СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 1997 года по МПК F16L58/00 

Изобретение относится к способам выполнения сварных соединений металлических изделий, имеющих защитные покрытия, и предназначенные для использования, преимущественно в нефтегазодобывающей промышленности и коммунальном хозяйстве при монтаже трубопроводов, например, из эмалированных или с иным покрытием труб путем сварки их концевых участков.

Изобретение может быть использовано также в других отраслях народного хозяйства, например в машиностроении, при выполнении сварных соединений металлических изделий, имеющих плоские, круглые и иные формы поверхности с нанесенными на них защитными покрытиями.

Известен способ соединения эмалированных труб, согласно которому на концевые участки внутренней поверхности труб наносят слой коррозионностойкой стали переменного сечения с уклоном к торцу трубы, затем производят эмалирование остальной трубы и после проверки сплошности эмалевого покрытия стыкуют трубы путем наложения сварного шва (авт.св. СССР N 372403, кл. F 16 L 13/02, 1969г.)
Однако указанный известный способ не обеспечивает получение коррозионностойкого сварного шва, т.к. ввиду разности коэффициентов термического расширения материала изделия и коррозионностойкой стали в месте перехода от тела трубы к наплавленному слою образуются трещины и нарушается сплошность защитного покрытия, а при сварке происходит перемешивание материалов трубы, наплавки электрода, в результате чего снижается коррозионная стойкость сварного шва.

Кроме этого, данный способ требует дополнительной механической обработки концов труб перед сваркой, что значительно повышает трудозатраты.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ нанесения защитного покрытия на внутреннюю поверхность трубопровода (авт.св. СССР N 1239445, кл. H 16 L 58/00, 1994). Согласно этому способу внутреннюю поверхность трубы подвергают очистке, затем на внутреннюю, а также торцевую поверхности конца трубы наносят один и тот же металлокерамический самофлюсующийся сплав, например ПГ СР 2, толщиной 300-500 мкм, причем длина покрытой этим сплавом части конца трубы должна превышать длину зоны термического воздействия сварки. Затем на внутреннюю поверхность трубы наносят защитное покрытие, например смолу, эмаль, стекло и др. и подготовленные таким методом две трубы соединяют электродуговой сваркой, причем в образовании сварного шва участвует самофлюсующийся сплав, нанесенный на торцевую поверхность трубы.

Однако указанный известный способ не обеспечивает получения качественного сварного соединения, т.к. образующийся сварной шов является недостаточно прочным ввиду образования в нем хрупких фаз в структуре, и характеризуется низкой коррозионной стойкостью ввиду его высокой гетерогенности (неоднородности).

Задачей изобретения является повышение прочности сварного шва и его коррозионной стойкости во всем его объеме.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе сварного соединения металлических изделий с защитным покрытием на их поверхности, включающим очистку поверхности изделия, подготовку предназначаемых к сварке торцевых поверхностей изделий путем нанесения на них участвующего в образовании сварного шва материала, нанесение самофлюсующего сплава на обращенную к шву концевые поверхности изделий со стороны защитного покрытия на длину, превышающую зону термического воздействия сварки, последующее нанесение защитного термического покрытия на поверхность изделия и выполнение сварного шва между подготовленными к сварке торцевыми поверхностями соединяемых изделий, нанесение на торцевые поверхности изделий участвующего в образовании сварного шва материала и нанесение на обращенные к шву концевые поверхности изделий со стороны нанесения защитного покрытия самофлюсующегося сплава производят последовательно, а в качестве участвующего в образовании сварного шва материала используют коррозионностойкую сталь, которую на предназначенную для сварки торцевую поверхность изделия наносят в виде сплошного валика толщиной и шириной не менее 2,5 мм.

Благодаря совокупности предложенных нами существенных признаков заявляемого технического решения и обеспечивается выполнение качественного сварного шва, а именно: высокопрочного и коррзионностойкого во всем его объеме. Это достигается, по-видимому, благодаря следующему.

В образовании сварного шва в предлагаемом способе участвует коррозионностойкая сталь, нанесенная на торцевую поверхность изделия, и материал сварного электрода. Эти два материала близки по своему химическому составу и в процессе сварки формируют однородную структуру сварного шва без включения боридов по границам зерен металла, т.к. самофлюсующийся сплав не будет попадать в сварной шов. И благодаря этому повышается прочность шва, а также обеспечивается его высокая коррозионная стойкость во всем его объеме.

Кроме того, между материалом сварного шва и самофлюсующимся сплавом будет отсутствовать контактная коррозия, т.к. разность стационарных потенциалов между ними незначительна и составляет всего 10 мВ, что также повышает коррозионную стойкость шва.

Вместе с этим на границе основного металла изделия и наплавляемого самофлюсующегося сплава в предлагаемом способе не будет наблюдаться нарушения сплошности ввиду их близких по величине коэффициентов термического расширения, будет обеспечена хорошая эмалируемость самофлюсующегося покрытия и плавность перехода от тела изделия к слою самофлюса (толщина слоя увеличивается от 0 до 1,5 мм на длине 35 мм).

Для практической реализации предлагаемого способа осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:
производят очистку поверхности изделия известными способами, например дробеструйным;
наносят, например, путем наплавления на свариваемые торцевые поверхности изделий коррозионностойкую сталь в виде сплошного валика толщиной и шириной не менее 2,5 мм;
затем наносят самофлюсующийся сплав на обращенные к шву концевые поверхности изделий со стороны защитного покрытия на длину, превышающую зону термического воздействия сварки;
далее нанося защитное покрытие, например эмаль, на защищаемую поверхность изделия;
выполняют сварной шов между подготовленными к сварке торцевыми поверхностями изделий.

Пример
На торец трубы диаметром 114 мм с толщиной стенки 10 мм из стали 10 электродуговой наплавкой электродом ОЭЛ-6 диаметром 3 мм при токе 80 А наплавляют валик толщиной и шириной 2,5 мм. Торец и внутреннюю поверхность трубы очищают дробеструйным способом. На внутреннюю поверхность трубы напыляют порошок самофлюсующегося сплава марки ПР Н77х15СЗР2 3 с помощью газовой горелки, работающей на пропане. Длина напыленного слоя ( от наплавленного валика ) составляет 35 мм, а толщина его постоянно увеличивается от 0 до 1,5 мм к торцу. Оплавление самофлюсующегося покрытия проводят непосредственно после напыления с помощью газовой горелки. Таким же методом подготавливают другой конец трубы. После этого внутреннюю поверхность трубы покрывают кислотостойкой безгрунтовой стеклоэмалью 155Т по известной технологии (температура обжига эмали 860-880^oC). Подготовленные таким методом трубы соединяют ручной электродуговой сваркой электродами ОЗЛ-6 диаметром 3 мм при токе 120 А в два прохода. Зазор между торцами труб при сварке 2 мм.

Из сваренных таким способом труб изготавливали образцы для измерения твердости, металлографические шлифы и образцы для испытания сварного соединения на статическое растяжение.

Данные о характеристиках сварного шва, выполненного предлагаемым и известным по прототипу способами, приведены в таблице.

Данные, приведенные в таблице, подтверждают, что сварной шов, выполненный по предлагаемому способу, значительно прочнее известного и характеризуется более высокой коррозионной стойкостью во всем своем объеме (этот показатель у предлагаемого шва такой же, как у коррозионностойкой стали, в то время как и у известного значительно ниже).

Применение заявляемого способа в различных областях народного хозяйства обеспечит получение гарантированного коррозионностойкого и механически прочного сварного соединения и, например, при монтаже трубопровода позволит получить трубопроводы высокой надежности, при эксплуатации которых будут исключены их аварийные порывы, что обеспечит значительный эффект в охране окружающей среды. Предлагаемый способ не требует значительных затрат дефицитных материалов и энергии.

Использование: строительство трубопроводов из эмалированных и с другими покрытиями труб. Сущность изобретения: при выполнении сварного соединения металлических изделий с защитным покрытием на их соединяемые торцовые поверхности наносят сплошные валики из коррозионностойкой стали толщиной и шириной не менее 2,5 мм, а на прилегающие концевые поверхности изделий наносят защитное покрытие из самофлюсующегося сплава. 1 табл.

Способ выполнения сварного соединения металлических изделий с защитным покрытием на их поверхности, включающий очистку поверхности изделия, подготовку предназначаемых к сварке торцевых поверхностей изделий путем нанесения на них участвующего в образовании сварного шва материала, нанесение самофлюсующегося сплава на обращенные к шву концевые поверхности изделий со стороны защитного покрытия на длину, превышающую зону термического воздействия сварки, последующее нанесение защитного покрытия на поверхность изделия и выполнение сварного шва между подготовленными к сварке торцевыми поверхностями соединяемых изделий, отличающийся тем, что нанесение на торцевые поверхности изделий участвующего в образовании сварного шва материала и нанесение на обращенные к шву концевые поверхности изделий со стороны нанесения защитного покрытия самофлюсующегося сплава производят последовательно, а в качестве участвующего в образовании сварного шва материала используют коррозионно-стойкую сталь, которую на предназначенную к сварке торцевую поверхность изделия наносят в виде сплошного валика толщиной и шириной не менее 2,5 мм.