RU2640512C2

RU2640512C2 - Method for repairing dents in vessels

Info

Publication number: RU2640512C2
Application number: RU2016106355A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Данильцев
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2018-01-09
Also published as: RU2016106355A

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: method of repairing dents in a vessel body comprises producing a patch with size and shape corresponding to the damaged portion, placing the patch on the portion under repair and welding the patch by the main weld along the perimeter to the vessel. The patch is placed in the dent, concentric to the outer surface of the body, beyond the radius transition from the vessel body to the dent at a distance equal to the thickness of patch from its inner surface to radius transition, and a bevel is made at the edge of the patch at an angle of 55±5° to the plane of the dent along the contour of the patch. At the point of transition from the main seam to the radius on the dent, an additional weld seam is applied and smooth transition from the seam to the radius of the dent is made by machining.

EFFECT: simplification of the method for repair and improvement of strength of the repair joint of the vessel body wall with the dent.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области ремонта сосудов, работающих под давлением и содержащих на корпусе дефекты в виде вмятин недопустимых размеров, с применением сварки и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, а также в других отраслях промышленности, например, для ремонта вмятин на воздухосборниках. Метод применим также для трубопроводов больших диаметров.The invention relates to the field of repair of vessels operating under pressure and containing defects in the form of dents of unacceptable dimensions, using welding, and can be used in the chemical, petrochemical, oil refining industries, as well as in other industries, for example, for repairing dents in air collectors . The method is also applicable for large diameter pipelines.

Известен способ ремонта герметичных емкостей химических производств, заключающийся в том, что готовят чертеж прямого сечения развертки поверхности ремонтируемой емкости. Затем получают шаблон в виде наклонного элемента на угол 35-55°. Вырезают листовые элементы по шаблону и формуют их штамповкой или вальцовкой. Устанавливают листовые элементы на поврежденной поверхности с зазором между элементами равным 3,5-5,0 толщины листа. После этого приваривают их по контуру, а зазор заполняют присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью [Патент №2036766 от 09.06.1995. Способ ремонта емкостей]. Однако известный способ нельзя применить для ремонта емкостей изготовленных из сталей перлитного класса, например из сталей 20, 20К, 09Г2С и др., так как используемые присадочные материалы с повышенной коррозионной стойкостью, например ЭА-395/9, создают аустенитную структуру сварного шва. Наличие разных структур металла в зоне ремонта из-за различного электрохимического потенциала указанных зон создадет в электропроводной среде, которая всегда присутствует в сосудах химической промышленности в виде самой среды или ее конденсата, электрохимическую коррозию, которая приведет к быстрому разрушению ремонтных элементов.A known method of repair of sealed containers of chemical industries, which consists in the fact that they prepare a drawing of a direct cross-section of the surface scan of the repaired container. Then get a template in the form of an inclined element at an angle of 35-55 °. Cut out sheet elements according to the template and form them by stamping or rolling. Set the sheet elements on the damaged surface with a gap between the elements equal to 3.5-5.0 thickness of the sheet. After that, they are welded along the contour, and the gap is filled with filler material with increased corrosion resistance [Patent No. 2036766 from 06/09/1995. Method for repairing containers]. However, the known method cannot be used to repair containers made of pearlite-grade steels, for example, of steels 20, 20K, 09G2S, etc., since the filler materials used with increased corrosion resistance, for example EA-395/9, create an austenitic weld structure. The presence of different metal structures in the repair zone due to the different electrochemical potential of these zones will create in the electroconductive medium, which is always present in the vessels of the chemical industry in the form of the medium itself or its condensate, electrochemical corrosion, which will lead to the rapid destruction of the repair elements.

Известен другой способ ремонта герметичной емкости с применением сварки, при котором на дефектный участок накладывают заплату с выполненными на торцах скосами. Заплату обваривают герметизирующим швом. Скосы заполняют бетоном, после затвердевания которого заплату приваривают к емкости сварными швами с применением промежуточных элементов в виде полос [Авт. св. №1360952 от 23.12.1987. Способ ремонта емкостей]. Однако этот способ ремонта сложен, а при проведении его требуются различные материалы: промежуточные в виде отверждаемого наполнителя, например бетона, дополнительные элементы и др. Кроме того, в конструкции ремонтного соединения присутствует большое количество угловых сварных швов, в которых по сравнению со стыковыми швами и угловыми со сквозным проплавлением присоединяемого элемента возникает повышенная концентрация напряжений в местах перехода от сварного шва к основному металлу. Это обстоятельство при работе сосуда способствует возникновению трещин в местах концентрации и разрушению сосуда.There is another method for repairing a sealed container using welding, in which a patch with bevels made at the ends is applied to the defective area. The patch is scalded with a sealing seam. The bevels are filled with concrete, after the hardening of which the patch is welded to the vessel with welds using intermediate elements in the form of strips [Aut. St. No. 1360952 dated 12/23/1987. Method for repairing containers]. However, this repair method is complicated, and when carrying out it, various materials are required: intermediate in the form of a curable filler, for example concrete, additional elements, etc. In addition, a large number of fillet welds are present in the construction of the repair joint, in which, compared with butt welds and angular with through penetration of the joined element there is an increased concentration of stresses in the places of transition from the weld to the base metal. This circumstance during the operation of the vessel contributes to the occurrence of cracks in the places of concentration and destruction of the vessel.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ ремонта емкости, имеющей повреждение в виде вмятины, при котором изготавливают заплату, по размерам и форме соответствующую поврежденному участку, на внутренней поверхности заплаты выполняют выступ, по форме и объему аналогичный вмятине, во вмятине размещают самотвердеющую смесь, накладывают заплату на ремонтируемый участок, в результате чего самотвердеющая смесь заполняет полость между заплатой и емкостью за счет выдавливания ее выступом в заплате и приваривают заплату по периметру к емкости [Авт. св. №1419845 от 30.08.1988. Способ ремонта емкости]. Однако этот способ ремонта вмятин сложен и требует формирования на заплате выступа, по объему и форме соответствующего вмятине, что трудно обеспечить даже в случае применения механической обработки выступа после его наплавки. Кроме того, ремонтное соединение выполнено внахлестку и содержит угловой шов с конструктивным непроваром в корне, наличие которого на корпусе сосуда создаст высокую концентрацию напряжений в стенке, что отрицательно скажется на прочности корпуса, и прочность такого ремонтного соединения будет недостаточна. Применение угловых швов с конструктивным непроваром допускается на сосудах, работающих под давлением, только на неосновных элементах сосуда, например для приварки накладок на стенку сосуда в местах расположения опор и др. [см. ГОСТ Ρ 52630-2012, п. 6.9.1, стр. 40]. Для основных элементов сосуда применение таких швов недопустимо.Closest to the proposed method is a method of repairing a container having a dent-like damage in which a patch is made that is sized and shaped corresponding to the damaged area, a protrusion is made on the inner surface of the patch, similar in shape and volume to the dent, a self-hardening mixture is placed in the dent, imposed patch for the repaired area, as a result of which the self-hardening mixture fills the cavity between the patch and the container by extruding it with a protrusion in the patch and weld the patch meters capacity [Ed. St. No. 1419845 from 08/30/1988. Way to repair the tank]. However, this method of repairing dents is complex and requires the formation of a protrusion on the patch, corresponding in size and shape to a dent, which is difficult to ensure even if the protrusion is machined after surfacing. In addition, the repair joint is overlapped and contains a fillet weld with structural imperfection in the root, the presence of which on the vessel body will create a high concentration of stresses in the wall, which will negatively affect the strength of the body, and the strength of such a repair connection will be insufficient. The use of fillet welds with constructive lack of fusion is allowed on vessels operating under pressure, only on non-basic elements of the vessel, for example, for welding the overlays on the vessel wall at the locations of supports, etc. [see GOST Ρ 52630-2012, clause 6.9.1, p. 40]. For the basic elements of the vessel, the use of such seams is unacceptable.

Технической задачей заявляемого изобретения является упрощение способа ремонта и повышение прочности ремонтного соединения стенки корпуса сосуда с вмятиной без использования самотвердеющих композиций в ремонтной конструкции.The technical task of the claimed invention is to simplify the repair method and increase the strength of the repair connection of the wall of the vessel body with a dent without the use of self-hardening compositions in the repair structure.

Данный технический результат достигается тем, что в способе ремонта вмятин на корпусе сосудов, при котором изготавливают заплату по размерам и форме соответствующую поврежденному участку, заплату накладывают на ремонтируемый участок и приваривают заплату по периметру к сосуду основным сварным швом. Заплату располагают во вмятине, концентрично наружной поверхности корпуса, за радиусным переходом от корпуса сосуда к вмятине, на расстоянии, равном толщине заплаты от ее внутренней поверхности до радиусного перехода, и выполняют на торце заплаты скос под углом 55±5° к плоскости вмятины по контуру заплаты. Причем заплату можно изготавливать по форме не повторяющей форму поверхности сосуда, а в виде плоской пластины. На основной сварной шов, приваривающий заплату к вмятине, накладывают дополнительный в месте перехода от основного шва к радиусу на вмятине, а затем его механически обрабатывают для обеспечения плавного перехода от шва к радиусу вмятины с целью снижения концентрации напряжений в этой зоне.This technical result is achieved by the fact that in the method of repairing dents on the vessel body, in which a patch is made in size and shape corresponding to the damaged area, the patch is applied to the area to be repaired and the patch is welded around the perimeter to the vessel with a main weld. The patch is placed in a dent, concentrically on the outer surface of the body, behind the radius transition from the vessel body to the dent, at a distance equal to the thickness of the patch from its inner surface to the radius transition, and bevelled at the end of the patch at an angle of 55 ± 5 ° to the dent plane along the contour patches. Moreover, the patch can be made in the form of not repeating the shape of the surface of the vessel, but in the form of a flat plate. An additional weld is welded to the dent to weld the patch to the indent at the transition from the main weld to the radius of the dent, and then it is machined to ensure a smooth transition from the weld to the radius of the dent in order to reduce the stress concentration in this zone.

На Фиг. 1 показан разрез подготовленной заплаты во вмятине круглого в плане вида под приварку, где 1 - радиусный переход от вмятины к стенке сосуда; 2 - заплата; 3 - обработанный торец на заплате под углом 55±5°; 4 - вмятина.In FIG. 1 shows a section through a prepared patch in a dent of a round welded appearance in plan, where 1 is the radius transition from a dent to the vessel wall; 2 - patch; 3 - the processed end face on the patch at an angle of 55 ± 5 °; 4 - a dent.

На Фиг. 2 изображена заплата, обваренная по контуру во вмятине, где 1 - радиусный переход от вмятины к стенке сосуда; 2 - заплата; 5 - сварной шов.In FIG. 2 shows a patch welded along a contour in a dent, where 1 is the radius transition from a dent to the vessel wall; 2 - patch; 5 - weld.

На Фиг. 3. изображено распределение максимальных напряжений на вмятине цилиндрической обечайки воздухосборника.In FIG. 3. shows the distribution of maximum stresses in the dent of the cylindrical shell of the air collector.

На Фиг. 4 изображено распределение максимальных напряжений на вмятине цилиндрической обечайки воздухосборника, содержащей приваренную ремонтную концентрично расположенную поверхности сосуда заплату.In FIG. 4 shows the distribution of maximum stresses in the dent of a cylindrical shell of an air collector containing a patch patch welded on a concentric welded surface of the vessel.

На Фиг. 5 изображено распределение максимальных напряжений на вмятине цилиндрической обечайки воздухосборника, содержащей приваренную ремонтную плоскую заплату.In FIG. 5 shows the distribution of maximum stresses in the dent of a cylindrical shell of an air collector containing a welded repair flat patch.

Способ ремонта вмятин на сосудах заключается в следующем. Вначале по размеру вмятины в ее сечении на расстоянии от начала радиусного перехода от вмятины к стенке сосуда, равном толщине заплаты, изготавливают шаблон. Затем по шаблону вырезается листовая заготовка, которая формуется по форме, концентричной форме стенки сосуда, в месте расположения вмятины. Торец заплаты обрабатывается по контуру под углом 55° к поверхности вмятины. Изготовленная таким образом заплата вставляется во вмятину (Фиг. 1). Затем заплата приваривается к стенке швом со сквозным проплавлением присоединяемого элемента по контуру заплаты, как показано на Фиг. 2.The method of repairing dents on the vessels is as follows. First, the size of the dent in its cross section at a distance from the beginning of the radius transition from the dent to the vessel wall, equal to the thickness of the patch, make a template. Then, according to the template, a sheet blank is cut, which is molded according to the shape, concentric to the shape of the vessel wall, at the location of the dent. The end face of the patch is machined along the contour at an angle of 55 ° to the surface of the dent. A patch made in this way is inserted into a dent (Fig. 1). Then, the patch is welded to the wall with a seam through penetration of the element to be attached along the patch contour, as shown in FIG. 2.

Рассмотрим конкретный пример осуществления предложенного способа ремонта вмятин на сосудах.Consider a specific example of the implementation of the proposed method for repairing dents on the vessels.

На обечайке воздухосборника объемом 25 м³, нагруженного внутренним давлением 0,784 МПа (8 кгс/см²), с толщиной стенки 8 мм и изготовленного из стали 09Г2С, сформирована круговая в плане вмятина диаметром 250 мм и глубиной 80 мм, подобная показанной на Фиг. 1. Радиус перехода от вмятины к стенке сосуда принят минимально возможным, по внутренней поверхности обечайки равным 8 мм (равным толщине обечайки). Произведен расчет напряжений, возникающих от такой вмятины в обечайке сосуда, методом МКЭ в программе ANSYS. Результаты расчета представлены на Фиг. 3. Величина напряжений в Па и соответствующая им цветовая гамма представлена на Фиг. 3 слева. Из результатов расчета следует, что максимальные напряжения возникают в вертикальных направлениях от центра вмятины на радиусных переходах и их значение равно 487,48 МПа. Такая вмятина считается недопустимой по методике расчета ГОСТ Ρ 52857.11-2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек» (формула 28, стр. 7):On the shell air reservoir capacity of 25 m ^3, the loaded internal pressure of 0.784 MPa (8 kgf / cm ²⁾ with a wall thickness of 8 mm and made of steel 09G2S is formed circular in plan dent 250 mm in diameter and 80 mm deep, similar to that shown in FIG. 1. The radius of the transition from the dent to the vessel wall is assumed to be the minimum possible, along the inner surface of the shell equal to 8 mm (equal to the thickness of the shell). The stresses arising from such a dent in the vessel shell were calculated by the FEM method in the ANSYS program. The calculation results are presented in FIG. 3. The magnitude of the stresses in Pa and the corresponding color gamut are presented in FIG. 3 on the left. From the calculation results it follows that the maximum stresses arise in the vertical directions from the center of the dent at the radius transitions and their value is 487.48 MPa. Such a dent is considered unacceptable according to the calculation method GOST Ρ 52857.11-2007 “Vessels and apparatuses. Standards and methods for calculating strength. The method of calculating the strength of the shells and bottoms, taking into account the offset of the edges of the welded joints, the angularity and non-circularity of the shells "(formula 28, p. 7):

σ_mах≤3ϕ[σ],σ _max ≤3ϕ [σ],

где ϕ - коэффициент прочности сварных швов принят равным 0,7;where ϕ is the coefficient of strength of the welds taken equal to 0.7;

[σ] - допускаемые напряжения для материала обечайки при расчетной температуре приняты по ГОСТ Ρ 52857.1-2007, приложение 1, таблица А.1, равными 196 МПа.[σ] - allowable stresses for the shell material at the design temperature are accepted in accordance with GOST Ρ 52857.1-2007, Appendix 1, Table A.1, equal to 196 MPa.

В итоге получено: 487,48>411,6, т.е. условие прочности не выполняется и такая вмятина на стенке сосуда является недопустимой, а эксплуатация такого сосуда запрещена.As a result, received: 487.48> 411.6, i.e. the strength condition is not satisfied and such a dent on the vessel wall is unacceptable, and the operation of such a vessel is prohibited.

Приведенной выше вмятине произведен ремонт. Изготавливают заплату по размерам и форме, соответствующую поврежденному участку, заплату толщиной 8 мм располагают во вмятине, концентрично наружной поверхности корпуса, за радиусным переходом от корпуса сосуда к вмятине, на расстоянии, равном толщине заплаты от ее внутренней поверхности до радиусного перехода, и выполняют на торце заплаты скос под углом 55±5° к плоскости вмятины по контуру заплаты (Фиг. 2). В месте перехода от основного шва к радиусу на вмятине может быть наложен дополнительный сварной шов, который затем механически обрабатывают для обеспечения плавного перехода от шва к радиусу вмятины с целью снижения концентрации напряжений в этой зоне.The above dent is repaired. A patch is made in size and shape corresponding to the damaged area, a patch 8 mm thick is placed in a dent, concentrically on the outer surface of the housing, behind the radius transition from the vessel body to the dent, at a distance equal to the thickness of the patch from its inner surface to the radius transition, and the end face of the patch is beveled at an angle of 55 ± 5 ° to the plane of the dent along the contour of the patch (Fig. 2). In the place of transition from the main seam to the radius, an additional weld can be applied to the indentation, which is then machined to ensure a smooth transition from the seam to the radius of the indentation in order to reduce the stress concentration in this zone.

Заплата может быть выполнена в форме не повторяющей поверхность сосуда, а в виде плоской пластины и приварена по периметру к сосуду основным сварным швом, на которую также может быть наложен дополнительный сварной шов, который затем механически обрабатывают для обеспечения плавного перехода от шва к радиусу вмятины с целью снижения концентрации напряжений в этой зоне.The patch can be made in the form of not repeating the surface of the vessel, but in the form of a flat plate and welded around the perimeter to the vessel with the main weld, which can also be superimposed, which is then machined to ensure a smooth transition from the weld to the radius of the dent with the purpose of reducing the stress concentration in this zone.

Расчет напряжений стенки сосуда, содержащей вмятину с ремонтной заплатой, осуществлялся в программе ANSYS. Результаты расчета представлены на Фиг. 4. Характер распределения максимальных напряжений на отремонтированной вмятине не изменился, т.е. максимальные напряжения находятся на радиусном переходе в вертикальном направлении от центра вмятины. Однако они более равномерно распределены по окружности радиусного перехода и их величина уменьшилась почти в 2 раза. Такая вмятина уже допустима по расчету ГОСТ Ρ 52857.11-2007: 252,08<411,6, условие прочности выполняется и такая вмятина на стенке сосуда является допустимой, а эксплуатация такого сосуда разрешена.The calculation of the stresses of the wall of the vessel containing a dent with a repair patch was carried out in the ANSYS program. The calculation results are presented in FIG. 4. The nature of the distribution of maximum stresses on the repaired dent has not changed, that is, maximum stresses are located at the radius transition in the vertical direction from the center of the dent. However, they are more evenly distributed around the circumference of the radius transition and their value decreased by almost 2 times. Such a dent is already permissible according to the calculation of GOST Ρ 52857.11-2007: 252.08 <411.6, the condition of strength is fulfilled and such a dent on the vessel wall is permissible, and the operation of such a vessel is permitted.

Был произведен расчет в ANSYS вмятины, отремонтированной с помощью плоской пластины такой же толщины 8 мм, установленной во вмятине, результаты расчета представлены на Фиг. 5.A dent was calculated in ANSYS, repaired with a flat plate of the same thickness of 8 mm, installed in the dent, the calculation results are presented in FIG. 5.

Как видно на Фиг. 5, напряжения на радиусном переходе в вертикальном направлении от центра вмятины стали еще меньше (240,97 МПа вместо 252,08 МПа), однако максимальные напряжения появились в зоне перехода от заплаты к радиусному переходу в горизонтальном направлении от центра вмятины и равные 281,13 МПа. Максимальные напряжения на вмятине не превышают допускаемых и такая вмятина является по ГОСТ Ρ 52857.11-2007 допустимой. Для уменьшения концентрации напряжений в зоне перехода от плоской заплаты к радиусному переходу необходимо наложить еще дополнительный сварной шов в этой зоне, а затем его обработать для обеспечения плавного перехода от заплаты к радиусному переходу на вмятине.As seen in FIG. 5, the stresses at the radial transition in the vertical direction from the center of the dent became even lower (240.97 MPa instead of 252.08 MPa), however, the maximum stresses appeared in the transition zone from patch to the radial transition in the horizontal direction from the center of the dent and equal 281.13 MPa The maximum stress on a dent does not exceed the permissible ones and such a dent is permissible in accordance with GOST Ρ 52857.11-2007. To reduce the stress concentration in the zone of transition from a flat patch to a radial transition, it is necessary to impose an additional weld in this zone, and then process it to ensure a smooth transition from patch to a radial transition in a dent.

Claims

A method of repairing dents on a vessel body, including making a patch in size and shape corresponding to the damaged area, applying a patch to the area to be repaired and welding the patch along the perimeter to the vessel with a main weld, characterized in that the patch is placed in a dent concentrically on the outer surface of the body beyond the radius transition from the vessel to the dent at a distance equal to the thickness of the patch from its inner surface to the radius transition, and bevel at the end of the patch at an angle of 55 ± 5 ° to the plane bones of dents along the contour of the patch, while at the place of transition from the main seam to the radius, an additional weld is imposed on the dent and a smooth transition from the seam to the radius of the dent is achieved by machining.