Способ дуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов) магистральных трубопроводов Российский патент 2018 года по МПК B23K9/235 B23K31/02 B23K101/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к способам приварки с применением электродуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов), применяемых при строительстве, реконструкции и ремонте трубопроводов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей для распределения транспортных потоков.

Известны способы сварки тройниковых соединений дуговыми методами сварки такими, как ручная дуговая, штучными электродами, полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, автоматическая под флюсом или в среде защитного газа проволокой сплошного сечения, самозащитной порошковой проволокой.

Уровень техники

Известен способ сварки прямых врезок в виде углового соединения патрубка с трубой, причем тройник разрезной с патрубком усиливающим для трубопроводов состоит из полумуфты нижней. Патрубок усиливающий установлен на дефектный участок трубы и приварен одним концом к трубе, на патрубок усиливающий установлена полумуфта верхняя, причем полумуфта верхняя изготовлена с помощью штамповки в заводских условиях, а к ней присоединена полумуфта нижняя, при этом вся конструкция приварена к ремонтируемой трубе кольцевыми угловыми швами. Верхняя полумуфта приварена к патрубку усиливающему кольцевым угловым швом, а на патрубок усиливающий сверху приварено стыковым кольцевым швом эллиптическое днище (см. патент РФ на полезную модель № RU 114744, опубл. 10.04.2012; МПК: F16L 1/00).

Недостатком данного способа является невозможность разгрузить зону вокруг технологического кольца при его изготовлении от концентрации возникающих при этом напряжений.

Известен способ сварки углового соединения патрубка с трубой, при котором узел присоединения ответвлений трубопровода, содержащий корпус и отводы, преимущественно цилиндрической формы, причем в корпусе и в отводах выполнены цилиндрические отверстия, сквозные в отводах, а отводы приварены к корпусу кольцевыми швами. При этом корпус выполнен в виде параллелепипеда, на гранях корпуса соосно отверстиям в нем выполнены выточки глубиной 0,05-0,2 наружного диаметра отвода, соответствующего данной выточке, отводы вставлены в выточки, а на стыки торцов отводов с корпусом, внутри отверстий в отводах наложены герметизирующие сварные швы (см. заявку №94029182/06, опубл. 20.06.1996, МПК: F16L 41/02).

Недостатком данного способа является низкая технологичность процесса изготовления изделия при его монтаже на трассе, а также невозможность разгрузить зону вокруг технологического кольца от концентрации напряжений.

Причинами, препятствующими получению технического результата, которые обеспечиваются изобретением, являются высокий уровень остаточных сварочных напряжений в зоне сплавления сварного шва с металлом трубы и, как следствие, низкая стойкость в этой зоне сварного соединения к образованию горячих, холодных и усталостных трещин. Кроме того, ширина сварного шва не обеспечивает восстановления несущей способности в ослабленной окрестности отверстия основной трубы.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании способа сварки тройниковых соединений (велдолетов) с сохранением несущей способности магистральных трубопроводов.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении качества сварного соединения за счет получения равнопрочного наплавленного металла, что повышает его сопротивляемость к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов и повышает несущую способность и ресурс трубопровода.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что способ дуговой сварки тройниковых соединений (велдолетов) магистральных трубопроводов с применением дуговой сварки с контролируемым тепловложением при наложении сварных валиков характеризуется тем, что осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С, нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, механические свойства которого по критериям относительного удлинения на 18-35% превышают механические свойства основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, наложение сварных валиков по контуру разделки кромок, формирующих наплавленный пояс общей шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С, охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения разделку кромок под сварку осуществляют под углом 15-45 градусов.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения охлаждение сварного соединения осуществляют со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения предварительный подогрев кромок осуществляют на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения сварку осуществляют путем наложения 80-130 сварных валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 30-50%.

Сведения, подтверждающие реализацию изобретения

Заявляемое изобретение применяется при строительстве, ремонте и реконструкции магистральных трубопроводов, предназначенных для транспортировки нефти и нефтепродуктов.

Способ сварки велдолетов с применением дуговой сварки из сталей с временным сопротивлением разрыву от 335 до 550 MПa с контролируемым тепловложением при наложении сварных валиков осуществляется следующим образом:

1. Осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета предпочтительно под углом 15-45 градусов, что обеспечивает удобство работы сварочным инструментом.

2. Осуществляют предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С предпочтительно на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия, что обеспечивает снижение скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

3. Наносят на поверхность разделки кромок велдолета промежуточный слой наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, механические свойства которого по критерию относительного удлинения на 18-35% превышают механические свойства основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, что обеспечивает создание промежуточного пластичного слоя, исключающего образование при нанесении сварных валиков подваликовых трещин. Кроме того, промежуточная наплавка металла исключает возможность образования трещин между сварными слоями и основным металлом велдолета.

4. Осуществляют наложение сварных валиков в количестве 80-130 по контуру разделки кромок с перекрытием от 30 до 50%, формирующих наплавленный пояс общей шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы, что обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной отверстием зоне магистральной трубы. При этом в процессе сварки осуществляют выдержку межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С для снижения скорости охлаждения, влияющей на структуру и остаточное напряжение в сварном соединении.

5. Далее охлаждают сварное соединение предпочтительно со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С путем наложения теплоизолирующего пояса, что обеспечивает получение оптимальной феррито-перлитной структуры с высокой ударной вязкостью и отсутствие закалочных структур мартенситного и бейнитного классов, отличающихся низкой трещиностойкостью, это обеспечивает снижение уровня остаточных сварочных напряжений и их равномерное распределение по периметру стыка, поэтому не требует проведения послесварочной термической обработки.

Таким образом, предлагаемый способ сварки позволяет получить равнопрочное сварное соединение, снизить остаточные сварочные напряжения в сварном соединении, повысить его вязкостные и пластические свойства за счет предотвращения образования закалочных структур, повысить сопротивляемость к образованию холодных трещин. Ширина сварного шва обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной технологическим отверстием зоне магистральной трубы.

Сварка выполняется электродами типа Э50А, Э55 по ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75.

С целью определения работоспособности конструкции и ее оптимальных характеристик были проведены натурные опытные работы в производственных условиях при температурах окружающего воздуха в диапазоне от плюс 15 до плюс 20°С включительно. Труба диаметром 1220 мм из стали 09Г2С с толщиной стенки 22 мм из стали класса прочности К56 с вырезанным отверстием под установку велдолета была сварена с велдолетом в заводских условиях. Неразрушающий контроль показал отсутствие дефектов сварочного происхождения, а также механических повреждений и трещин.

В результате были установлены параметры технологии сварки, указанные в таблице 1.

Применение предложенного способа обеспечивает получение равнопрочного наплавленного металла с высоким металлургическим качеством и высокими вязкостными и пластическими свойствами, что повышает его сопротивляемость к образованию горячих, холодных и усталостных трещин на линии сплавления основного и наплавочного металлов. Ширина сварного шва обеспечивает восстановление несущей способности тройникового соединения в ослабленной отверстием зоне магистральной трубы.

Изобретение относится к способу дуговой сварки тройникового соединения магистрального трубопровода в виде трубы и велдолета. Выполняют технологическое отверстие в трубе. Осуществляют разделку кромок под сварку, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С и нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм. Затем осуществляют наложение сварных валиков по контуру разделки кромок с формированием наплавленного пояса шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы и охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса. При этом при нанесении промежуточного слоя используют металл, механические свойства которого по критерию относительное удлинение на 18-35% превышают механические свойства по критерию относительное удлинение основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла. Наложение сварных валиков осуществляют с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ дуговой сварки тройникового соединения магистрального трубопровода в виде трубы и велдолета, характеризующийся тем, что выполняют технологическое отверстие в трубе, осуществляют разделку кромок под сварку по периметру велдолета, предварительный подогрев кромок в диапазоне температур от 150 до 200°С, нанесение на поверхность разделки кромок велдолета промежуточного слоя наплавленного металла толщиной от 4 до 7 мм, наложение сварных валиков по контуру разделки кромок с формированием наплавленного пояса шириной не менее 2,5 толщины стенки трубы и охлаждение сварного соединения путем наложения теплоизолирующего пояса, при этом при нанесении промежуточного слоя используют металл, имеющий относительное удлинение на 18-35%, превышающее относительное удлинение основного металла трубы и сварных слоев наплавленного металла, а наложение сварных валиков осуществляют с выдержкой межслойной температуры между накладываемыми валиками сварного шва в диапазоне температур от 50 до 250°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделку кромок под сварку осуществляют под углом 15-45 градусов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение сварного соединения осуществляют со скоростью 30-45°С в час до температуры 45-55°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный подогрев кромок осуществляют на ширину не менее 200 мм по контуру технологического отверстия.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку осуществляют путем наложения 80-130 сварных валиков, при этом каждый последующий валик перекрывает предыдущий на 30-50%.