СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ ДЕТАЛИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ НАРУЖНОЙ КОНИЧЕСКОЙ РЕЗЬБЫ ТРУБЫ Российский патент 2009 года по МПК F16L57/00 

Изобретение относится к трубному производству, а именно к производству предохранительных деталей для защиты резьбовых концов труб нефтяного сортамента.

Известен способ изготовления предохранительных деталей (колец) для защиты резьбовых концов труб нефтяного сортамента от механических повреждений, предусматривающий прокатку стальной трубы-заготовки, нагрев конца трубы, обкатку и отделение заготовки от трубы с последующим нанесением на ней соответствующей резьбы [Козлов И.К. Безотходная технология изготовления деталей для предохранения резьбы труб нефтяного сортамента. // Бюллетень «Черная металлургия», 1987, Вып.20 (1048), с.3].

Недостатками известного способа являются значительные трудоемкость и металлоемкость изготовления, большой вес деталей, необходимость использования сложного оборудования для образования резьбового профиля. Себестоимость изготовления возрастает также за счет значительных отходов металла в стружку и концевую обрезь.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ изготовления предохранительных деталей, включающий изготовление упругого внутреннего элемента и наружного металлического корпуса, выполненного в виде втулки или разъемной детали, фиксируемой в рабочем положении на резьбовом конце трубы с помощью эксцентрикового замка [Авт. св. СССР № 1638070, М. кл. (5) B65D 59/06, опубл. 30.03.1991].

Недостатками способа по прототипу являются: сложность изготовления разъемного корпуса в связи с наличием эксцентрикового замка и невозможность обеспечения с его помощью надежного соединения предохранительного изделия с защищаемой резьбой, а в случае выполнения корпуса в виде втулки - необходимость протачивания ее по внутренней поверхности на точный конус, соответствующий конусу резьбового конца трубы.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении надежности защиты резьбы трубы от повреждения и коррозии, а также простоте и экономичности их изготовления.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе изготовления предохранительной детали для защиты наружной конической резьбы трубы нефтяного сортамента, включающем формирование защитного металлического корпуса, формирование неметаллического вкладыша, формирование плотного соединения защитного металлического корпуса с неметаллическим вкладышем и формирование резьбы, при формировании защитного металлического корпуса соединение его кромок осуществляют сваркой плазменной дугой, центр пятна нагрева которой расположен на линии стыка кромок, расстояние от сопла плазматрона до поверхности заготовки устанавливают 2,5-3,2 мм, напряжение дуги 20-25 В, сила тока дуги 110-130 А, скорость сварки 0,01-0,025 м/сек, а неметаллический вкладыш, внутренняя поверхность которого выполнена с резьбовым профилем, контактирующим с защищаемой резьбой, получают методом впрыска расплавленного эластомера, например, полиэтилена высокого давления с температурой 160-180°С в литьевую форму с вертикальным разъемом и горизонтально расположенным резьбообразующим знаком с выдержкой с течение 25-95 сек, при этом извлечение неметаллического вкладыша из литьевой формы производят обратным движением рабочей плиты термопластавтомата при охлаждении полиэтилена до температуры 50-80°С, а для изготовления корпуса используют низкоуглеродистую ленту толщиной не более 2,0 мм с содержанием, мас.%: углерода 0,05-0,15%, с временным сопротивлением разрыву σ_в, равным 32-45 кг/мм², и относительным удлинением 65 не менее 17%.

Предлагаемый способ изготовления предохранительной детали для защиты наружной конической резьбы трубы осуществляют следующим образом.

Моток холоднокатаной низкоуглеродистой ленты устанавливают в разматыватель установки для производства защитных металлических корпусов предохранительных деталей, при этом используют ленту толщиной не более 2,0 мм с содержанием, мас.%: углерода 0,05-0,15%, с временным сопротивлением разрыву σ_в, равным 32-45 кг/мм², и относительным удлинением δ₅ не менее 17%. После правки и резки из ленты получают заготовки в виде прямоугольных пластин размером 73-115×218-563 мм, которые сворачивают (формируют в обечайки) наружным диаметром 71-181 мм (в зависимости от размера защищаемой резьбы) с высотой, равной ширине пластины. Кромки заготовки соединяют встык и совмещают в одной плоскости друг с другом, при этом допускается смещение кромок друг относительно друга (депланация) не более 0,1S, где S - толщина пластины, мм. Затем обечайки подвергают сварке плазменной дугой с использованием защитного газа.

Перед началом сварки подают охлаждающую жидкость, плазмообразующий и защитный газы в плазмотрон с установлением необходимых расходов. Плазмотрон при этом устанавливают над линией стыка кромок на высоте 2,5-3,2 мм. Затем включают дежурную дугу, нормальный режим горения которой характеризуется непрерывным факелом, соосным оси канала плазмообразующего сопла. Далее включают плазмотрон и после возбуждения основной дуги, центр пятна нагрева которой расположен на линии стыка кромок, начинают его продольное перемещение вдоль стыка кромок и производят их сварку в заданном режиме с напряжением дуги 20-25 В, силой тока 110-130 А и скоростью сварки 0,01-0,025 м/с. После окончания сварки плазмотрон некоторое время поддерживают над точкой окончания сварки для защиты газом остывающего металла шва.

В заявляемом способе в качестве материала неметаллического вкладыша используют эластомер, например полиэтилен высокого давления, а отливку производят на однопозиционных машинах для литья под давлением термопластичных материалов (термопластавтоматах).

Гранулированный полиэтилен загружают в бункер-дозатор термопластавтомата и включают нагреватели. При достижении необходимой температуры расплавления полиэтилена (160-180°С) шнеком питателя расплавленный полиэтилен подводят в головку. Перед этим в рабочую зону термопластавтомата устанавливают и крепят соответствующим образом подготовленную и выставленную литьевую форму с вертикальным разъемом и горизонтально расположенным резьбообразующим знаком, к которой подводят охлаждающую жидкость с давлением не более 0,4 МПа.

После этого начинают процесс формирования неметаллического вкладыша, при котором рабочую плиту подводят к литьевой форме до вхождения головки в литниковую втулку. Далее включается питатель и происходит впрыск расплавленного полиэтилена в рабочее пространство литьевой формы. Продолжительность выдержки под давлением порции расплавленного полиэтилена в литьевой форме в зависимости от размера и конструкции вкладыша составляет 25-95 с, что достаточно для выполнения пластификации, после завершения которой температура полиэтилена составляет 50-80°С. Затем включают обратный ход рабочей плиты термопластавтомата и происходит разведение подвижных частей литьевой формы с извлечением отлитого вкладыша путем его «срыва» с резьбообразующего знака.

Формирование плотного соединения защитного металлического корпуса с неметаллическим вкладышем осуществляют предварительной закаткой вовнутрь «в бурт» одного из торцов обечайки, размещают внутри него неметаллический вкладыш до упора в полученный бурт и осуществляют просечку стенки корпуса в нескольких местах с образованием лепестков, которые отгибают внутрь до врезания в наружную поверхность вкладыша, что приводит к соединению деталей.

После формирования плотного соединения готовая предохранительная деталь проходит испытания на соответствие ГОСТ 632-80, ГОСТ 633-80 и API 5CT (8 издание).

Применяемая при формировании металлического защитного корпуса холоднокатаная низкоуглеродистая лента обладает высокими пластическими свойствами и способна подвергаться холодной деформации с сохранением формы, задаваемой инструментом без пружинения.

Использование при сварке плазменной дуги с применением защитного газа позволяет получить высокое качество и прочность сварного шва без непроваров и засорений его шлаковыми включениями. Данный процесс в связи с небольшой толщиной свариваемых кромок характеризуется проникающей дугой со сквозным проваром. При этом металл в сварочной ванне удерживается от вытекания за счет сил поверхностного натяжения. Режим сварки проникающей дугой позволяет получить шов, ширина которого находится в пределах диаметра плазмообразующего сопла с гладкой внутренней поверхностью и небольшим (1,5-2,0 мм) усилением его верхней части.

Использование в способе эластомера, например полиэтилена высокого давления, объясняется большими динамическими нагрузками на трубу при транспортировке, которое выдерживает только эластомер большой жесткости, которым является полиэтилен. Одновременно при навертке вручную предохранительной детали на защищаемую резьбу благодаря антифрикционным свойствам эластомера, достаточно усилия 4-5 кг, чтобы осуществить требуемую операцию.

Изготовление неметаллического вкладыша методом литья (впрыска) позволяет получить изделие, внутренний резьбовой профиль которого, как и наружная поверхность, выполнены с высокой степенью точности и чистоты, заданной инструментом без механической обработки, что, в свою очередь, позволяет получить высокую степень защиты резьбы трубы от повреждений и коррозии и надежность крепления вкладыша в корпусе.

Резьбовой профиль вкладыша не повторяет профиль защищаемой резьбы и соответствует ей только по шагу. Высота, профиль резьбы и количество витков позволяют осуществить извлечение резьбового вкладыша из литьевой формы обратным ходом рабочей плиты термопластавтомата и «срыв» его с резьбообразующего знака при температуре полиэтилена 50-80°С, когда он сохраняет высокую эластичность, а витки резьбы сохраняют свою целостность.

Заявляемый способ позволяет получить предохранительные детали, обеспечивающие надежную защиту конической резьбы труб, в том числе труб нефтяного сортамента от повреждения и коррозии при их транспортировке и эксплуатации у потребителя, а также простоту и экономичность их изготовления.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Способ опробован в промышленных условиях.

Проведены промышленные испытания, которые включали производство партии предохранительных деталей(колец) с наружными защитными металлическими корпусами, выполненными по заявляемому способу, для 57-тонных обсадных труб диаметром 146 мм с резьбой ОТТМ из пластин толщиной 1,7 мм размером 115×490 мм, свернутых в обечайки наружным диаметром 158 мм со сваркой кромок плазменной дугой, изготовление полиэтиленовых вкладышей на однопозиционных машинах для литья под давлением термопластичных материалов (термопластавтоматах) мод. Д 3132-250П, Д 3134-500П, Д 3136-1000, ЛПД 500/160 и их сборку с испытаниями, последующую навертку предохранительных деталей на трубы и отгрузку потребителю. Транспортировка предохранительных деталей на нефтяные промыслы и отсутствие претензий у потребителя показали полную надежность защиту резьбы, отсутствие на ней повреждений и следов коррозии.

Способ изготовления предохранительной детали для защиты наружной конической резьбы трубы нефтяного сортамента. Технический результат - обеспечение надежности защиты резьбы трубы от повреждения и коррозии, а также простота и экономичность их изготовления. Способ включает формирование защитного металлического корпуса, формирование неметаллического вкладыша, формирование плотного соединения защитного металлического корпуса с неметаллическим вкладышем и формирование резьбы, при этом при формировании защитного металлического корпуса соединение его кромок осуществляют сваркой плазменной дугой, центр пятна нагрева которой расположен на линии стыка кромок, расстояние от сопла плазмотрона до поверхности корпуса устанавливают 2,5-3,2 мм, напряжение дуги 20-25 В, сила тока дуги 110-130А, скорость сварки 0,01-0,025 м/сек, а неметаллический вкладыш, внутренняя поверхность которого выполнена с резьбовым профилем, контактирующим с защищаемой резьбой, получают методом впрыска расплавленного эластомера, например, полиэтилена высокого давления с температурой 160-180°С в литьевую форму с вертикальным разъемом и горизонтально расположенным резьбообразующим знаком с выдержкой с течение 25-95 сек, при этом извлечение неметаллического вкладыша из литьевой формы производят обратным движением рабочей плиты термопластавтомата при охлаждении полиэтилена до температуры 50-80°С. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления предохранительной детали для защиты наружной конической резьбы трубы, включающий формирование защитного металлического корпуса, формирование неметаллического вкладыша, формирование плотного соединения защитного металлического корпуса с неметаллическим вкладышем и формирование резьбы, отличающийся тем, что при формировании металлического защитного корпуса соединение его кромок осуществляют сваркой плазменной дугой, центр пятна нагрева которой расположен на линии стыка кромок, расстояние от сопла плазматрона до поверхности заготовки устанавливают 2,5-3,2 мм, напряжение дуги 20-25 В, сила тока дуги 110-130 А, скорость сварки 0,01-0,025 м/с, а неметаллический вкладыш, внутренняя поверхность которого выполнена с резьбовым профилем, контактирующим с защищаемой резьбой, получают методом впрыска расплавленного эластомера, например полиэтилена высокого давления, с температурой 160-180°С в литьевую форму с вертикальным разъемом и горизонтально расположенным резьбообразующим знаком, с выдержкой в течение 25-95 с, при этом извлечение неметаллического вкладыша из литьевой формы производят обратным движением рабочей плиты термопластавтомата при охлаждении полиэтилена до температуры 50-80°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для изготовления корпусов используют стальную низкоуглеродистую ленту толщиной не более 2,0 мм, с содержанием углерода 0,05-0,14 мас.%, с временным сопротивлением разрыву σ_в, равным 32-45 кг/мм², и относительным удлинением δ₅ не менее 17%.