СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2004 года по МПК B23K28/02 B23K31/02 B23K101/10 

Изобретение относится преимущественно к области энергомашиностроения и может быть использовано при последующей за сваркой обработке трубопроводов АЭС и в других отраслях техники.

Известен способ снижения остаточных сварочных напряжений трубопровода путем перераспределения их за счет индукционного нагрева, т.е. нагрева трубопровода снаружи с помощью индуктора до контролируемой температуры, в то время как внутри трубопровод омывается холодной водой. (Промежуточный отчет по подэтапу: “Анализ рекомендаций по предотвращению растрескивания сварных соединений трубопроводов из аустенитной стали (по материалам NUREG 0313)”, Международный центр по ядерной безопасности, Москва, Россия, 1997 г., стр.72).

Недостатком известного способа является применение сложного дорогостоящего и крупногабаритного оборудования, что затруднительно в условиях действующих АЭС.

Известен также способ снижения остаточных сварочных напряжений в металле сварного шва трубопровода, сваренного встык концами один к другому окружным швом, заключающийся в механическом обжатии трубопровода в радиальном направлении с помощью кольцевого устройства, разрезного в осевом направлении и приводимого в действие с помощью внешнего механизма. В процессе обжатия происходит перераспределение напряжений по длине и сечению трубопровода, что приводит к уменьшению уровня осевых растягивающих напряжений на внутренней поверхности трубопровода в области сварного шва (Патент США №4, 612, 071, МПК: С 21 Д 8/00, от 09.16.86 г.).

Недостатками известного способа являются значительное время предварительной подготовки процесса обжатия, необходимое для обмера поперечного сечения трубы и подбора специальных дорогостоящих кольцевых прокладок, что увеличивает материальные затраты и время нахождения персонала в радиоактивной зоне. Кроме того, относительно большие габариты приспособления не позволяют использовать его в труднодоступных местах действующей АЭС.

Заявляемое решение позволяет снизить остаточные сварочные напряжения на внутренней поверхности трубопровода и тем самым предотвратить коррозионное растрескивание трубопроводов АЭС, изготовленных из аустенитной стали. При этом отпадает необходимость в обмере поперечного сечения трубы, подборе и использовании специальных кольцевых прокладок, подбираемых индивидуально к каждому стыку. Тем самым значительно уменьшается время предварительной подготовки процесса обжатия, что в условиях АЭС снижает радиационные нагрузки на персонал. Кроме того, исключается вероятность повреждения трубопровода в случае ошибки при подборе специальных кольцевых прокладок даже на трубопроводе со значительной овальностью, что существенно повышает надежность. Для реализации предложенного способа расход материала (нить) составляет около 2 кг на один стык стоимостью 2000 руб./кг, что по сравнению с известным способом приводит к повышению экономичности.

Предложен способ снижения остаточных сварочных напряжений трубопровода, включающий обжатие трубопровода в радиальном направлении на расстоянии от сварного стыка, при этом обжатие производят путем обмотки трубопровода предварительно натянутой высокопрочной нитью.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема реализации предложенного способа.

Схема включает трубопровод 1, имеющий окружной сварной шов 2, обмотку из высокопрочной нити 3.

Способ состоит в следующем. Трубопровод 1 на расстоянии “X” от сварного шва 2 обматывают высокопрочной нитью. Нить в процессе намотки поддерживают в натянутом состоянии, в результате чего в ней создаются растягивающие напряжения. Напряжения от отдельных витков суммируются, в результате чего нить образует сжимающее трубопровод 1 кольцо 3. Нити и жгуты из волокна на различной основе имеют высокие механические свойства и позволяют получать высокие контактные давления на обматываемой поверхности и тем самым добиться перераспределения напряжений по сечению и длине трубопровода 1, что, в свою очередь, приводит к уменьшению уровня осевых растягивающих напряжений на внутренней поверхности данного трубопровода в области сварного шва 2.

Высота обмотки “Н” зависит от усилия натяжения нити в процессе намотки, механических характеристик материала трубопровода и величины необходимого уменьшения остаточных напряжений на внутренней поверхности трубопровода 1 в зоне сварного шва 2. Расстояние от центра шва до центра обмотки “X” выбирается таким образом, чтобы зона сварного шва находилась в области максимального уменьшения растягивающих напряжений на внутренней поверхности трубопровода в процессе обмотки. Данное расстояние для конкретного материала трубопровода, его диаметра и толщины стенки определяется расчетным путем либо экспериментально при помощи тензодатчиков, путем измерения напряжений на внутренней поверхности пробного трубопровода в процессе намотки.

Пример конкретного исполнения предлагаемого способа. Для проведения испытаний использовалась труба внешним диаметром 325 и толщиной стенки 16 мм из стали 08Х18Н10Т. Для обмотки использовался жгут из армидного волокна “Армос-600”, ТУ6-12-172, производства ОАО “КАМЕНСКВОЛОКНО”. Ширина обмотки составила 57 мм, высота 23 мм. Усилие натяжения жгута в процессе намотки было на уровне ~80 кг. При этом уменьшение внешнего диаметра трубы составило 2,8 мм, что составляет ~1%. Наклеенные на внутренней поверхности трубопровода тензодатчики зафиксировали уменьшение уровня осевых напряжений на величину более 220 МПа, что вполне достаточно для предотвращения коррозионного растрескивания трубопровода в зоне сварного стыка. Расстояние от центра обмотки до центра области уменьшения растягивающих напряжений на внутренней поверхности трубопровода составило 60 мм.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и используется при последующей за сваркой обработке трубопроводов АЭС и в других отраслях техники. Трубопровода обжимают в радиальном направлении на расстоянии от сварного стыка. Обжатие производят путем обмотки трубопровода предварительно натянутой высокопрочной нитью. Это позволит снизить остаточные сварочные напряжения на внутренней поверхности трубопровода и тем самым предотвратить коррозионное растрескивание трубопроводов АЭС. 1 ил.

Способ снижения остаточных сварочных напряжений трубопровода, включающий обжатие трубопровода в радиальном направлении на расстоянии от сварного стыка, отличающийся тем, что обжатие производят обмоткой трубопровода из предварительно натянутой высокопрочной нити.