SU1447617A1 - Способ изготовлени гасител лавинного разрушени магистральных трубопроводов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварке, в частности к способам изготовлени  гасител  дл  предотвращени  распространени  быстроразвивающихс  продольных трещин в стенках магистральных трубопроводов. Цель изобретени  - создание высокотехнологичного гасител  с использованием в качестве основного конструктивного элемента отрезка стандартной трубы (Т) трубопровода , повышение эффективности предотвращени  его разрушени . В стенке Т вьшолн ют спиралеобразные линейные зоны с прочностью металла (М), отличающейс  от прочности ocHOBHoro М стенки Т. Зоны образуют электродуговой наплавкой на поверхность стен- , ки Т валиков М с коэффициентом теплового расширени , отличающимс  от основного М стенки, и последующим отпуском М этих зон После охлаж,цени  Т в указанных зонах образуютс  дискретные линейные участки М с остаточным напр жением раст жени . Гаситель располагают в общей плети Т трубопровода В случае распространени  по стенке трубопровода быстроразвиваю- щейс  продольной трещины при ее проникновении в стенку устройства и вхождении вершины в линейную спиралеобразную зону М, подверженного остаточным напр жени м раст жени , дальнейшее развитие трещины проходит по траектории, определ емой спиралью этой зоны. Стенка Т разрушаетс  с одновременным прекращением развити  трещины. Предусматриваетс  выполнение на торцовых участках Т гасител  кольцевых вставок М, которые наход тс  под воздействием остаточных напр жений сжати . Это уменьшает скорость проникновени  трещины в стенку устройства, 3 з,По ф-лы, 5 ил. 5 (Л 4 4 05

Description

Изобретение относитс  к области сварки, в частности к способам изготовлени  гасител  лавиин,го разрушени  магистральных трубопроводов высокого давлени ,

Целью изобретени   вл етс  повышение технологичности конструкции гасител  J снилсение стоимости его изготовлени  и повышение эффективности предотвращени  разрушени  трубопровода .

На фиг Л представлен гаситель полученный предлагаемым способом; на фиг.2 - развертка трубы гасител  со схемой геометрического расположени  наплавленных валиков металла (D - номинальный диаметр трубы трубопровода ); на фиг.З эпюра распределени  остаточных напр жений в металле стенки гасител  в зоне наплавленного валика по поперечному сечени5о вали ка металла; на фиг.4 - эпюра распределени  остаточньк напр жений металла в сечение торцовой трехслойной на плавки по радиальной плоскости| на фиг.5 - эпюра распределени  остаточных напр жений в металле в сечении .трехслойного шва по радиальной плоскости ,

Пример. Гаситель изготовл ли из двух отрезков трубы 1 диаметром5 соответствующим диаметру трубопрово-- да, D номинальмзЕЙ 1400 мм, с толщиной стенки 20 мм, общей длиной 6200 мм (фиг.1). В качестве материала стенки трубы использовали углеродистую сталь с содержанием углерода 20% (прин та дл  всех труб данного трубопровода)о

Отрезки трубы 1 сваривали трехслойным швом 2, выполненным из трех слоев 3-5 металла с наружньм и внутренним диаметрами1 равными соответствующим диаметрам отрезка трубы 1, и толщиной каждого сло  (в осевом направлении отрезка трубы 1). Слои 3s 5 металла, прилегающие к торцам стенки отрезка трубы 1s -ВЫПОЛНЯЛИ электродуговой наплавкой на эти торцы сварочной проволокой марки СВ-04Х19Н1ШЗэ а размещенный между ними слой металла 4  вл етс  металлом соед,инительного сварного шва, вьтолненного электродом или сварочной проволокой марки св-ОбХ14о На каждый наружный торец стенок отрезка трубы 1 наплавл ли участки 6, 7j кажю

15 20

25

30

35

40

45

50

55

дый из которых также выполн ли из трех слоев металла 8-10, при этом слой 8 металла, наплавленный непосредственно на металл стенок отрезка трубы 1 и торцовый слой 10 наплавленного металла, выполнен сварочной проволокой марки СВ--06Х14, а размещенный между ними слой металла 9 выполнен сварочной проволокой марки СВ-04Х19Н11МЗо Внутренний и наружный диаметр всех слоев металла 8 - ;0 торцовых соответственно равны внутреннему и наружному диаметрам отрезка трубы 1, а каждый из этих слоев 8, 9, 10 имеет толщину (в осевом направлении отрезка трубы 1), равную I1i 1 мм.

На поверхности труб 1 наплавл ли приемами электродуговой наплавки под флюсом (фиг.2) с использованием в качестве электродов сварочной проволоки марки СВ-04Х19Н11МЗ, диаметром 2,0 мм валики II, 12 металла шириной 12± 1 мм на режимах наплавки, обеспечивающих глубину зоны проплав- лени  основного металла стенки трубы 1 в пределах 8± 1,5 мм. Валики 11 выполнены по правой спирали, валики 12 по левой спирали.

Спиральные линии наплавки валиков П, 2 обоих направлений выполн ли с переменным шагом спирали, плавно измен ющимс  от величины, близкой к бесконечности, непосредственно р дом с торцами труб, до величины, близкой к нулю, вблизи трехслойного шва 2, при этом условное среднее значение шага спиральной линии каждого валика 11, 12 обоих направлений обеспечивают на длине трубы 1 угловое перемещение спирали по окружности трубы на 180 , Непосредственно вблизи торцов валики 11, 12 наплавленного металла с противоположными направлени ми спиралей начинали попарно из одной точки, причем эти точки начала каждой пары разнонаправленных спиралей валиков II, 12 размещали по окружности трубы 1 равномерно через 90°.

С цель удобства транспортировки к гасителю могут быть приварены с каждого торца отрезки стандартных труб трубопровода (на чертежах показаны пунктиром), обеспечивающие равенство совместной с ними длины гасител  стандартной длине трубы

иого диаметра, В этом случае соединительные торцовые швы выполн ютс  электродами марки св-06Х14 и замен ют собой наружные слои металла 10.

После выполнени  всех наплавочных и сварочных операций гаситель со всем.и сварными (наплавными) элементами об зательно подвергали отпуску путем нагрева до 620-680° и после- дующего охлаждени  на воздухе. В результате осуществленного отпуска при наличии заданной разницы коэффициентов теплового расширени  (металл стенки трубы (сталь с 20% С) -14 10 ед/гр.; металл сварочной проволоки (СВ-04Х19НПМЗ) - 18-10 ед/гр; металл сварочной проволоки (св-06Х14) 11-10 ед/гр в металле стенки трубы в зоне расположени  наплавленных ва-. ликов 11, 12 металла создаютс  линейные (спиральные) дискретные зоны остаточных напр жений с максимальным значением величины остаточных раст жени  пор дка 250-300 мПа. (Эпюра ха рактера распределени  остаточных напр жений в поперечном сечении валиков 11, 12 представлена на.фиг.3). В металле наплавленных участков 6, 7 и 2 также создаютс  остаточные на- пр жени , при этом в сло х металла 4, 8, 10, вьтолненных наплавкой электродом марки СВ-06Х14, создаютс  остаточные напр жени  сжати , а в сло х металла 3, 5, 9 и в прилегающих к торцовым наплавленным участкам 6, 7 сло х основного металла стенки трубы 1 - остаточные напр жени  раст жени  Характер распределени  этих напр жений по поперечному сечению упом нуты слоев металла и максимальные значени  их величин, приведены на фиг.4,5

Гаситель работает следующим образом .

Гаситель вваривают в плеть трубопровода в заданном месте. Если гаситель имел пристыкованные к нему отрезки стандартной трубы, сварка в плеть осуществл етс  по технологии, используемой в строительстве трубопровода . Если гаситель поставл лс  к месту монтажа в трубопровод без пристыкованных отрезков стандартной трубы (Б этом случае в гасителе должны отсутствовать торцовые слои металла 10), сварка с сопр гаемыми с ним трубами в плеть трубопровода производитс  сварочной проволокой марки

17

СВ-06Х14, а металл зоны соединительного шва- и торцовых участков 6, 7 подвергаетс  местному отпуску, путем нагрева (например, индуктором про- мьгазленно й частоты) до указанной температуры (620-680 0).

В случае возникновени  местного разрушени  вне зоны расположени  гасител  в стенке трубопровода возникает быстрораспростран юща с  трещина . При подходе этой трещины к одном из торцов гасител  (конструкци  гасител  симметрична и направление подхода трещины не играет роли) вершина трещины встретит на своем пути слой 10 металла с существующими в нем остаточными напр жени ми сжати . В процессе проникновени  в слой 10 вершины трегцины величина напр жений от внешних сил, инициирующих собственно рост трещины, уменьшитс  на величину пор дка 200 МПа. Уменьшение величины раст гивающих напр жений, инициирующих развитие трещины, приведет к снижению скорости ее распространени . Аналогичное, хот  менее эффективное воздействие окажет на скорость развити  трешкны ее проникновение в слой 8 металла. В этом слое инициирующие развитие раст гивающие напр жени  уменьшатс  на величину, равную приблизительно 50% величины существовавших в слое 8 металла остаточных напр жений сжати . Скорость распространени  трещины еще более снизитс  . При дальнейшем распространении трещины в металле стенки трубы 1 ее вершина войдет в дискретную зону металла с остаточным напр жением раст жени  (зону металла стенки трубы с наплавленными валиком одной из спиралей , например спираль валика 11). В этой зоне вследствие стремлени  любой трещины развиватьс  по линии наименьшего сопротивлени , в качестве которой выступает дискретна  лини  максимальных остаточных напр жений раст жени , траектори  распространени  трещины изменитс . Разрушение стенки трубы 1 начнет осуществл тьс  не по пр мой, параллельной оси трубы, а по спиральной линии валика 11. Вход вершины трещины в дискретную зону металла валика 11, ослабленного остаточными напр жени ми раст жени , и поворот, изменение ее траектории, будет происходить под

острым углом пересечени  линий старой и новой траекторий о

Дальнейшее развитие трещины может осуществл тьс  двум  пут ми (выбор любого из них зависит 5 как указьша- лось выше, от внеиних случайных факторов и рассчитан быть не может) В одном случае развитие трепщны будет продолжатьс  по той спиральной зоне металла с остаточными нагф жени ми раст жени , в котор пп вошла вершина трещины, спирали валика 11 Развива сь по траектории спирали валика

11,трещина войдет в слой 3 гава 2., также наход щейс  под воздействием остаточных напр жений раст кани ., и разрежет стенку трубы 1 по слою 3 в поперечном направлеквть, В другом случае, трепщна после входа в дискретную зону спирали валика 11 будет развиватьс  по тректории этой спирали только до встречи точки па ;есе-- чени  дискретной спирали правого на- правлени  с дискретной спиралью за-- лика 12 левого направлени „ В точке пересечени  этих спирале.й трещина может раздвоитьс  и продо-пжать развиватьс  далее з вьще дзух третци);; одна - по траектории, определ емой спиралью валика i1; а втора  - по траектории , определ емой спиралью валика

12,В обоих случа х конечным результатом будет разрушение стенки трубы

1 в поперечном направлени: по слою 3 металла шва 2,

В обоих случа :ч; перехода трещины в слой 3 среднего ива 2 ее развитие будет осуп1ествл ть только до этому слою 3 (если только трещина FJR остановитс , не доход  до этого сло ), Расположенный р дом со слоем 3 матал ла с cymecTB ioiHiu-iH в нем остаточнь;ми напр жени ми сжати  будет игр;зть- ::;ол барьера, преп тствз юцего случайному выходу треиины кз сло  3 оша 2 з направлении jTOro сло  4 и талла„

Таким образом /тостигаетс  фЗ Н1-сцио нальна  задача решаема  1 а,сит:-: лау; - изменение траектории быстоораспро- стран ющейс  продольной треигины на траекторию, разрушающую трубу трубопровода в поперечном направлани 1.,3то обеспечено благодар  тому что гаситель имеет линейные зоны с прочность меньше прочности стенок трубы вне этих зон расположенных относительно оси трубы в виде винтовых сгсиралей

476176

противоположного направлени , и коль- певые наплавки на тордах указанного участка, вьтолненные из металла, прочностные свойства которого отличаютс  от прочностных свойств металла стенок трубы. Указанные линейные зоны образованы валиками металла с коэффидиентом теплового расширени 

10 большим, чем коэффидиент теплового расширени  металла стенки трубы, по крайней мере на 15%, которые наплавл ют на поверхность трубы приемами электродуговой наплавки, а на торjc цах указанного участка наплавл ют последовательно три сло  металла, каж,цый толщиной, в направлении оси трубы в пределах 0,5-1,0 толщины стенки трубы. При этом слои 8, 10 ме

7Q „талла имеют коэффидиент теплового расширени  меньше, чем металл стенки трубы, по крайней мере на 15%, а i слой 9, расположенный между ними,

выполнен из металла, коэффициент теплового расширени  которого равен коэффидиенту теплового расширени  основного металла стенки трубы или больше его. При этом внешний и внутренний диаметры кавдого сло  - равны соответственным диаметрам трубы . Предусматриваетс  также, что валик металла, образующий линейную зону меньшей прочности стенки, имеет ширину (по поверхности стенки

35 трубы)5 наход щуюс  в пределах 0,5- I

1,0 толцщны стенки, трубы, и наплавлен на стенку трубы с проплавлением основного металла трубы в месте расположени  наплавленного валика глубиною 0,4-0,8 толщины стенки трубы, Гаситель изготавливают из отрезков трубы длиною в пределах 4-5 диаметров трубы и соедин ют трехслойным швом 2, диаметр их равен соответствующим диаметрам трубы.. Толщина каждого сло  в направлении оси трубы находитс  в пределах 0,5-1,0 толщины стенки трубы. При этом два сло  3 и 5.металла выполн ют из металла, козффидиента теплового расширени  которого по крайней мере на 15% больше коэффидиента теплового расширени  основного металла стенки трубы, а расположенньш между ними слой 4 - из металла, коэффидиент теплового расширени  которого равен коэффидиенту теплового расширени  основного металла стенки трубы или меньше его.

40

45

50

Серийное производство гасител  - дл  его использовани  в магистральных трубопроводах может быть осуществлено без дополнительных капиталовложений на базе существующего оборудовани  дл  сварки труб с незначительной его переналадкой о В необходимых случа х возможно изготовление небольших количеств таких устройств непосредст венно в полевых услови х в процессе строительства трубопроводов с использованием ручной электросварки .

Использование подобных гасителей при их размещении в плети трубопровода даже на рассто ни х в несколько сотен метров его сооружени . В то же врем  локализаци , уменьшение прот женности возможного аварийного разрушени  плети трубопровода в услови х его эксплуатации существенно уменьшит стоимость восстановительного ремонта и ликвидации последствий аварии.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1, Способ изготовлени  гасител  лавинного разрушени  магистральных

   трубопроводов, при котором на отрезок трубы наваривают накладные элементы переменной кривизны, отличающийс  тем, что, с целью повышени  технологичности конструкции гасител , снижени  стоимости его изготовлени  и повьппени  эффективности предотвращени  разрушени  трубопровода , накладные элементы выполн ют наплавкой валиков из металла с

   коэффициентом теплового расширени , большим по крайней мере на 15% коэффициента теплового расширени  метал

   447617

   ла трубы, на один из торцов трубы наплавл ют последовательно три сло  металла каждьй толщиной 0,5-1,0 тол5 щины стенки трубы, средних из которых с коэффициентом теплового расширени , равным или большим коэффициентам теплового расширени  металла трубы, а два других - с коэффициен10 том теплового расширени  по крайней мере на 15Х меньшим, выполн ют по этой же технологии второй отрезок трубы, затем соедин ют эти два отрезка свободными от наплавки конца15 ми трехслойным швом, средний из которых - из металла с коэффициентом теплового расширени , равньм или меньшим коэффициента теплового расширени  металла трубы, а два других20 из металла с коэффициентом теплового расширени  на 15% большим, чем у металла трубы, причем каждый слой выполн ют шириной равной 0,5-1,0 толщины стенки трубы.

   30

   25
2. 2,Способ поп.1,отлича ю- щ и и с   тем, что накладные элементы в виде наплавленных валиков выполн ют шириной 0,5-1,0 толщины стенки трубы,
3. 3.Способ по ПП.1 и 2, отличающийс  тем, что каждый накладной элемент наплавл ют по спирали с переменным током, измен   его

   35 от значени , близкого к бесконечности в крайних торцовых зонах отрезков трубы, до значени , близкого к нулю в зоне расположени  св зывающего оба отрезка трубы трехслойного шва, 4о Способ попп„1 - 3, о тли- чающийс  тем, что каждый отрезок трубы вьшолн ют длиной, равной 2-2,5 диаметра трубы.

   40

   фиг.1

   3 9 0

   ()Jh

   фиг.г

   Фиг.з

   -гоомпа

   цзиг.З