Способ сварки нагретым инструментом в раструб полимерных труб

Авторы патента:

Васильева Мария Александровна (RU)

Старостин Николай Павлович (RU)

Данзанова Елена Викторовна (RU)

Аммосова Ольга Александровна (RU)

Ботвин Глеб Владимирович (RU)

F16L13/02 - сварные соединения

Владельцы патента RU 2615890:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к сварке полимерных труб нагретым инструментом в раструб и может использоваться при сварке полипропиленовых труб при отрицательных температурах окружающего воздуха. Изобретение направлено на получение качественного сварного соединения без строительства специального сооружения. Технический результат достигается снижением остаточных напряжений в стенках трубы и муфты путем снижения неравномерности распределения температур в сварном раструбном соединении за счет предварительного градиентного подогрева с противоположных поверхностям сварки сторон трубы и муфты. 5 ил.

Область, к которой относится изобретение

Уровень техники

Известно техническое решение (1. СП 40-101-96. Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер»; введ. 09.04.96. - Официальное издание, Минстрой России. М.: ГУП ЦПП, 1997), заключающееся в оплавлении поверхности свариваемой трубы и раструба муфты с помощью гильзы и дорна инструмента, нагретого до или выше температуры плавления материала трубы, соединения после удаления инструмента оплавленных поверхностей и выдерживания определенное время, диктуемое скоростью охлаждения и релаксационными процессами в сварном соединении.

Недостатком данного технического решения является получение некачественного сварного соединения при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Известно техническое решение (2. Ведомственные строительные нормы по проектированию и монтажу внутренних систем водоснабжения из полипропиленовых труб «Рандом сополимер» (PPRC) ВСН 47-96; введ. 01.08.96. - М.: Ротапринт Мосоргстроя. 1996), в котором при необходимости выполнения сварочно-монтажных работ при температуре наружного воздуха ниже 0°C сварку труб следует производить в обогреваемых помещениях (п. 4.13).

Недостатком указанного способа является трудоемкость и большие затраты времени на строительство сооружения и на достижение регламентированной температуры воздуха внутри сооружения и на концах свариваемых полимерных труб и соединительных деталей.

Наиболее близким является техническое решение (3. Старостин Н.П., Аммосова О.А., Ботвин Г.В. Тепловой процесс сварки полипропиленовых труб в раструб при низких температурах // Сварка и диагностика. 2015. №6. С. 57-61), в котором при сварке полипропиленовых труб нагретым инструментом в раструб при отрицательных температурах окружающего воздуха, для обеспечения равномерного распределения температуры и снижения температурных напряжений в стенке свариваемых трубы и муфты, необходимо предварительно подогреть трубу на длину вылета, превышающую глубину раструба, и муфту на глубину раструба до температуры выше 20°С специальными сменными насадками для подогрева, устанавливаемыми к нагревательной пластине дополнительного сварочного аппарата. После подогрева свариваемые детали свободно охлаждаются для получения равномерного распределения температуры из допустимого для сварки интервала в стенках свариваемых концов трубы и муфты. После подогрева производится сварка при допустимых температурах (сварку полипропиленовых труб разрешается производить при температурах окружающего воздуха выше 0°С, полиэтиленовых труб от -15°С до +45°С). Остывание сварного соединения после сварки производится в теплоизоляционной камере. Толщина теплоизоляции рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить скорость остывания сварного соединения такую же, как при стандартной сварке в условиях положительных температур окружающего воздуха.

Недостатком данного решения является большой градиент температуры между свариваемым участком и холодной частью трубы, из-за которого возникают остаточные напряженные участки в сварном соединении.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является получение качественного сварного соединения полимерной трубы без строительства специального сооружения при отрицательных температурах окружающего воздуха.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в получении при низких температурах окружающего воздуха сварного шва со сниженными остаточными напряжениями в стенках трубы и муфты.

Существенные признаки, характеризирующие изобретение.

Ограничительные: перед сваркой предварительно подогревают концы свариваемых трубы и муфты, сварку производят путем оплавления наружной поверхности трубы и внутренней поверхности муфты инструментом, нагретым до или выше температуры плавления материала трубы, и соединения оплавленных свариваемых деталей после удаления инструмента. Охлаждение сварного шва и зоны трубы производят в теплоизоляционной камере.

Отличительные: предварительный подогрев трубы и муфты производят со стороны противоположной поверхности сварки, т.е. трубу подогревают со стороны внутренней поверхности, а муфту - со стороны наружной поверхности, до максимальной рабочей температуры свариваемых деталей (для полипропилена 95°С, для полиэтилена 80°С и т.д.).

Так как остаточные напряжения в стенках трубы и муфты появляются из-за неравномерности распределения температур, то снижение градиента температуры в области сварки снизит и температурные напряжения в стенках свариваемых деталей.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 приведена схема предварительного подогрева, сварки и остывания в теплоизоляционной камере полимерных труб. На фиг. 2 приведено распределение температуры по радиусу r раструбного сварного соединения в момент окончания сварки полипропиленовых труб марки PPRC PN20 63×10,5 при температурах окружающего воздуха Т_окр=20°С и Т_окр=-40°С.

Осуществление изобретения

Способ осуществляется следующим образом. На нагревательную пластину (1) дополнительного сварочного аппарата для раструбной сварки, нагретую до максимальной рабочей температуры полимера, устанавливаются насадки для предварительного подогрева конца трубы и муфты (2) (фиг. 1, а). Форма насадок такова, что подогрев осуществляется со стороны, противоположной поверхности сварки, труба (3) подогревается со стороны внутренней поверхности, муфта (4) со стороны наружной поверхности (фиг. 1, б). Подогрев производится до достижения температуры свариваемых поверхностей трубы и муфты до температуры из регламентированного интервала производства сварки (градиентный подогрев). Продолжительность градиентного подогрева находят решением задачи теплопроводности, исходя из температуры окружающего воздуха, теплофизических свойств и геометрических размеров трубы и соединительной детали (3. Старостин Н.П., Аммосова О.А., Ботвин Г.В. Тепловой процесс сварки полипропиленовых труб в раструб при низких температурах // Сварка и диагностика. 2015. №6. С. 57-61). Далее производят сварку нагретым инструментом (5) в раструб полимерных труб как при допустимых температурах (фиг. 1, в). Охлаждение производят в теплоизоляционной камере 6) (фиг. 1, г) определенных размеров, в которой за счет накопленной в процессе сварки теплоты сварного соединения поддерживается температура в регламентированном температурном интервале.

Пример. При сварке полипропиленовых труб марки PPRC PN20 диаметром 63 мм при температуре окружающего воздуха минус 40°С на пластину дополнительного сварочного аппарата, нагретую до 95°С (максимальная рабочая температура полипропилена) устанавливаются насадки (гильза и дорн), для предварительного подогрева. С помощью гильзы подогревается труба с внутренней стороны, с помощью дорна - муфта с наружной стороны. Продолжительность градиентного подогрева, согласно расчетам составила: для трубы - 420 с, для муфты - 360 с, поэтому подогрев трубы следуют начать на 60 с раньше для одновременного начала процесса нагрева (оплавления). Далее производится сварка нагретым до 270°С инструментом в раструб полипропиленовых труб.

На фиг. 2 приведено распределение температуры по радиусу раструбного сварного соединения в момент окончания сварки при температурах окружающего воздуха Т_окр=20°С и Т_окр=-40°С. Видно, что после сварки с предварительным градиентным подогревом при температуре окружающего воздуха - 40°С в середине сварного раструбного соединения такое же распределение температуры, как после сварки при Т_окр=20°С. Для поддержания необходимого темпа охлаждения производится выдержка сварного раструбного соединения в теплоизоляционной камере.

Таким образом, при указанных режимах сварка при отрицательных температурах окружающего воздуха с предварительным градиентным подогревом обеспечивает сниженние остаточных напряжений в стенках трубы и муфты.

Способ сварки полимерных труб, заключающийся в оплавлении предварительно подогретых трубы и муфты нагретым инструментом в раструб, соединении после удаления нагретого инструмента оплавленных поверхностей и выдерживании времени охлаждения в теплоизоляционной камере, отличающийся тем, что предварительный подогрев трубы и муфты производят с помощью гильзы и дорна, нагретыми до максимальной рабочей температуры свариваемых материалов со сторон, противоположных поверхностям сварки, до достижения температуры оплавляемых поверхностей из регламентированного интервала температур производства сварки.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано при сооружении трубопроводов для транспортировки жидких агрессивных сред, в частности для перекачки нефти, газо-конденсатной смеси и др.

Способ соединения деталей с покрытием // 2600152

Изобретение относится к способу соединения деталей с внутренним покрытием и может быть использовано в машиностроении, металлургии, оборудовании для АЭС и космической технике.

Способ изготовления металлической трубы с внутренней пластмассовой оболочкой // 2594039

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано при строительстве трубопроводов различного назначения, транспортирующих агрессивные среды.

Способ и устройство для нанесения защитного покрытия из полимерного материала на трубопровод // 2593619

Изобретение относится к способу нанесения защитного покрытия из полимерного материала на трубопровод. Способ содержит стадии продвижения каретки вдоль кольцевой траектории, проходящей вокруг продольной оси трубопровода, экструдирования защитного покрытия на каретку, наматывания защитного покрытия, по мере ее экструдирования, вокруг непокрытых концов труб на трубопроводе, пластифицирования полимерного материала на каретке.

Способ формирования подводного трубопровода при его прокладке // 2588930

Изобретение относится к способам формирования подводного трубопровода при его прокладке. При этом многослойные металлические трубные секции (2a, 2b), например с внутренним покрытием (6) коррозионностойким сплавом и с фасками на концах, стыкуют с концом трубопровода с формированием свариваемого кольцевого соединения (8).

Способ соединения труб с внутренним покрытием // 2580417

Изобретение может быть применено при строительстве трубопроводов из металлических труб с внутренним покрытием. Технический результат заключается в упрощении технологии соединения металлических труб с внутренним покрытием.

Сварное соединение труб с внутренним покрытием // 2570298

Использование: строительство трубопроводов из труб с внутренним покрытием при помощи сварки. Технический результат: надежное закрепление втулки в сварном соединении труб с внутренним покрытием c обеспечением надежности защиты сварного соединения труб с внутренним покрытием от коррозии.

Защитное полимерное покрытие // 2566779

Изобретение относится к способу соединения стальных труб с полимерным покрытием, включающему стадии получения сегментов трубы с полимерным покрытием, не содержащих покрытие на обоих концах; стадии сварки сегментов трубы с полимерным покрытием; нанесение отверждаемого полимера (А) на не содержащую покрытие зону сварных сегментов трубы с получением первого слоя покрытия; и нанесение полимерной композиции (В) на первый слой покрытия с получением верхнего слоя покрытия с толщиной от 0,5 до 10 мм, в котором полимерная композиция (В) имеет скорость течения расплава СТР2 в диапазоне от 1,0 до 6,0 г/10 мин, измеренная согласно ISO 1133 при температуре 190°С и нагрузке 2,16 кг, и включает в качестве основного компонента полимер, состоящий из (В-1) неэластомерного полиэтилена в количестве от 60 до 85 мас.% от общей массы композиции, который получают с помощью катализатора с единым центром полимеризации, и (В-2) эластомера, включающего сополимер этилена и по меньшей мере один полярный сомономер, при этом компонент (В-1) или компоненты (В-1) и (В-2) привиты с помощью кислотного прививающего агента.

Трубное устройство и способ // 2565002

Группа изобретений относится к трубному соединению. Трубное устройство содержит две трубы и муфту, причем обе трубы имеют внешнюю металлическую стенку и внутреннюю теплочувствительную футеровку из синтетического материала, а также обращенные друг к другу торцевые стороны, и соединены друг с другом посредством расположенной вне труб и приваренной по меньшей мере к одной трубе муфты.

Способ соединения труб с внутренним покрытием // 2554454

Изобретение относится к соединениям труб с внутренним покрытием. Технический результат заключается в упрощении технологии соединения труб с внутренним покрытием.

Заготовка для диффузионной сварки переходника титан-алюминий // 2620402

Изобретение может быть использовано для получения сварных конструкций из разнородных металлических материалов, в частности переходника титан-алюминий. Заготовка для проведения последующей диффузионной сварки в условиях горячего изостатического прессования содержит размещенные в капсуле титановую и алюминиевую заготовки. На свариваемой поверхности заготовки из титанового сплава выполнена рельефная насечка в виде выступов и канавок, имеющих одинаковый профиль и одинаковый радиус закругления, равный 1/2 высоты выступа. Количество периодов насечки на свариваемой поверхности заготовки из титанового сплава составляет не менее двух. Переходник, полученный при использовании этой заготовки, имеет прочноплотное диффузионное соединение со стабильными свойствами за счет равномерного распределения приложенной в процессе эксплуатации нагрузки, отсутствия концентраторов напряжения и увеличенной площади соединения. 4 ил.

Способ защиты от коррозии сварного соединения труб с внутренним антикоррозионным покрытием // 2621451

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при строительстве трубопроводов с внутренним полимерным покрытием. До нанесения внутреннего покрытия концы труб калибруют. В зоне калибровки размещают внутреннюю защитную втулку, имеющую на концах уплотнительные элементы, а в середине - центратор и кольцо из теплоизоляционного материала. В процессе сборки соединения полость между трубой и защитной втулкой герметизируют уплотнительными элементами. Уплотнительные элементы втулки снабжают подвижными шайбами, которые могут взаимодействовать с переходом между калиброванной и некалиброванной частями труб при сборке. Втулку снабжают конусами, расширяющимися к середине и выполненными с возможностью взаимодействия изнутри с уплотнительными элементами при сборке под действием шайб с герметизацией полости между трубой и защитной втулкой. Перед сборкой на уплотнительные элементы снаружи и изнутри наносят антифрикционный материал. Изобретение позволяет снизить трудоемкость за счет исключения двойной калибровки концов труб, обеспечить надежную защиту от коррозии сварных соединений трубопроводов с внутренним антикоррозионным покрытием, имеющих высокое рабочее давление, а также снизить силовую нагрузку при осевом стягивании труб. 1 ил.

Способ соединения труб, снабжённых внутренней оболочкой // 2626709

Изобретение относится к технологии соединения труб с внутренним покрытием. Способ соединения труб, снабженных внутренней оболочкой, с привариваемым наружным стаканом включает размещение на концах труб на длину зоны активного термического влияния сварки между внутренней поверхностью трубы и внутренней оболочкой термоизоляционного материала, стыковку внутренних оболочек, концы которых выступают за концы труб на длину, достаточную для герметичного соединения внутренних оболочек, с последующим их герметичным соединением свариванием, размещение над местом соединения труб стакана с последующим присоединением его концов к трубам сваркой. Внутреннее пространство между торцами труб, стаканом и внутренней оболочкой заполняют материалом, обладающим адгезией как к материалу трубы и стакана, так и к материалу внутренней оболочки. Материал для заполнения пространства между торцами изготавливают из термопластичного материала в виде патрубка длиной, меньшей суммарной длины соединяемых выступающих концов внутренней оболочки на величину, необходимую на сжатие этих концов при сварке. Патрубок размещают над выступающими концами внутренних оболочек перед свариванием торцов внутренних оболочек, которое производят нагревом концов внутренних оболочек и патрубка с одновременным продольным сжатием труб до взаимодействия их торцов с торцами патрубка. Изобретение обеспечивает достаточную надежность и долговечность соединения внутренней оболочки за счет увеличения площади сварного соединения как по внутренней оболочке, так и по торцам трубы, что предохраняет трубы от отслоения внутренней оболочки в районах стыков и приводит к значительному увеличению межремонтного периода. 2 ил.

Способ ремонта трубопровода, смонтированного из труб с внутренним покрытием // 2628972

Изобретение относится к ремонту трубопроводов с внутренним покрытием. В способе ремонта трубопровода, смонтированного из труб с внутренним покрытием, вырезают и удаляют неисправный участок. Затем внутри концов трубопровода устанавливают обечайки из высоколегированной коррозионностойкой стали, которыми перекрывают внутреннее покрытие трубопровода, и закрепляют их путем раздачи в радиальном направлении. После подготовки концов трубопровода для соединения сваркой устанавливают в свободное пространство катушку с внутренним покрытием. Размеры катушки соответствуют диаметру и толщине стенки трубопровода, а ее концы также плакированы обечайками из высоколегированной коррозионностойкой стали. Катушку соединяют с концами трубопровода сваркой по технологии сварки двухслойных сталей. На обечайках со стороны торцов катушки и трубопровода могут быть сделаны утолщения путем размещения колец из высоколегированной коррозионностойкой стали. На обечайках со стороны внутреннего покрытия катушки и трубопровода могут быть установлены уплотнительные элементы. На обечайки со стороны внутреннего покрытия катушки и трубопровода может быть нанесен герметик на основе термореактивных или термопластичных пластмасс. Технический результат: повышение надежности защиты от коррозии ремонтируемого участка трубопровода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы (варианты) // 2634644

Группа изобретений относится к производству труб, используемых при изготовлении и строительстве трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды. Способ изготовления коррозионно-стойкой трубы включает присоединение к концам стальной трубы или трубы из нержавеющей стали сваркой встык наконечников из нержавеющей стали. Наконечники, имеющие длину 50-150 мм и толщину, равную толщине трубы, со стороны прямой кромки присоединяют к концам трубы с применением прессового метода сварки в твердой фазе. Образующееся после сварки усиление удаляют до величины 0,5-2,0 мм. На внутреннюю поверхность стальной трубы с перекрытием по крайней мере части длины наконечников наносят антикоррозионное покрытие. Технический результат: упрощение способа изготовления коррозионно-стойкой трубы при повышении ее коррозионной стойкости за счет повышения механической прочности и пластичности сварного соединения трубы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

Корпус запала для ручной гранаты и способ его изготовления // 2638670

Изобретение относится к области взрывателей для боеприпасов, в частности запалов для ручных гранат. Корпус запала для ручной гранаты содержит верхнюю часть и нижнюю часть, выполненные из пластмассы и соединенные путем сварки оплавлением, и бандаж с внутренним пазом, охватывающий сварной шов. Верхняя часть и нижняя часть выполнены из полиэтилена. Бандаж выполнен в виде кольца из алюминиевого сплава. При изготовлении корпуса запала для ручной гранаты обеспечивают контакт верхней и нижней частей корпуса и осуществляют их соединение путем сварки оплавлением. В процессе сварки оплавлением на сварной шов устанавливают бандаж. Сварку оплавлением можно осуществлять посредством нагретого бандажа. Прочность данной конструкции корпуса обеспечивает целостность запала при его падении в составе имитатора ручной гранаты на такие преграды, как асфальтовое покрытие и бордюрный камень, с высоты 35 м. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.