Способ изготовления гасителя лавинного разрушения магистральных трубопроводов

 

Изобретение относится к сварке, в частности к способам изготовления гасителя для предотвращения распространения быстроразвивающихся продольных трещин в стенках магистральных трубопроводов. Цель изобретения - создание высокотехнологичного гасителя с использованием в качестве основного конструктивного элемента отрезка стандартной трубы (Т) трубопровода , повышение эффективности предотвращения его разрушения. В стенке Т вьшолняют спиралеобразные линейные зоны с прочностью металла (М), отличающейся от прочности ocHOBHoro М стенки Т. Зоны образуют электродуговой наплавкой на поверхность стен- , ки Т валиков М с коэффициентом теплового расширения, отличающимся от основного М стенки, и последующим отпуском М этих зон После охлаж,цения Т в указанных зонах образуются дискретные линейные участки М с остаточным напряжением растяжения. Гаситель располагают в общей плети Т трубопровода В случае распространения по стенке трубопровода быстроразвивающейся продольной трещины при ее проникновении в стенку устройства и вхождении вершины в линейную спиралеобразную зону М, подверженного остаточным напряжениям растяжения, дальнейшее развитие трещины проходит по траектории, определяемой спиралью этой зоны. Стенка Т разрушается с одновременным прекращением развития трещины. Предусматривается выполнение на торцовых участках Т гасителя кольцевых вставок М, которые находятся под воздействием остаточных напряжений сжатия. Это уменьшает скорость проникновения трещины в стенку устройства, 3 з,По ф-лы, 5 ил. 5 (Л 4 4 05

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

44 1

А1 51) 4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4239377/31-27 (22) 18.05.87 (46) 30.12.88. Бюл. ¹ 48 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) А.Н.Бабаев и А.А.Бабаев (53) 621.791.011(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1074686, кл.--В 23 К 28/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹- 1016120, кл. В 23 К 28/00, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАСИТЕЛЯ

ЛАВИННОГО РАЗРУШЕНИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ

ТРУБОПРОВОДОВ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к способам изготовления гасителя для предотвращения распространения быстроразвивающихся продольных трещин в стенках магистральных трубопроводов, Цель изобретения— создание высокотехнологичного гасителя с использованием в качестве основного конструктивного элемента отрезка стандартной трубы (Т) трубопровода, повышение эффективности предотвращения его разрушения. В стенке Т выполняют спиралеобразные линейные зоны с прочностью металла (М), отличающейся от прочности основного

M стенки Т. Зоны образуют электродуговой наплавкой на поверхность стенки Т валиков М с коэффициентом теплового расширения, отличающимся от основного М стенки, и последующим отпуском М этих зон. После охлаждения

Т в указанных зонах образуются дискретные линейные участки М с остаточным напряжением растяжения. Гаситель располагают в общей плети Т трубопровода. В случае распространения по стенке трубопровода быстроразвивающейся продольной трещины при ее проникновении в стенку устройства и вхождении вершины в линейную спиралеобразную зону М, подверженного остаточным напряжениям растяжения, дальнейшее развитие трещины проходит по траектории, определяемой спиралью этой зоны. Стенка Т разрушается с одновременным прекращением развития трещины. Предусматривается выполнение на торцовых участках Т гасителя кольцевых вставок М, которые находятся под воздействием остаточных напряжений сжатия. Это уменьшает скорость проникновения трещины в стенку устройства. 3 з.п. ф-лы, 5ил.

14476)7

Изобретение относится к области сварки, в частности к способам изготовления гасителя лавинн,.го разрушения магистральных трубопроводов вы5 сокого давления.

Целью изобретения является повышение технологичности Конструкции гасителя, снижение стоимости его изготовления и повышение эффективности IQ предотвращения разрушения трубопро— вода.

На фиг.l представлен гаситель полученный предлагаемым способом, на фиг.2 — развертка трубы гасителя со )5 схемой геометрического расположения наплавленных валиков металла (В номинальный диаметр трубы трубопровода); на фиг.З вЂ” эпюра распределения остаточных напряжений в металле 2Q стенки гасителя в зоне наплавленного валика по поперечному сечению вали- ка металла; на фиг.4 — эпюра распре— деления остаточных напряжений металла в сечение торцовой трехслойной на- 25 плавки по радиальной плоскости; на фиг.5 — эпюра распределения остаточ- ных напряжений в металле в сечении .трехслойного шва по радиальной плоскости, ЗQ

Пример, Гаситель изгОтовляли из двух отрезков трубы 1 диаметром, соответствующим диаметру трубопровода, Э номинальный 1400 мм, с. толщиной стенки 20 мм, общей длиной Зг б200 мм (фиг. 1). Б качестве материЯла стенки трубы испОллзовали углеродистую сталь с copep ". àíIIем углерода 20Х (принята для всех труо данного трубопровода). 40

Отрезки трубы 1 сваривали трехслойным швом 2„ выполненным из трех слоев 3 — 5 металла с наружным и внутренним диаметрами равными соот9 ветствующим диаметрам отрезка трубы

1, и толщиной каждого слоя 12+1 5 мм (в осевом направлении Отрезка трубы 1). Слои 3, 5 металла, прилегающие к торцам стенки отрезка трубы 1, .ВыпОлняли электрОдуговОЙ няплавкОЙ на эти торцы свяроч:-Ой проволокой марки св-04Х19Н11МЗ„ а размещенный между ними слой металла 4 является металлом соединительного сварного шва, выполненного электродом или сварочной проволокой марки св-06Х)4. На каждый наружный торец стенок отрезка трубы 1 наплавляли участки б, 7, кяждый из которых также выполняли из трех слоев металла 8 — I O при этом слой 8 металла, наплавленный непосредственно ня металл стенок отрезка трубы 1 и торцовый слой 10 наплавленного металла, выполнен сварочной проволокой марки св-ОбХ14, а размещенный между ними слой металла 9 выполнен сварочной проволокой марки св-04Х)9НIIМЗ. Внутренний и наружный диаметр всех слоев металла 8— ,0 торцовых соответственно равны знутреннему и наружному диаметрам отрезка трубы 1, а каждый из этих слоев 8, 9, IQ имеет толщину (в осевом направлении отрезка трубы 1), равную 11 4- 1 мм.

На поверхности труб 1 наплавляли приемами электродуговой наплавки под флюсом (фиг.2} с использованием в качестве электродов сварочной проволоки марки св-04Х19Н)IМЗ, диаметром

2„0 мм валики 11, 12 металла шириной 12 - 1 мм на режимах наплавки, обеспечивающих глубину зоны проплавления 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

11, 12 обоих направлений выполняли с переменным шагом спирали, плавно изменяющимся от величины, близкой к бесконечности, непосредственно рядом с торцами труб, до величины, близкой к нулю, вблизи трехслойного шва 2, при этом условное среднее значение шага спиральной линии каждого валика )1, 12 обоих направлений обеспечивают на длине трубы 1 угловое перемещение спирали по окружности о трубы на 180 . Непосредственно вблизи торцов валики 11 12 наплавленного металла с противоположными направлениями спиралей начинали попарно из одной точки, причем эти точки начала каждой пары разнонаправленных спиралей валиков 11, 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 (ня чертежах показаны пунктиром), обеспечивающие равенство совместной с ними длины гасителя стандартной длине трубы дан:1

14 ного диаметра. В этом случае соединительные торцовые UlHbl выполняются электродами марки св-06Х14 и заменяют собой наружные слои металла 10.

После выполнения всех наплавочных и сварочных операций гаситель со всеми сварными (наплавными) элементами обязательно подвергали отпуску о путем нагрева до 620-680 и последующего охлаждения на воздухе. В результате осуществленного отпуска при наличии заданной разницы коэффициентов теплового расширения (металл стенки трубы (сталь с 207 С) — 14

6 10 ед/гр.; металл сварочной проволоки (св-04Х19Н11ИЗ) — 18 10 ед/гр, 1металл сварочной проволоки (св-06Х14)

1l"10 ед/гр в металле стенки трубы в зоне расположения наплавленных ва-. ликов 11, 12 металла создаются линейные (спиральные) дискретные зоны остаточных напряжений с максимальным значением величины остаточных растяжения порядка 250-300 мПа. (Эпюра характера распределения остаточных напряжений в поперечном сечении валиков ll, I : представлена на фиг.3).

В металле наплавленных участков 6, 7 и 2 также создаются остаточные напряжения, при этом в слоях металла

4, 8, 10, выполненных наплавкой электродом марки св-06Х14 создаются остаточные напряжения сжатия, а в слоях металла 3, 5, 9 и в прилегающих к торцовым наплавленным участкам 6, 7 слоях основного металла стенки трубы

1 — остаточные напряжения растяжения.

Характер распределения этих напряжений по поперечному сечению упомянутых слоев металла и максимальные значения 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 осуществляется по технологии, используемой в строительстве трубопровода, Если гаситель поставлялся к месту монтажа в трубопровод без пристыкованных отрезков стандартной трубы (в этом случае в гасителе должны отсутствовать торцовые слои металла 10), сварка с сопрягаемыми с ним трубами в плеть трубопровода производится сварочной проволокой марки

476!7 св-06Х14, а металл зоны соединительного шва. и торцовых участков 6, 7 подвергается местному отпуску, путем нагрева (например, индуктором промьппленной частоты) до укаэанной температуры (620-680 С).

Б случае возникновения местного разрушения вне зоны расположения гасителя в стенке трубопровода возникает быстрораспространяющаяся трещина. При подходе этой трещины к одному из торцов гасителя (конструкция гасителя симметрична и направление подхода трещины не играет роли) вершина трещины встретит на своем пути слой

10 металла с существующими в нем остаточными напряжениями сжатия. В процессе проникновения в слой 10 вершины трещины величала напряжений от внешних сил, инициирующих собственно рост трещины, уменьшится на величину порядка 200 MIa. Уменьшение величины растягивающих напряжений, инициирую- щих развитие трещины, приведет к снижению скорости ее распространения.

Аналогичное, хотя менее эффективное воздействие окажет на скорость развития трещины ее проникновение в слой

8 металла. В этом слое инициирующие развитие растягивающие напряжения уменьшатся на величину, равную приблизительно 50Х величины существовавших в слое 8 металла остаточных напряжений сжатия. Скорость распространения трещины еще более снизится. При дальнейшем распространении трещины в металле стенки трубы 1 ее вершина войдет в дискретную зону металла с остаточным напряжением растяжения (зону металла стенки трубы с наплавленными валиком одной из спиралей, например спираль валика 11).

В этой зоне вследствие стремления любой трещины развиваться по линии наименьшего сопротивления, в качестве которой выступает дискретная линия максимальных остаточных напряжений растяжения, траектория распространения трещины изменится, Разрушение стенки трубы 1 начнет осуществляться не по прямой, параллельной оси трубы, а по спиральной линии валика 11. Вход вершины трещины в дискретную зону металла валика ll ослабленного остаточными напряжениями растяжения, и поворот, изменение ее траектории, будет происходить под

447

5 1 острым углом пересечения ли .II÷ старой и новой траекторий.

Дальнейшее развитие трещины может осуществляться двумя путями (выбор любого из них зависит,, кяк укязь.-,-,>лось выше, от внешних случайных факторов и рассчитан быть не ;-!к»кет). .8 одном случае развитие трепгя>.ы будет продолжаться по той спиояльной зо,.-:.е металла с остаточными напря>кениями растяжения в которую вошла вер!!г ня трещины спирали в "лика 11 язвиваясь по траектории спир = ê вяпикя

11, трещина войдет в слой . швя 2, также находящейся под во"- д= âèåì остаточных напря>кений рас Tÿ>iения, H

"разрежет" стенку трубы 1 по ло.- 3 в поперечном напрявх:ен--:и. -ругослучае трещина после входя в дис-,-ретную зону спирали вяпикя 11 будет развиваться по тректории э"..ой сн! ра-. ли только до встре и точк;.=: пересе-чения дискретной спирали правокo .".!вправления с дискретной спиралью ва:лика 12 левого направления, !, то:::.;е пересечения этих спиралей пещиня может раздвоиться II продолжат 1>8.3 BH—

Вяться далее 3 в де .i-:у„х тоеn!!! . !>!к на — по траектории, oпределяемой спиралью валика 11, а вторая †;..;.o .-.> .åêтории, определяемой с.:прялью вя!,Икя

Ц ОбОИХ СпсттIg як КОНЕ гч; >м pà >ir-,-., татом будет рязпушеь- -;p ст":-к-, тр ;бь. в поперечно . нгпряв.пе:-и>- ко с !о;с 3 металла шва 2, В обоих случаях пере>--да треп:: ы в слой 3 среднего швя 2 е-;-::,язв т-е будет осуществлять толькo !,.о э".,. ;:, слою 3 (если только трещи. I„= о-тановится, не доходя до этогo с.-!к-.:-:).

Расположенный рядом с" слое . 3 ь. †. таяла с существуюшт-.".;:и = яеь ос:я"очными напряжениями ж тня будет и.:-о; ть >оль барьера препятств-;-!!> е!. о слу .;..::.:",з!!>. выходу тре.iiíI:. -::.. ".:!.оя .:-:.ип:-. 2 з направлении Зто1 v:JIG;-I —,, - - г.=.-JIB

Таким образом цостигяе =>-.:!> ".- кцио нальная задача., решаемая гяс,.!.:;:>те>>— изменение траектории быстьоряспвостраняющейся продольной трешинь! ня траекторию, разрушающую труб - T".óáoпровода в поперечн. м н-. ряв>!ени.::.,=-то обеспечено благо,царя толу,. IYG гаситель имеет линейные =-;îíû с про-.:ностью меньше прочности стенок трубы вне этих зон рясположеныых Относит:ль о оси трубы B виде ви; ковых сп--.рягей

617 6 противоположного направления, и кольцевые няплавки ня торцах указанного участка, выполненные из металла, прочностные свойства которого отли" чаются от прочностных свойств металла стенок трубы. Указанные линейные зоны образованы валиками металла с коэффициентом теплового расширения большим, чем коэффициент теплового расширения металла стенки трубы, по крайней мере на 15%, которые наплавляют "- я поверхность трубы приемами

-лектродуговой наплав-ы, а на торцах указанного участка наплавляют последовательно три слоя металла, каждый толщиной, в направлении оси трубы в пределах 0,5-1,0 толщины стенки трубы. При этом слои 8, 10 металла имеют коэффициент теплового расширения меньше, чем металл стенки трубы, по крайней мере на 15%, а ! слой 9, расположенный между ними, выполнен из металла, коэффициент теплового расширения которого равен Koэффициенту теплового расширения основного металла стенки трубы или больше его. При этом внешний и внутренний диаметры каждого слоя равнь! соответственным диаметрам трубы. Предусматривается также, что каждый валик металла, образующий линейную зону меньшей прочности стенки, имеет ширину (по поверхности стенки трубы), находящуюся в пределах 0,5-!

1 0 толщины стенки трубы, и наплавлен на стенку трубы с проплавлением основного металла трубы в месте рас,> положения наплавленного валика глубиною 0,4-0,8 толщины стенки трубы.

Гаситель изготавливают из отрезков трубы длиною в пределах 4-5 диаметров трубы и соединяют трехслойным швом 2,,цияметр их рявен соответствующим диаметрам трубы., Толщина каждого слоя в направлении оси трубы нахоцится-в пределах 0,5-1,0 толщины стенки грубы. При этом два слоя

3 и 5 металла выполняют из металла, коэффициента теплового расширения которого по крайней мере на 15% больII:e коэффициента теплового расширения основного металла стенки трубы, я расположенный между ними слой 4

3 из металла, коэффициент теплового расширения которого равен коэффициенту теплового расширения основного металла стенки трубы или меньше его.

14476

Серийное производство гасителя— для его использования в магистральных трубопроводах может быть осуществлено беэ дополнительных капиталовложений на базе существующего оборудования для сварки труб с незначительной его переналадкой, В необходимых случаях возможно изготовление небольших количеств таких устройств непосредс твенно в полевых условиях в процессе строительства трубопроводов с использованием ручной электросварки.

Использование подобных гасителей при их размещении в плети трубопровода даже на расстояниях в несколько сотен метров его сооружения. В то же время локализация, уменьшение протяженности возможного аварийного разрушения плети трубопровода в условиях его эксплуатации существенно уменьшит стоимость восстановительного ремонта и ликвидации последствий аварии.

17 8 ла трубы, на один из торцов трубы наплавляют последовательно три слоя металла каждый толщиной 0,5-1,0 толщины стенки трубы, средних из которых с коэффициентом теплового расширения, равным или большим коэффициентам теплового расширения металла трубы, а два других — с коэффициентом теплового расширения по крайней мере на 157 меньшим, выполняют по этой же технологии второй отрезок трубы, затем соединяют эти два отрезка свободными от наплавки концами трехслойным швом, средний из которьтх — из металла с коэффициентом теплового расширения, равным или меньшим коэффициента теплового расширения металла трубы, а два другихиз металла с коэффициентом теплового расширения на 15Х большим, чем у металла трубы, причем каждый слой выполняют шириной равной О, 5- 1,0 толщины стенки трубы.

35

Формула изоб рет ения

Способ изготовления гасителя лавинного разрушения магистральных трубопроводов, при котором на отрезок трубы наваривают накладные элементы переменной кривизны, о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения технологичности конструкции гасителя, снижения стоимости его изготовления и повышения эффективности предотвращения разрушения трубопровода, накладные элементы выполняют наплавкой валиков из металла с .коэффициентом теплового расширения, большим по крайней мере íà 15Х коэффициента теплового расширения метал2„Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что накладные элементы в виде наплавленных валиков выполняют шириной 0,5-1,0 толщины стенки трубы.

3, Способ по пп.l и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждый накладной элемент наплавляют по спирали с переменным током, изменяя его от значения, близкого к бесконечности в крайних торцовых зонах отрезков трубы, до значения, близкого к нулю в зоне расположения связывающего оба отрезка трубы трехслойного шва.

Способ по пп.l — 3, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждый отрезок трубы выполняют длиной, равной

2-2,5 диаметра трубы.

14476!7

144761 7

Составитель Л.Назарова

Техред Л.Олийнык Корректор М,Васильева

Редактор M.Öèòêèíà

Заказ 6790/17 Тираж 922 Подписное

ВНИНПН Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4