PL230193B1 - Sposób łączenia rur wewnętrznie powlekanych powłoką z tworzywa, zwłaszcza z polietylenu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia rur wewnętrznie powlekanych powłoką z tworzywa, zwłaszcza z polietylenu, znajdujący zastosowanie w budowie rurociągów odpornych na korozję, szczególnie rurociągów wodnych w kopalniach głębinowych.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego PL 184494 B1 sposób łączenia rur powlekanych wewnętrznie z zastosowaniem spawania oraz elementu łączącego z tworzywa odpornego na korozję, od kształcą In eg o plastycznie. Zgodnie z tym sposobem w rurach stalowych, przeznaczonych do spawania końców czołowych, na odcinkach zbliżonych do końcówek wykonuje się wycięcia powłoki z tworzywa, po czym w tych wycięciach umieszcza się końcówkami element łączący i po dociśnięciu łączonych rur czołami do siebie wykonuje się spawanie końcówek stalowych rur. Środkowa część elementu łączącego ma większą grubość, niż odchodzące od niej w dwóch kierunkach końcówki, w związku z czym jest mniej narażona na odkształcenia pod wpływem ciepła wytwarzającego się w trakcie spawania. Dodatkowo ta środkowa, pierścieniowata część elementu łączącego może być wyposażona w nałożony obwodowo materiał izolujący termicznie. Element łączący może być wykonany z tworzywa termoplastycznego, przykładowo z polietylenu, ale również z materiału odpornego na korozję, przykładowo z mosiądzu lub stali nierdzewnej. Sposób według wynalazku zapewnia szczelne połączenie czołowe rur stalowych powlekanych wewnętrznie tworzywem, jednakże jego wykonanie wymaga pracochłonnego przygotowania łączonych rur, a także stosowania dodatkowego elementu łączącego, który dla każdej średnicy łączonych rur musi mieć inne wykonanie.

Podobny sposób łączenia rur wewnętrznie powlekanych wynika również z wynalazku niemieckiego DE 4130167 A1, gdzie łączenie dwóch rur realizowane jest za pomocą elementu łączącego, wyposażonego na końcach w zatrzaskowe złączki, wprowadzanego do wnętrza rur i zabezpieczanego obejmami zaciśniętymi na zewnętrznych powierzchniach łączonych rur, między końcami rur a zatrzaskowymi złączkami. W rozwiązaniu tym unika się robót spawalniczych, jednak jego niedogodnością jest konieczność wykonywania gniazd dla zatrzaskowych złączek elementu łączącego.

Znane jest również, na przykład z polskiego opisu patentowego PL 221485 B1, urządzenie do automatycznego, doczołowego spawania rur oraz sposób automatycznego, doczołowego spawania rur. Zgodnie z tymi wynalazkami spoina łącząca czołowe końce rur spawana jest dwiema głowicami spawalniczymi, z których jedna głowica wyprzedza postępującą za nią drugą głowicę o założoną odległość, ustalaną przykładowo przy wykorzystaniu pomiaru temperatury spoiny wykonanej przez pierwszą głowicę, wskazując na stopień wychłodzenia tej wykonanej przez pierwszą głowicę spoiny. Rozwiązanie to nie jest wykorzystywane do spawania rur stalowych powlekanych.

Znany jest ponadto, na przykład z polskiego opisu patentowego PL 215981 B1 sposób i urządzenie do ulepszania własności wewnętrznych powierzchni rurociągów wykonanych z materiałów termoplastycznych, zgodnie z którym najpierw wykonuje się połączenia spawane i zgrzewane, a następnie wewnętrzną warstwę z materiału termoplastycznego poddaje się działaniu promieniowania jonizującego. Obróbka promieniowaniem jonizującym podnosi odporność na ścieranie, odporność chemiczną i termiczną wewnętrznej powierzchni rurociągu już w trakcie budowy rurociągu. Sposób ten jest przydatny w szczególności przy łączeniu rur z termoplastami z polietylenu.

Żaden ze znanych sposobów łączenia rur stalowych wyposażonych w powłoki wewnętrzne nie chroni w wystarczającym stopniu powłok wewnętrznych z tworzywa przed działaniem wysokiej temperatury, powstającej w trakcie spawania rur stalowych. Działanie to w efekcie prowadzi do utraty cech wytrzymałościowych powłok wewnętrznych, a w przypadkach krańcowych nawet do mechanicznego uszkodzenia tych powłok, rzutując negatywnie na żywotność całego rurociągu.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu łączenia rur wewnętrznie powlekanych powłoką z tworzywa, zwłaszcza polietylenu, który zabezpieczy powłokę wewnętrzną, umożliwiając jednocześnie spawanie płaszcza rury stalowej, zarówno przy wykonywaniu połączeń rur współosiowych, jak i kątowych.

Istota wynalazku polega na tym, że przed spawaniem obejmy zakrywającej połączenie rur do płaszczy łączonych rur, na obwodzie każdej krawędzi obejmy trasuje się zasadniczo równe odcinki obwodowe, po czym wykonuje się spawanie odcinków obwodowych usytuowanych naprzemianlegle na obwodzie obejmy względem osi wzdłużnej łączonych rur z równoczesnym utrzymaniem temperatury płaszcza rury i/lub powłoki z tworzywa poniżej temperatury mięknięcia powłoki z tworzywa pokrywającej rurę od wewnątrz.

PL230 193 Β1

Korzystnym jest, gdy na obwodzie każdej krawędzi obejmy trasuje się parzystą ilość, nie mniej niż cztery odcinki obwodowe o równej długości, natomiast kolejno spawa się naprzemianległe odcinki obwodowe, usytuowane symetrycznie względem osi wzdłużnej rury.

W przykładowym wykonaniu sposobu na krawędzi obejmy trasuje się osiem odcinków obwodowych i w pierwszej kolejności spawa się naprzemianległe pary odcinków obwodowych, nie mających ze sobą bezpośredniego kontaktu, a następnie uzupełnia się spawanie odcinków obwodowych pozostawionych między pospawanymi wcześniej odcinkami obwodowymi. Dzięki temu umożliwia się lepsze wychładzanie płaszcza rury w trakcie spawania.

Dobrze jest ponadto, gdy czas wykonywania spawania pojedynczego odcinka obwodowego reguluje się w zależności od temperatury płaszcza rury umieszczonej w sąsiedztwie nakładania spoiny, przykładowo przez wykonywanie spoiny etapami, co ogranicza stopień nagrzewania płaszcza rury i rozkłada go w czasie.

Pożądanym jest jednak takie wykonanie sposobu, w którym w trakcie spawania kolejnych odcinków obwodowych wnętrze łączonych rur miejscowo schładza się.

W takim przypadku korzystnie schładzania wnętrza łączonych rur dokonuje się przed rozpoczęciem spawania odcinków obwodowych i realizuje się w trakcie spawania, a także po jego zakończeniu.

Przykładowo wnętrze łączonych rur z powłoką poliestrową schładza się rozpylonym dwutlenkiem węgla o temperaturze zbliżonej do -50°C, a temperaturę płaszcza rury, względnie powłoki z tworzywa, w trakcie spawania utrzymuje się na poziomie niższym niż 130°C.

Zasadniczą zaletą sposobu według wynalazku jest wykonanie spoin między obejmą a płaszczem łączonej rury odcinkami o tak dobranej długości, że rozgrzanie płaszcza rury jest mniejsze od temperatury mięknięcia powłoki z tworzywa, stanowiącej wewnętrzną powłokę rury. Skutek ten można osiągnąć również poprzez wykonanie każdej ze spoin etapami, co rozciąga w czasie nagrzewanie rury, pozwalając na jej okresowe schładzanie. Zastosowanie miejscowego schładzania wnętrza spawanych rur pozwala na szybsze wykonywanie złącza z jednoczesnym dodatkowym zabezpieczeniem wewnętrznej powłoki z tworzywa przed odkształceniem i uszkodzeniem.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematycznie stanowisko do łączenia rur wewnętrznie pokrytych powłoką z polietylenu, fig. 2 - uproszczone złącze współosiowe dwóch rur pokrytych wewnętrznie, fig. 3 - uproszczone złącze kątowe odcinków rur powlekanych wewnętrznie, fig. 4 - schematycznie pokazana kolejność spawania obejmy połączenia z łączoną rurą powlekaną wewnętrznie, a fig. 5 - rozłożenie wykonywania spoin na etapy.

Stanowisko 1 (fig. 1) łączenia rur stalowych 2a, 2b pokrytych od wewnątrz powłoką 3a, 3b z polietylenu wyposażone jest w zbiornik 4 sprężonego dwutlenku węgla połączony przewodem 5 z urządzeniem schładzającym 6 wyposażonym w rozpylacz 7 umocowanym do wnętrza łączonych rur 2a, 2b. Urządzenie schładzające 6 usytuowane jest tak, że rozpylacz 7 umieszczony jest na odcinku a między skrajnymi krawędziami 8a, 8b obejmy 8 nałożonej od zewnątrz na łączone rury 2a, 2b w okolicy ich połączenia. Obejma 8 może być jednoczęściowa w przypadku łączenia współosiowego rur2a, 2b (fig. 2) względnie dwuczęściowa w przypadku kątowego łączenia rur (fig. 3). Stanowisko 1 wyposażone jest również w sondę T do pomiaru temperatury płaszcza rur 2a, 2b lub powłoki 3a, 3b w rejonie wykonywanych spoin. Po nałożeniu na łączone rury 2a, 2b obejmy 8 i dociśnięciu łączonych rur 2a, 2b czołowo do siebie w pierwszej kolejności wykonuje się na przeznaczonej do spawania krawędzi 8a obejmy 8 trasowania odcinków obwodowych bi, b2, b3...bn na tej krawędzi 8a (fig. 4). Następnie, po wykonaniu spoin sczepiających s przystępuje się do spawania odcinków obwodowych bi, b2, b3...bn. W pokazanym przykładzie (fig. 4) krawędź 8a obejmy 8 podzielona jest na osiem równych odcinków obwodowych bi, b2, b3, b4, bs, be, b? i be. Po trasowaniu przystępuje się do spawania na odcinkach bi, b2, b3, b4, bs, be, b?, be parami usytuowanymi na krawędzi 8a naprzemianległe i symetrycznie względem osi wzdłużnej O rur2a, 2b, a więc parami bi-bs, b2-be, b3-b? i b4-be. Po wykonaniu spoiny Za na odcinku obwodowym bi pary bi-bs wykonuje się tą spoinę Za na odcinku obwodowym bs, regulując prędkość spawania według temperatury powłoki 3a z tworzywa pomierzonej za pomoc sondy T, przy czym temperatura ta nie może przekraczać 130°C. Już w okresie 3 min. przed rozpoczęciem spawania na powłokę 3a z polietylenu podaje się rozpylaczem 7 dwutlenek węgla o temperaturze zbliżonej do -50°C i podaje się go przez cały czas wykonywania spoiny Za i przez 3 min. po zakończeniu spawania. Po wykonaniu spoiny na parze odcinków obwodowych bi-bs przystępuje się do wykonania tej spoiny Za na parze odcinków obwodowych b3-b?, które nie mają bezpośredniego kontaktu z pospawanymi już odcinkami obwodowymi bi i bs. Prowadząc spawanie kolejnych par odcinków obwodowych b2-be i b4-be z kontrolowaniem temperatury w rejonie spawania wykonuje się pełną spoinę Za. Wówczas można przystąpić do wykonywania spoiny

PL230 193 Β1

Zb przy drugiej krawędzi 8b obejmy 8, postępując identycznie, jak w przypadku wykonywania spoiny Za. W przypadku łączenia kątowego rur2a, 2b obejma 8 składa się z dwóch pierścieni 8' i 8”, przy czym w takim przypadku najpierw wykonuje się spoinę Za, następnie spoinę Zb, a dopiero w końcowej fazie spoinę Zc łączącą pierścienie 8’ i 8” (fig. 5). Sposób i kolejność wykonywania spoin Zb i Zc jest identyczny do sposobu i kolejności wykonywania spoiny Za. Przy intensywnym nagrzewaniu się płaszcza spawanej rury 2a, szczególnie przy rurach 2a, 2b o stosunkowo niewielkiej średnicy, każdą ze spoin Za, Zb, Zc dla utrzymania maksymalnej temperatury powłoki 3a, 3b na poziomie 130°C można wykonywać pasami 1,2, 3...n.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób łączenia rur wewnętrznie powlekanych powłoką z tworzywa zwłaszcza z polietylenu, w którym końce rur umieszcza się na styk we wnętrzu jednoczęściowej przy połączeniach współosiowych, względnie dwuczęściowej przy połączeniach kątowych obejmy nasuniętej na ich zewnętrzne płaszcze stalowe, unieruchamia się w tej pozycji spoinami sczepiającymi obejmę i płaszcze rur, po czym wykonuje się spoiny obwodowe łączące na stałe te elementy ze sobą przy jednoczesnym utrzymywaniu temperatury płaszcza rury w sąsiedztwie miejsca spawania, znamienny tym, że przed spawaniem obejmy (8, 8’, 8”) do płaszczy rur (2a, 2b) na obwodzie każdej krawędzi (8a, 8b) obejmy (8, 8’, 8”) trasuje się zasadniczo równe odcinki obwodowe (bi, b2, b3...bn), po czym wykonuje się spawanie odcinków obwodowych (bi, b2, b3...bn) usytuowanych naprzemianlegle na obwodzie obejmy (8, 8’, 8”) z równoczesnym utrzymywaniem temperatury płaszcza rury (2a, 2b) i/lub powłoki (3a, 3b) z tworzywa w sąsiedztwie miejsca spawania poniżej temperatury mięknięcia powłoki (3a, 3b) z tworzywa.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na obwodzie każdej krawędzi (8a, 8b) obejmy (8, 8’, 8”) trasuje się parzystą ilość, nie mniej niż cztery odcinki obwodowe (bi, b2, b3...bn) o równej długości, natomiast kolejno spawa się naprzemianległe odcinki obwodowe (bi, b2, b3...bn) usytuowane w parach symetrycznie względem osi wzdłużnej (O) rury (2a, 2b).
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że trasuje się osiem odcinków obwodowych (bi, b2, b3, b4, bs, be, b?, bs) i w pierwszej kolejności spawa się naprzemianległe pary odcinków obwodowych (bi, b2, bs, b4, bs, be, b?, bs) nie mających ze sobą bezpośredniego kontaktu, a następnie uzupełnia się spawanie odcinków obwodowych (bi, b2, bs, b4, bs, be, b?, bs) pozostawionych między pospawanymi odcinkami obwodowymi (bi, b2, bs, b4, bs, be, b?, bs).
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że czas wykonywania spawania pojedynczego odcinka obwodowego (bi, b2, bs, b4, bs, be, b?, bs) reguluje się w zależności od temperatury płaszcza rury (2a, 2b) mierzonej w sąsiedztwie nakładanej spoiny (Za, Zb, Zc).
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że w trakcie spawania kolejnych odcinków obwodowych (bi, b2, bs, b4, bs, be, b?, bs) wnętrze łączonych rur (2a, 2b) miejscowo schładza się.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że schładzanie wnętrza łączonych rur (2a, 2b) rozpoczyna się przed rozpoczęciem spawania odcinków obwodowych (bi, b2, bs, b4, bs, bs, b?, bs) i realizuje się w trakcie spawania, a także po jego zakończeniu.
7. 7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że wnętrze łączonych rur (2a, 2b) miejscowo schładza się rozprężonym gazem technicznym, zwłaszcza dwutlenkiem węgla o temperaturze wyższej od temperatury mięknięcia powłoki (3a, 3b) z tworzywa.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wnętrze łączonych rur (2a, 2b) z powłoką (3a, 3b) polietylenową schładza się dwutlenkiem węgla o temperaturze zbliżonej do -50°C, a temperaturę płaszcza rury (2a, 2b) i/lub powłoki (3a, 3b) w rejonie spawania utrzymuje się na poziomie niższym od 130°C.