SE461278B - Vaermebehandlingsfoerfarande foer infoerande av tryckspaenningar i en metallroersledning - Google Patents

Description

1 Qnfsallrörsledning, och därigenom minimera variatíonerna i 10 15 20 25 30 35 40 de kvarblivande spänningseffekterna i perifeririktningen och förbättrande tillförlitligheten hos rörledningen.

På de åtföljande ritningarna visar fig. 1 en fragmenta- risk snittvy av en metallrörsledning på vilken användes värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 en delvy, i större skala] av en del innesluten av den streckprickade církellinjen Il i fig. 1, fig. 3 en tvär- snittsvy tagen längs linjen III-III i fig. 1, fig. 4 ett förhållande mellan temperaturen och värmebehandlingstiden i timmar vid var och en av modell- eller provtagspunkterna A-D visade i fig. 1, fig. 5 en temperaturfördelníng i rör- ledningen vid T] visad i fig. 4, fig. 6 en tcmperaturfördel- ning i rörledningen vid T2 visad i fíg. 4, och fig. 7 kvar- blivande spänningar bildade i metallrörsledningen efter det att den kylts såšom visats i fig. 4.

I fíg. 1 visas metallrörsledningen 1 såsom bestående av den enväggiga rörsektionen 2 och den dubbelväggiga rörsek- tionen 3 förbundna i horisontalriktningen. En sådan konstruk- tion användes för att àstadkomma en värmemantel 6 för ett strålrör S i ett tryckkärl 4 i en kärnkraftsanläggníng. Den horisontella fluidpassagen genom det enväggiga röret 2 har reducerad diameter vid A i fig. 1 och är förbunden med värme- manteln 6 och det cylindriska utrymmet 7 bildat mellan strål- röret 5 och värmemanteln 6 har en utvidgad diameter vid B, varigenom delen 8 med utvidgad diameter bildas.

Kylvatten tvingas att strömma i riktningen av pilarna visade i fig- 1 så att dödvatten fyller det cylindriska ut- rymmet 7 och en s.k. luftficka 9 där luft är innesluten bildas i delen 8 med utvidgad diameter. Enligt föreliggande uppfinning elimineras en sådan luftficka 9 när restspännings- behandlingen enligt uppfinningen utföres.

Enligt uppfinningen användes en induktionsuppvärmnings~ spole X för uppvärmning av den enväggiga rörsektionen 2 så att temperaturen på rörväggarna intill en svetsad förbindning 10 höjs såsom visas i fig. 4 från tidpunkten TO till tid- punkten T1. I detta fall överföres värme från den enväggiga rörsektionen 2 till den dubbelväggiga rörsektionen 3 så att den senare också uppvärmes. Dödvatten förblir kvar i det cylindriska utrymmet 7 så att temperaturen vid modell- eller 20 25 30 35 3 provpunkten B blir högre än den vid modell- ellegépfogpgqgten D. När temperaturen vid modell- eller provpunkten B när en nivå vid vilken bubbelkokning uppträder vid innerväggytan av den dubbelväggiga rörsektionen 3 kommer den sålunda bildade ångan liksom luften i luftfíckan 9 gradvis att stötas ut.

Medan bubbelkokningen fortsätter sjunker temperaturen på delen intill luftfickan 9 temporärt till ett lägre“värde än temperaturen vid andra delar i perifeririktningen (se fig. 3) på grund av ångbildningsvärmet. När luften stöts ut tränger vatten in i luftfickan 9 så att hela den inre periferivägg- ytan på delen 8 med utvidgad diameter kommer i kontakt med kylvattnet så att filmkokning uppträder. Om emellertid tempe- raturen vid modell- eller provpunkten B är lägre än en tempe- ratur (t.ex. ungefär 130OC vid 3 kp/cmz) vid vilken bubbel- kokning uppträder, utföres den extra uppvärmningen genom att aktivera en induktionsuppvärmningsspole Y visad i fig. 1 såsom beskrivits ovan. Temperaturökningen och -sänkningen vid varje modell- eller provpunkt A, B, C eller D indikeras av kurvorna A, B, C eller D i fig. 4. Där filmkokning upp- träder i delen 8 med utvidgad diameter elimineras luftfickan 9 så att en temperaturfördelning blir huvudsakligen enhetlig i perifeririktningen. Därför användes en bubbelkoknings- temperatur som en referens för att åstadkomma en temperatur- skillnad mellan ytter- och innerväggytorna intill den svetsade förbindningen 10 (dvs. mellan modell- eller provpunkterna C och D). I detta fall kan också förutom induktionsuppvärmningen índuktionsuppvärmningsspolen Y användas som ett extra organ.

Temperaturskillnaden är inom ett område lägre än överförings- temperaturen och inom ett område i vilket värmespänningar åstadkommas över sträckgränser i olika riktningar i rör- väggen. Upphettningstiden T] som krävs för åstadkommande av en temperatur i ett stabilt tillstånd erhålles av följande ekvation: 'rïàov (Lïlz/a (1) där L] maximala väggtjockleken, och II a en temperaturdiffusionskoefficient_ Fig. S visar en tempcraturfördelning i metallrörsled- ningen 1 vid T T.ex. är temperaturerna vid modell- eller 1. provpunkterna C och D SSOOC resp. ZOOOC, så att deras skill- nad är högre än en tcmperaturskíllnad (överstigande ZOOOC i 7 med austenitiskt rostfritt stal) som är tillräckligt 10 15 20 25 30 35 hög för att förorsaka värmespänníngar över en sträckgräns.

Om delen intill modell- eller provpunkten B är i film- kokningsstadiet eller inte kan avkännas genom det faktum att det inte finns någon allvarlig temperaturvaríation be- roende på ersättningen av den kvarvarande luften och ångan bildad såsom indikeras av pilen X på kurvan B i fig. 4 eller genom avkånning om en filmkokningstemperatur har uppnåtts eller ej. I detta fall är det svårt att insätta en termo- meter i delen 8 med utvidgad diameter. Därför är det effek- tivt att avkänna variationen i kurvan B i fig. 4 vid tid- punkten T] eller vid en tidpunkt före T1 genom jämförelse av variationen i yttemperatur vid modell- eller provpunkten A när metallrörsledningen 1 upphettas medan luftfickan 9 blir kvar med temperaturvariationen vid samma punkt när me- tallrörsledningen 1 upphettas under samma förhållanden efter det att den kvarvarande luften har utstötts och erhållande en temperaturskíllnad däremellan för att använda som en referens.

Därefter, medan den enväggíga rörsektíonen 2 induktíons- uppvärmes av spolen X induktionsuppvärmes den dubbelväggiga rörsektíonen 3 av spolen Y så att rörledningen 1 upphettas av båda induktionsupphettningsspolarna X och Y och tempera- turskillnaderna som visas vid T1 och T2 i fig. 4 àstadkommes mellan strålröret 5 och rörväggen intill den svetsade för- bíndningen 10 (mellan modell- eller provpunkterna A och B).

I detta fall kan upphettningstíden T - T 2 1 erhållas av följande ekvation: T2 - T1 (0.0S~flO.2) (L2)Z/a där Lz = väggtjockleken i ett rör.

Upphettningstiden (T2 - T1) är kort så att en mycket snabb upphettning åstadkommas. Fig. 6 visar en temperaturför- delning í rörväggen i metallrörsledningen 1 vid tidpunkten T,. T.ex. är temperaturerna vid modell- eller provpunkterna Agoch B 450°C resp. 180°C, och temperaturskillnaden mellan modell- eller provpunkterna A och B är tillräcklig för att (2) förorsaka värmespänningar över en sträckgräns. Vidare kan en huvudsakligen enhetlig temperaturfördelníng åstadkommas í tjockleksriktningen över hela den upphettade delen av metall- rörsledningen såsom visas i fíg. 6. 10 15 20 25 30 5" Därefter kyls metallrörsledningen 1 med ezèrulvuëaplg ligen enhetlig hastighet. De kvarblivande kompressions- spänningarna åstadkommes i delarna i beröring med kyl- vattnet. Emellertid, i fall med metallrörsledningen 1 visad i fig. 1 förekommer en stor skillnad i kylkapacitet mellan det strömmande kylvattnet och dödvattnet så att när upphett- ningen stoppas samtidigt kyls först delen i beröring med det strömmande kylvattnet och t.ex. modell- eller provpunk- terna A och B i den dubbelväggiga rörsektionen 3 förblir som s.k. heta punkter. Som ett resultat försämras förbätt- ringen av restspänníngarna. Därför stoppas induktíonsupp~ värmningen medelst índuktionsuppvärmningsspolen Y och kyl- ningen av den dubbelväggíga rörsektionen 3 startas först såsom indikeras vid T2 eller T3 í fíg. 4. I detta fall er- hålles den tid (T3 - T2) som krävs för kylning som helhet av följande förhållande: 'rs - Tzà cLZJZ/a cs) När induktíonsupphettningsspolen X vid T3 fránkopplas under dessa förhållanden och kylningen påbörjas förorsakas de kvarblivande kompressionsspänníngarna såsom visas i fig. 7.

Närmare bestämt består de kvarblivande spänningarna för- orsakade i innerväggytorna hos metallrörsledningen 1 med undantag av värmemanteln 6 av ringspänningar (heldragna linjer) i perifeririktningen och axiella spänningar (streckade linjer) i axialriktníngen. Speciellt vid delen intill den svetsade förbindningen såsom modell- eller prov- punkten B där spänningar önskas förbättrade och där en luftficka tenderar att kvarlämnas, även då de kvarblivande kompressionsspänníngarna åstadkommes och även då en fluid strömmande genom metallrörsledningen 1 innefattar kompo- nenter som tenderar att förorsaka korrosion, kan sprickor beroende på de korrosiva komponenterna förhindras. Vidare, även då det förekommer vissa korrosíonssprickor innan värmebehandlingen utföres kan utbredning av sprickorna för- hindras. Maskliknandc uppdelade delar i fig. 7 visar be- gränsade element för erhållande av restspänningar och skärningen mellan en vertikal linje dragen från ett givet begränsat element vid inncrytan av metallrörsledningen 1 och en kurva indikerar en motsvarande storlek på rest- spänningen.

G _ Värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande upp- 10 IS 20 25 finning har beskrivits i detalj i samband med metallrörsled- ningen visad i fig. 1, men det inses att föreliggande upp- finning likaväl kan användas för en rörkonstruktion eller ledning utformad i vilken som helst önskad riktning. T.ex. kan värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande uppfin- ning med fördel användas vid en enväggig rörledning i vilken en luftficka eller dödvatten tenderar att kvarlämnas.

Effekten med, egenskaperna hos och fördelarna med före- liggande uppfinning kan summeras såsom följer: a) Även då en rörledning är lagd horisontellt så att död- vatten tenderar att kvarlämnas däri eller även då bestånds- delar av rörledningen är så utformade och sammansatta att en luftficka tenderar att kvarlämnas i den sammansatta rör- ledningen kan en förbättring av restspänningar på inncrvägg- ytorna i rörledningen åstadkommas så att korrosionssprickor kan bromsas och förhindras. b) En luftficka kan elimineras under det att vârmebehand- lingen utföres så att variationer i förbättringen av rest- spänningar i perifeririktningen i en metallrörsledning kan reduceras till ett minimum så att tillförlitlígheten hos rörledningen kan förbättras märkbart. c) Även då formen på beståndsdelarna i den sammansatta rör- ledningen är komplicerad, kan en förbättring av restpän- ningarna åstadkommas genom genomförande av induktionsuppvärm- ning av individuella delar inte samtidigt utan för den ena efter den andra med förbestämda tidsintervall. Vidare kan värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande uppfinning lätt anpassas till olika rörledningar.

Claims (2)

10 15 20 25 30 35 461 278

1. Förfarande för värmebehandling av en metallrörsled- Patentkrav ning för åstadkommande av kvarblivande tryckspänníngar i rörets innerväggytor, k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet innefattar stegen: - upphettning av metallröreledningen under kvarlämnande av kylvatten i och intill en del av metallrörsledningen med utvidgad diameter, - förorsakande av bubbelkokning och filmkokning i delen med utvidgad diameter och därigenom utstötning av däri inne- sluten luft, och - àstadkommande av värmebehandling av rörväggarna intill delen med utvidgad diameter genom utnyttjande av temperatur- skillnaden mellan filmkokningetemperaturen och temperaturen vid rörens ytterväggyta, sa att vårmespänningar över en sträckgräne bildas.

2. Förfarande för värmebehandling av en metallrörsled- ning för aetadkommande av kvarblivande tryckepänningar i rörets innerväggytor, k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet innefattar stegen: - upphettníng av metellröraledningen under kvarlämnande av kylvatten i och intill en med utvidgad diameter försedd dubbelväggig rörsektion och en enväggig rörsektion, - förorsakande av bubbelkokning och filmkokning i delen med utvidgad diameter, därigenom utatötande av den däri inne- slutna luften, - àatadkommande av en temperaturskillnad mellan ytter- och innerväggytorna hos det enväggiga röret intill delen med utvidgad diameter så att vârmespänningar över en sträckgräns_ bildas, - därefter upphettning under en kort tidsperiod så att värmeapänningar över en sträckgräna bildas på ytter- och innerväggytorna pà den dubbelväggiga röreektionen, och - avbrytande av upphettningen av den enväggiga rörsek- tionen efter ett förbestämt tidaintervall.