано с большими затратами, так как для ее выполнения требуется специальное оборудование и значительные энергозатраты, то как правило такую операцию не выполняют, что отрицательно сказывается на качестве сварки. Качество сварки ухудшается, т.к. на отдельных участках корневого шва может оказаться излишним примешивание черного металла трубы из-за несовпадения наплавленного слоя или слоя облицовочной втулки.
Наличие отбортовки на торце трубы в значительной степени устраняет этот недостаток и позволяет при сборке под сварку обеспечить стыковку труб по отбортовке, а следовательно, исключить лишнее примешивание черного металла при сварке корневого шва.
Металлографические исследования и механические испытания сварного шва подтвердили соответствие полученных характеристик установленным требованиям.
Следует отметить, что при сварке втулка вела себя как монолитный с трубой (наплавленный на трубу) материал, т.е. ее при сварке не коробило, она не отслаивалась и прожогов на ней не было обнаружено. Эти отрицательные факторы проявлялись при сварке, когда для облицовки использовались втулки из листового материала, устанавливаемые на концы трубы с натягом за счет пружинения цилиндрической разрезной заготовки. После установки такой заготовки в трубу производили ее приварку к трубе по торцам и по разрезанной образующей. Именно таким вариантом авторы пытались устранить один из главных недостатков наплавки - низкую производительность. Однако этот вариант оказался неприемлемым потому, что не удалось обеспечить технологию сварки стыка, исключающей прожог втулки. Впоследствии было установлено, что этот недостаток является следствием неплотного прилегания всей поверхности втулки к внутренней поверхности трубы из-за неравномерного натяга, а следовательно, и нарушения теплообвода, приводящего как отмечалось выше, к прожогам втулки.
Таким образом, предложенный способ соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием позволяет устранить недостатки, свойственные прототипу, т. е. с одной стороны обеспечить более высокие антикоррозионные свойства облицовочного слоя, а с другой - обеспечить высокую производительность.
Достижение более высоких антикоррозионных свойств в предлагаемом способе по сравнению с неоплавкой очевидны. Если при наплавке возможно нарушение антикоррозионных свойств наплавленного (облицовочного) слоя за счет возможного перемешивания металлов в расплавленной ванне, то применение втулок из коррозионностойкой стали (цельных или сварных) исключает возможность изменения их свойств после запрессовки. Кроме того, операция запрессовки втулок в режиме высокоскоростного пластического деформирования является быстротекущим процессом и практически не сопровождается выделением тепла, а следовательно не приводит к структурным изменениям в материале трубы, и снижению ее механических и эксплуатационных характеристик, для восстановления которых после наплавки требуется операция термообработки.
Проведенные авторами исследования и эксперименты подтверждают, что соединение, выполненное по предлагаемому способу, даже при самых неблагоприятных схемах нагружения отвечает необходимым требованиям. Статическая прочность сварных соединений обеспечивается на уровне основного металла труб. Ударная вязкость металла как по оси так и по границе сварных швов соответствует требованиям, регламентирующим правила проектирования и строительства магистральных трубопроводов.
Металл корня шва, выступающий на внутреннюю поверхность сварного стыка труб, имеет структуру и химический состав, обеспечивающий его коррозионную стойкость не менее, чем у металла облицовочной втулки.
Герметичность в соединении между втулкой и трубой после проведения температурных и динамических испытаний не нарушается.
1. Способ соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием, при котором концы внутренней поверхности труб облицовывают термостойким коррозионностойким металлическим материалом, затем внутреннюю поверхность труб, включая частично поверхность, облицованную термостойким материалом, покрывают термочувствительным, например, полимерным материалом, а соединение труб осуществляют в два этапа: сначала производят сварку стыка по облицовке, а затем выполняют сварку стыка по основному материалу, отличающийся тем, что концы внутренней поверхности труб облицовывают путем запрессовки тонкостенной втулки из коррозионностойкого термостойкого металлического материала, при этом запрессовку осуществляют в режиме высокоскоростного пластического деформирования, причем запрессовку втулки производят с ее отбортовкой на торец трубы или без отбортовки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запрессовку втулки в режиме высокоскоростного пластического деформирования осуществляют импульсным магнитным полем.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после запрессовки втулки осуществляют подготовку кромок под сварку.
Способ сварки труб из сталей с антикоррозионным покрытием в трубопровод
Изобретение относится к способам сборки и сварки неповоротных кольцевых стыков труб большого диаметра из сталей перлитного класса с антикоррозионным покрытием в трубопровод и может найти применение при строительстве магистральных газо- и нефтепроводов. Получение качественного сварного соединения и упрощение технологии сборки и сварки трубопровода достигается тем, что подготовку кромок под сварку производят по прямолинейной образующей с углом раскрытия 35-37 o по отношению к вертикальной оси. Выполнение корневого шва (3) производят ручной аргонодуговой сваркой по антикоррозионному слою (2) из сталей аустенитного класса с подачей аргона только с внешней стороны шва при сварочном токе 180-210 А. 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к способам сборки и сварки неповоротных кольцевых стыков труб большого диаметра из сталей перлитного класса с антикоррозионным покрытием в трубопровод в условиях строительства магистральных газо- и нефтепроводов. Оно может быть использовано в энергетическом, химическом и других отраслях машиностроения для сварки монтажных стыков трубопроводов.
Известны способы сварки плакированных материалов (см. "Конструктивные и технологические мероприятия при сварке плакированных материалов в химическом аппаратостроении", перевод с немецкого языка доклада Х.Цюрна и Е.Морах, представленного на конгресс по сварке, Мюнхен, ФРГ, 11-13 сентября 1971 г., стр. 12). В качестве методов сварки здесь в основном применима дуговая сварка металлическим плавящимся электродом в среде защитного газа.
Известен способ многослойной сварки неповоротных стыков труб, преимущественно с принудительным формированием шва (авт. св. N 1639931, МКИ В 23 К), при котором трубы собирают с технологическим зазором в стыке, осуществляют сварку с принудительным формированием снизу вверх.
Известен способ комбинированной сварки, при котором корневая часть шва выполняется аргонодуговой сваркой с защитой аргоном обратной стороны соединения в процессе выполнения двух первых слоев путем поддува газа к обратной стороне шва, а основная часть шва заваривается ручной дуговой сваркой покрытыми электродами ("Правила и нормы в атомной энергетике", "Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок", "Сварка и наплавка". Основные положения ПН АЭ Г-7-009-89). При подготовке деталей из двухслойных сталей под сварку плакирующий слой на участках, прилегающих к подлежащим сварке кромкам, должен быть удален.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ сварки, при котором подготовку кромок осуществляют механическим способом, а сборку стыка и комбинированную сварку стыка с выполнением корневого шва. Затем заваривают оставшееся сечение ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. (ГОСТ 16098 - 70, "Сварка, пайка и термическая резка металлов", М., "Издательство стандартов", 1976 г., ч.2, стр. 292).
При ручной дуговой сварке ширина зоны удаления плакирующего слоя должна составлять не менее 5 мм. При выполнении сварных соединений с удалением плакирующего слоя сначала проводят сварку основного слоя из стали перлитного класса, а затем сварку плакирующего слоя.
Недостатком указанных способов является то, что в этом случае производятся дополнительные операции по удалению части плакирующего слоя и восстановлению его после сварки монтажного стыка, что затруднительно в полевых условиях. Вследствие указанных дополнительных операций увеличивается время проведения сварки и, соответственно, стоимость выполнения работы за счет повышенного расхода сварочных материалов и трудозатрат на сварку и контроль. Кроме того, наплавка изнутри для восстановления коррозионностойкого слоя представляет большую сложность из-за ограниченности доступа к внутренней поверхности трубы, особенно небольших диаметров.
Задачей изобретения является упрощение процесса изготовления (сборки и сварки) трубопровода для транспортировки нефтесодержащей смеси, у которого вся поверхность обладала бы износостойкостью и коррозионной стойкостью по всей площади как изнутри, так и снаружи для трехслойной стали или изнутри для двухслойной стали. Композиция многослойной стали представляет из себя обычную углеродистую или низколегированную сталь с плакирующим слоем с одной или двух сторон из стали аустенитного класса. В этом случае рабочим слоем является внутренний плакирующий слой, по которому производится прочностной расчет трубы, а наружный плакирующий антикоррозионный слой предназначен для защиты трубопровода от воздействия внешней среды.
Это достигается тем, что для получения качественного сварного соединения монтажного стыка и упрощения технологии выполнения сварного шва подготовка кромок под сварку производится по прямолинейной образующей, имеющей угол раскрытия 35-37 o по отношению к вертикальной оси. Этот скос должен быть выполнен механическим методом. Сборку стыков с образованием сварочной разделки под сварку осуществляют без зазора с учетом стандартных требований по предельному смещению свариваемых кромок (1 мм).
Сварку монтажного шва производят комбинированным способом: выполняют корневой шов ручной аргонодуговой сваркой по внутреннему антикоррозионному слою и заваривают оставшееся сечение ручной дуговой сваркой покрытыми электродами.
С целью повышения качества сварных соединений в процессе сварки ручную аргонодуговую сварку корневого шва по внутреннему антикоррозионному слою из сталей аустенитного класса производят с подачей аргона (защитного газа) только с внешней стороны шва при сварочном токе в интервале 180-210А.
Предлагаемый способ поясняется следующими графическими материалами, где на фиг. 1 изображен вид стыкового соединения по предлагаемому способу под сварку и обозначено расположение сварочной горелки во время выполнения корневого валика. На фиг. 2 - стыковое сварное соединение после сварки.
Способ осуществляют следующим образом.
Собранный стык заваривают на полное сечение в следующей последовательности. Все валики выполняются с одной внешней стороны. Первый корневой валик 3 выполняют ручной аргонодуговой сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом 4 с переплавом антикоррозионного слоя 2 из стали аустенитного класса и основного металла 1 из стали перлитного класса с формированием провара с внутренней стороны трубы. В качестве присадочного материала применяется сварочная проволока марки 07Х25Н1З - позиция 6, при использовании которой получается наплавленный металл, обладающий антикоррозионными и антифрикционными свойствами.
Защита расплавленного металла сварочной ванны и соседних перегретых областей околошовной зоны осуществляется посредством обдува внешней стороны шва нейтральным газом - аргоном через керамическое сопло 5. Поддув с обратной стороны не используется, так как эффективность защиты зоны сварки гарантируется тем, что стык собирается без зазора, а воздействие внешней среды (атмосферы) на обратную сторону шва ограничено из-за замкнутости объема внутренней части трубы. Остальные валики 7 (см. фиг. 2) выполняются ручной дуговой сваркой (РДС) покрытыми электродами типа ЗИО-8 (07Х25Н13). При этом наплавленный металл совпадает по химическому составу с металлом первого валика. В результате весь шов будет обладать необходимыми свойствами.
Для получения качественного сварного соединения режим сварки выбирают со следующими параметрами: 1) При аргонодуговой сварке сварочный ток 180-210А, диаметр электрода 3 мм, расход аргона 10 л/мин.
2) При ручной дуговой сварке покрытыми электродами с диаметром электрода 4 мм сварочный ток 140 А.
Данный способ был опробован при отработке технологии сварки труб Ду-530 из металла трехслойной композиции: 08Х18Н10Т + 09Г2С + 08Х18Н10Т суммарной толщиной 10 мм.
Корневой валик по внутреннему плакирующему антикоррозионному слою выполнялся аргонодуговой сваркой проволокой Св-07Х25Н13 диаметром 3 мм при сварочном токе 200А и расходе аргона 10 л/мин, аргон высшего сорта по ГОСТ 10157-73. Поддув защитных газов обратной стороны шва не производился. Остальное (основное) сечение шва было заварено ручной дуговой сваркой покрытыми электродами ЗИО-8 диаметром 4 мм при сварочном токе 140А.
Последующий контроль просвечиванием после зачистки шва показал положительные результаты.
Комплекс механических свойств металла сварных соединений показал удовлетворительные результаты (см. Таблицу). Результаты испытаний на растяжение говорят о достаточном запасе прочности и пластичности, так как существенно превышают требуемый минимум по сертификатным данным для металла шва. Испытание металла на разрыв выявило, что разрушение происходило по основному металлу, что говорит о более высокой прочности сварного соединения по сравнению с основным металлом.
Способ сварки труб из сталей с антикоррозионным покрытием, включающий подготовку кромок механическим способом, сборку стыка и комбинированную сварку стыка с выполнением корневого шва и заваркой оставшегося сечения ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, отличающийся тем, что подготовку кромок под сварку производят по прямолинейной образующей с углом раскрытия 35 - 37 o по отношению к вертикальной оси, выполнение корневого шва производят ручной аргонодуговой сваркой по антикоррозионному слою из сталей аустенитного класса с подачей аргона только с внешней стороны шва при сварочном токе 180 - 210 А.
Читайте также: