RU2198081C1

RU2198081C1 - Method for making welded pipelines and/or fittings

Info

Publication number: RU2198081C1
Application number: RU2001113537A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ветер; М.И. Самойлов; А.А. Бабанов; В.А. Носов; Г.А. Белкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Валок-Чугун"; Ветер Владимир Владимирович
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: erection of pipelines in gas-oil industry, power generation, ship making industry branches, municipal engineering. SUBSTANCE: method comprises steps of preparing ends of tube made of high-strength cast iron; preliminarily heating them; then arc welding of them and subjecting them to heat treatment; making additive rod or wire by mechanically working tubular blanks of high-strength cast iron; at process of heat treatment gradually cooling welded seam at rate no more than 150 C/min; using additive rod or wire with cross section area equal to (0,05...1,0)S², sq.mm, where S is thickness of tube wall. EFFECT: lowered trend of welded joint to cracking, enhanced resistance to dynamic loads. 5 cl

Description

Изобретение относится к сварке, в частности, сварке изделий из трубных заготовок из высокопрочного чугуна, и может найти применение при сооружении трубопроводов в нефтегазовой промышленности, энергетике, судостроении, коммунальном хозяйстве и при изготовлении фитингов. The invention relates to welding, in particular, welding of products from pipe billets of ductile iron, and can find application in the construction of pipelines in the oil and gas industry, energy, shipbuilding, utilities and in the manufacture of fittings.

Известны способы изготовления сварных трубопроводов из высокопрочного чугуна с использованием стыковой контактной сварки (см., например, описания изобретений к авторскому свидетельству СССР 1613499, МПК 5 С 21 D 9/50, публ. 1990 и к авторскому свидетельству СССР 1825691, МПК 5 В 23 К 11/00, публ. 1993). Эти способы обеспечивают однородность сварного шва с основным металлом и высокое качество сварного соединения, однако дороговизна, сложность и громоздкость контактных машин не позволяют их использовать при сооружении трубопроводов в судостроении, коммунальном хозяйстве и при изготовлении фитингов. Known methods for the manufacture of welded pipelines from ductile iron using flash butt welding (see, for example, descriptions of inventions to the USSR copyright certificate 1613499, IPC 5 C 21 D 9/50, publ. 1990 and USSR copyright certificate 1825691, IPC 5 V 23 K 11/00, publ. 1993). These methods ensure uniformity of the weld with the base metal and high quality of the welded joint, however, the high cost, complexity and cumbersomeness of contact machines do not allow them to be used in the construction of pipelines in shipbuilding, utilities and in the manufacture of fittings.

Более универсальны способы электродуговой сварки чугуна. More universal methods of electric arc welding of cast iron.

В патенте РФ 2064383 МПК 6 В 23 К 9/167, 9/23, публ. 1996, описан способ изготовления сварных изделий из высокопрочного чугуна, включающий подготовку кромок под сварку, предварительный подогрев до 250...500^oС, сварку электрической дугой с использованием присадочной проволоки с содержанием никеля не менее 90% от массы для сварки корневого шва и присадочной проволоки с содержанием никеля 40...55% для сварки последующих швов. Недостаток такого способа - высокая стоимость присадочного материала. Кроме того, из-за химической и структурной неоднородности сварное соединение имеет склонность к трещинообразованию и имеет пониженную стойкость к динамическим нагрузкам.In the patent of the Russian Federation 2064383 IPC 6 V 23 K 9/167, 9/23, publ. 1996, a method for manufacturing welded products from ductile iron is described, including preparing edges for welding, preheating to 250 ... 500 ^o C, electric arc welding using filler wire with a nickel content of at least 90% by weight for welding the root seam and filler wires with a nickel content of 40 ... 55% for welding subsequent seams. The disadvantage of this method is the high cost of filler material. In addition, due to chemical and structural heterogeneity, the weld has a tendency to crack and has a reduced resistance to dynamic loads.

Патентом РФ 2098247 МПК 6 В 23 К 9/23, публ. 1997, защищен способ сварки изделий из чугуна, включающий подготовку кромок свариваемого соединения, предварительный подогрев до 200...600^oС, электродуговую сварку с использованием сварочного материала с содержанием никеля 55...95% и термообработку, отличающийся тем, что дополнительно подготавливают под сварку поверхность свариваемых изделий на участке, прилегающем к кромкам длиной, не менее чем двойная толщина свариваемых изделий, сварку ведут в среде аргона неплавящимся электродом и после сварки последнего заполняющего слоя наплавляют с обеих сторон сварного шва на дополнительно подготовленные участки поверхности технологические валики шириной не менее толщины свариваемых изделий при глубине зоны проплавления не более 0,35 толщины свариваемых изделий. Такой способ обеспечивает более высокую прочность сварного соединения, т.к. за счет наличия технологических валиков концентраторы напряжений выносятся из зоны температурного влияния сварного шва. Однако и этот способ имеет те же недостатки, что и описанный ранее, а именно высокая стоимость присадочного материала и из-за химической и структурной неоднородности сварной шов имеет повышенную склонность к трещинообразованию и пониженную стойкость к динамическим нагрузкам по сравнению со сварным швом при стыковой контактной сварке.RF patent 2098247 IPC 6 V 23 K 9/23, publ. 1997, a method of welding cast iron products is protected, including preparing the edges of the welded joint, preheating to 200 ... 600 ^o C, electric arc welding using welding material with a nickel content of 55 ... 95% and heat treatment, characterized in that it is additionally prepared for welding, the surface of the welded products in the area adjacent to the edges with a length of not less than double the thickness of the welded products, welding is carried out in an argon medium with a non-consumable electrode and, after welding of the last filling layer, they are fused with their sides on the weld surface areas prepared further processing rollers width not less than the thickness of the parts to be welded zone with a depth of penetration of not more than 0.35 of thickness of the welded articles. This method provides a higher strength of the welded joint, because Due to the presence of technological rollers, stress concentrators are removed from the temperature zone of the weld. However, this method has the same disadvantages as described previously, namely, the high cost of filler material and due to chemical and structural heterogeneity of the weld has an increased tendency to crack formation and reduced resistance to dynamic loads compared to the weld in butt contact welding .

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, - снижение склонности к трещинообразованию и повышение стойкости к динамическим нагрузкам сварного соединения трубных заготовок (труб) из высокопрочного чугуна. The technical result to which the invention is directed is to reduce the tendency to crack formation and increase the resistance to dynamic loads of the welded joint of pipe billets (pipes) from ductile iron.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления сварных трубопроводов и/или фитингов, включающем подготовку торцов трубных заготовок (труб) из высокопрочного чугуна под сварку, их предварительный подогрев, сварку торцов электрической дугой и термообработку, сварку ведут с использованием присадочных прутков или проволоки, изготовленных механическим путем из трубных заготовок из высокопрочного чугуна, а в процессе термообработки осуществляют замедленное охлаждение сварного шва со скоростью не более 150^oС/мин. Сварку ведут, например, присадочным прутком, изготовленным из трубной заготовки из той же партии, что и свариваемые трубы. Площадь поперечного сечения прутка или проволоки выполняют равной (0,05. . .1,0)S², мм², где S - толщина стенки трубы, мм. Присадочный пруток изготавливают в следующей последовательности: трубный отрезок длиной, равной номинальной длине прутка, распускают радиальными резам на бруски, шириной равной 0,1. ..1,0 толщины стенки трубы, и обтачивают поверхности прутков, соответствующие внутренней и внешней поверхностям трубы, на величину не менее 0,1 толщины стенки трубы. Присадочный пруток может быть изготовлен в другой последовательности: от торцов труб (трубных отрезков) из высокопрочного чугуна отрезают кольца шириной, равной 0,1...1,0 толщины стенки трубы. Из этих колец путем порезки, правки и пластического деформирования формируют присадочные прутки. Перед отрезкой кольца внутреннюю и внешнюю поверхности трубы обтачивают на величину не менее 0,1 толщины стенки трубы.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing welded pipelines and / or fittings, which includes preparing the ends of pipe billets (pipes) from ductile iron for welding, preheating them, welding the ends with an electric arc and heat treatment, welding is carried out using filler rods or wire made mechanically from pipe billets of ductile iron, and in the process of heat treatment, delayed cooling of the weld is carried out at a speed of not more than 150 ^o C / mi n Welding is carried out, for example, by a filler rod made of a tube stock from the same batch as the pipes being welded. The cross-sectional area of the rod or wire is equal to (0.05. .1.0) S ² , mm ² , where S is the pipe wall thickness, mm. The filler rod is made in the following sequence: a pipe segment with a length equal to the nominal length of the rod, dissolve radial cuts into bars, a width of 0.1. ..1,0 pipe wall thickness, and grind the surface of the bars corresponding to the inner and outer surfaces of the pipe, at least 0.1 of the pipe wall thickness. The filler rod can be made in another sequence: from the ends of the pipes (pipe sections) from high-strength cast iron cut rings with a width equal to 0.1 ... 1.0 of the pipe wall thickness. From these rings, filler rods are formed by cutting, straightening and plastic deformation. Before cutting the ring, the inner and outer surfaces of the pipe are grinded by at least 0.1 of the pipe wall thickness.

Заявленное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень", так как в известных источниках информации отсутствуют сведения о том, что для повышения стойкости к динамическим нагрузкам и снижения склонности к трещинообразованию сварного соединения трубных заготовок из высокопрочного чугуна сварку ведут электрической дугой с использованием присадочного прутка или проволоки, изготовленных механическим путем из отрезков и/или обрезков труб из высокопрочного чугуна. The claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step", as there is no information in the well-known sources of information that, to increase the resistance to dynamic loads and reduce the tendency to crack formation of a welded joint of pipe billets from ductile iron, an electric arc is used using filler rod or wire made by mechanical means from pieces and / or pipe pieces from ductile iron.

Экспериментально было установлено, что при повышении скорости охлаждения сварного соединения более 150^oС/мин резко увеличивается склонность к образованию в нем трещин и снижается стойкость сварного шва к динамическим нагрузкам.It was experimentally found that with an increase in the cooling rate of the welded joint over 150 ^o C / min, the tendency to crack in it sharply increases and the resistance of the weld to dynamic loads decreases.

Заявленный способ изготовления трубопроводов и/или фитингов реализуется следующим образом. Торцы труб с диаметром условного прохода (Ду) 100 мм и толщиной стенки 7 мм разделываются под сварку. Для этого, например, они очищаются от грязи и окалины и с них под углом 27±3^o со скосом наружу снимается фаска. Далее торцы свариваемых труб стыкуются и кольцевой газовой горелкой или индукционным нагревом подогревают состыкованные торцы до температуры 600^oС на расстоянии от торца не менее чем толщина стенки трубы. Сварку осуществляют электрической дугой неплавящимся электродом в среде аргона с использованием в качестве присадочного материала прутка, изготовленного механическим путем из трубы из высокопрочного чугуна, например, порезкой трубной заготовки из высокопрочного чугуна на полосы. Площадь поперечного сечения прутка составляет 9 мм. Сразу после сварки сварное соединение подвергают термической обработке: нагревают до 950^oС, выдерживают 5 мин и осуществляют замедленное охлаждение со скоростью 10^oС/мин путем укрытия теплоизоляционным экраном или/и уменьшения ввода тепла от индуктора или газовой горелки. Полученное таким образом сварное соединение обладает повышенной стойкостью к динамическим нагрузкам и низкой склонностью к трещинообразованию, так как химический состав материала сварного шва практически не отличается от химического состава основного металла, особенно когда присадочный пруток изготовлен из той же партии труб, что и свариваемые трубные заготовки. Металлографические исследования и механические испытания подтвердили получение однородного равнопрочного и равнопластичного с основным металлом сварного соединения.The claimed method of manufacturing pipelines and / or fittings is implemented as follows. The ends of the pipes with a nominal diameter (DN) of 100 mm and a wall thickness of 7 mm are cut for welding. For this, for example, they are cleaned of dirt and scale and from them at an angle of 27 ± 3 ^o with a bevel outward the chamfer is removed. Next, the ends of the pipes to be welded are joined and the jointed ends are heated by an annular gas burner or by induction heating to a temperature of 600 ^° C at a distance from the end of not less than the pipe wall thickness. Welding is carried out by an electric arc with a non-consumable electrode in an argon atmosphere using a filler rod as a filler material made mechanically from a pipe from ductile iron, for example, by cutting a pipe billet from ductile iron into strips. The cross-sectional area of the bar is 9 mm. Immediately after welding, the welded joint is subjected to heat treatment: it is heated to 950 ^o C, held for 5 min and slow cooling is carried out at a speed of 10 ^o C / min by covering with a heat-insulating screen and / or reducing the heat input from the inductor or gas burner. The welded joint thus obtained has increased resistance to dynamic loads and a low tendency to crack formation, since the chemical composition of the weld material is practically the same as the chemical composition of the base metal, especially when the filler rod is made from the same batch of pipes as the welded pipe billets. Metallographic studies and mechanical tests have confirmed the receipt of a homogeneous, equal strength, and equally welded joint with the base metal.

Преимущества заявляемого способа заключаются не только в том, что при его использовании повышается качество сварного соединения, но и в том, что при его осуществлении предприятию, сооружающему трубопроводы из высокопрочного чугуна, не нужно приобретать дорогостоящие и дефицитные никелесодержащие электроды, оно может организовать изготовление присадочных прутков, используя отрезки (обрезки) труб, получаемых для изготовления трубопровода. Это особенно удобно для организаций, выполняющих заказы в коммунальном хозяйстве. The advantages of the proposed method lie not only in the fact that when it is used, the quality of the welded joint is improved, but also in the fact that when it is implemented, the enterprise building pipelines from ductile iron does not need to purchase expensive and scarce nickel-containing electrodes, it can organize the manufacture of filler rods using pieces of pipe obtained for the manufacture of the pipeline. This is especially convenient for organizations performing orders in the utilities sector.

Claims

1. A method of manufacturing welded pipelines and / or fittings, including preparing the ends of the pipe billets from ductile iron for welding, preheating, welding the ends with an electric arc and heat treatment, characterized in that the welding is carried out using filler rods or wire made mechanically from pipe workpieces of ductile cast iron, during the heat treatment is carried out slow cooling of the weld at a speed of not more than 150 ^o C / min, the welding rod or wire erut with a cross sectional area equal to (0,05 ... 1,0) S ² mm ² where S - pipe wall thickness, mm.

2. The method according to claim 1, characterized in that the welding is carried out using filler rods or wires made mechanically from pipe blanks from pipes of the same batch as the pipes being welded.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the filler rod is obtained in the following sequence: a tube billet with a length equal to the nominal length of the rod, radially cut into bars, with a width of 0.1-1.0 of the pipe wall thickness and grind the surface of the rods corresponding to the inner and outer surfaces of the tube stock by at least 0.1 of the wall thickness of the tube.

4. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the filler rod is obtained in the following sequence: rings with a width of 0.1-1.0 of the pipe wall thickness are cut from the ends of the pipe billets from ductile iron, and from these rings by cutting, straightening and plastic deformation, filler rods are formed.

5. The method according to claim 4, characterized in that before the segment of the ring, the inner and outer surfaces of the pipe billet are grinded by at least 0.1 of the pipe wall thickness.