Способ изготовления сварных трубопроводов и/или фитингов

 

Способ может быть использован при сооружении трубопроводов в нефтегазовой промышленности, энергетике, судостроении, коммунальном хозяйстве. После подготовки торцов трубы из высокопрочного чугуна и предварительного подогрева производят их сварку электрической дугой и термообработку. Присадочные прутки или проволоку изготавливают механическим путем из трубных заготовок из высокопрочного чугуна. В процессе термообработки осуществляют замедленное охлаждение сварного шва со скоростью не более 150^oС/мин. Используют присадочный пруток или проволоку с площадью поперечного сечения, равной (0,05-1,0) S², мм², где S - толщина стенки трубы, мм. Способ обеспечивает снижение склонности сварного соединения к трещинообразованию и повышение стойкости к динамическим нагрузкам. 4 з.п. ф-лы.

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.

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.

Более универсальны способы электродуговой сварки чугуна.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварных трубопроводов и/или фитингов, включающий подготовку торцов трубных заготовок из высокопрочного чугуна под сварку, предварительный подогрев, сварку торцов электрической дугой и термообработку, отличающийся тем, что сварку ведут с использованием присадочных прутков или проволоки, изготовленных механическим путем из трубных заготовок из высокопрочного чугуна, в процессе термообработки осуществляют замедленное охлаждение сварного шва со скоростью не более 150^oС/мин, причем присадочный пруток или проволоку берут с площадью поперечного сечения, равной (0,05... 1,0)S², мм², где S - толщина стенки трубы, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварку ведут с использованием присадочных прутков или проволоки, изготовленных механическим путем из трубных заготовок из труб той же партии, что и свариваемые трубы.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что присадочный пруток получают в следующей последовательности: трубную заготовку длиной, равной номинальной длине прутка, радиальными резами распускают на бруски, шириной 0,1-1,0 толщины стенки трубы и обтачивают поверхности прутков, соответствующие внутренней и внешней поверхностям трубной заготовки, на величину не менее 0,1 толщины стенки трубы.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что присадочный пруток получают в следующей последовательности: от торцов трубных заготовок из высокопрочного чугуна отрезают кольца шириной, равной 0,1-1,0 толщины стенки трубы, и из этих колец путем порезки, правки и пластического деформирования формируют присадочные прутки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед отрезкой кольца внутреннюю и внешнюю поверхности трубной заготовки обтачивают на величину не менее 0,1 толщины стенки трубы.