Патент на изобретение №2244613

(54) СПОСОБ СВАРКИ СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов и может найти применение при строительстве магистральных и заводских трубопроводов больших диаметров как с большой, так и с малой толщиной стенок преимущественно в нефтедобывающей и газодобывающей промышленности, а также в ракетостроении. На кромках свариваемых труб выполняют разделку с притуплением. Трубы собирают и центрируют. Перед сваркой выполняют подогрев концевого участка трубы длиной 50 мм, изготовленной с отрицательным допуском, до выравнивания его диаметра с диаметром конца трубы, изготовленной с положительным допуском. Подогрев осуществляют путем установки на конец трубы, изготовленной с отрицательным допуском, нагревателя. Осуществляют электроконтактную сварку или электродуговую сварку стыков труб. Изобретение позволяет обеспечить сварку трубопроводов высокого качества за счет улучшения прочностных характеристик сварного шва, а также увеличение производительности сварочно-монтажных работ за счет исключения операций селективного подбора труб с примерно равными диаметрами их концов, изготовленных на трубных заводах с нормативными допусками на их диаметры. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам сварки стыков труб при изготовлении трубопроводов и может найти применение при строительстве магистральных и заводских трубопроводов больших диаметров как с большой, так и с малой толщиной стенок преимущественно в нефтедобывающей и газодобывающей промышленности, а также в ракетостроении.

Известны способы сварки трубопроводов большого диаметра стыковой электроконтактной сваркой труб в непрерывную нитку (см., например, SU 938488, В 23 К 11/04, 30.11.1983, или 541615, В 23 К 31/02, 15.03.1977, или 904940, В 23 К 11/04, 18.02.1982). Известны способы изготовления трубопроводов дуговыми методами сварки такими, как ручная дуговая штучными электродами, полуавтоматическая сварка порошковой проволокой, автоматическая под флюсом или в среде защитного газа (см., например, “Руководящие технические материалы по сварке, термообработке и контролю трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте оборудования тепловых электростанций” РТМ-1С-81. Минэнерго СССР, М., Энергоиздат, 1982, с.24-46, 50, 54, 65-70).

Использование стыковой контактной сварки и дуговой сварки обеспечивает высокое качество сварного стыка при условии, если концы труб имеют одинаковый диаметр. В случае сварки труб различных диаметров образуется дефект так называемой “губы”, что приводит к ухудшению прочностных характеристик трубопровода.

Известен способ сварки труб различных диаметров, при котором выравнивают концы труб, для чего концевую часть трубопровода меньшего диаметра экспандируют в конусный раструб с наружным диметром, равным или несколько превышающим диаметр другой трубы, затем выполняют сборку стыка и сварку кольцевым швом (см. JP 59-50988, B 23 K 31/06, F 16 L 13/02, 24.03.1984). Однако данный способ требует использование громоздкого оборудования, большие трудозатраты, и, кроме того, при отклонении в диаметрах труб после экспандирования после сварки остается вероятность появления вышеупомянутого дефекта.

Наиболее близким к данному изобретению принят известный способ сварки стыков трубопроводов, включающий выполнение разделки кромок с притуплением концов свариваемых труб, сборку стыка, центрирование и сварку (см. O’Donell Jonn p. Automatic welding at sea “Oil and gas”, 1971, 69, №16, 114-116, 121, 125).

Данному способу присущи те же недостатки, о которых упоминалось ранее. Для получения высокого качества сварки стыков трубопроводов необходимо иметь при сварке равные диаметры труб.

В основу данного изобретения поставлена задача обеспечить сварку трубопроводов высокого качества за счет улучшения прочностных характеристик сварного шва, а также увеличение производительности сварочно-монтажных работ за счет исключения операций селективного подбора труб с примерно равными диаметрами их концов, изготовленных на трубных заводах с нормативными допусками на их диаметры.

Для этого способ сварки стыков трубопроводов осуществляют следующим образом: выполнят разделку кромок с притуплением концов свариваемых труб, сборку стыка, центрирование и сварку, при этом после сборки стыка и центрирования перед сваркой выполняют подогрев концевого участка трубы меньшего диаметра длиной 50 мм до выравнивания его диаметра с диаметром конца трубы большего диаметра, для чего на конец трубы меньшего диаметра устанавливают нагреватель.

Кроме того, выполняют электродуговую сварку корневого шва и заполнение основной части разделки или осуществляют электроконтактную сварку стыка труб, после чего выполняют удаление наружного и внутреннего грата.

На фиг.1 представлен собранный стык при максимально неблагоприятном сочетании диаметров труб (т.е. труба “А” изготовлена с максимально допустимым отрицательным допуском, а труба “Б” – с максимально допустимым положительным допуском); на фиг.2 – собранный стык из труб при любом сочетании их диаметров после подогрева согласно заявленному способу; на фиг.3 – вид сварного стыка, сваренного согласно заявленному способу контактной стыковой сваркой после снятия грата; на фиг.4 – вид сварного стыка, полученного заявленным способом дуговой сваркой.

На трубных заводах России трубы изготавливают по следующим техническим условиям:

1) трубы диаметром 1020 мм изготавливают прямошовными по ТУ 14-3-1573-96 из стали 10Г2ФБ и по ТУ 14-ЗР-28-99 из стали 06ГФБАА, при этом допуск на диаметры для них составляет ±1,6 мм; 2) трубы диаметром 1220 мм изготавливают двухшовными по ТУ 14-3-1698-200 из стали 17Г1С-У с допуском на диаметр ±1,6 мм; 3) трубы диаметром 1420 мм изготавливают по ТУ 14-3-1363-97 из стали 10Г2ФБ с допуском на диаметр ±2 мм, а по требованию заказчика ±1,6 мм.

Исходя из вышеприведенных допусков на диаметры труб очевидно, что 4 при самом неблагоприятном сочетании свариваемых труб, когда одна из них изготовлена с максимальным допуском (+1,6 мм), а друга труба – с минимальным (-1,6 мм), необходимо увеличить диаметр меньшей из труб на 3,2 мм. Эта задача в соответствии с данным способом решается путем использования свойств металла расширяться при нагреве. Длина нагреваемого участка трубы 50 мм определена из условия обеспечения необходимой деформации конца трубы опытным путем.

Пример.

Осуществляли сварку трубопровода из труб диаметром d=1420 мм при температуре окружающего воздуха. С учетом допуска на диаметр труб при изготовлении, когда одна из них изготовлена с максимальным допуском (+1,6 мм), а друга труба – с минимальным (-1,6 мм), необходимо увеличить диаметр меньшей из труб на 3,2 мм.

Производили расчет необходимой температуры для выравнивания диаметров концов свариваемых труб.

Длина окружности трубы 1_{при То.с} при температуре окружающей среды Т°С составляет 1_{при То.с.}=d=3,14·142=445,88 см. Длина окружности 1_{при т+1} этой же трубы после ее нагрева на 1°С составляет 1_{при т+1}=1_{при То.с} (1+1°С), где – коэффициент линейного расширения материала трубы, равный 1,21·10 ^-5 1/град (см. Н.И.Кошкин и др. “Справочник по элементарной физике”, Гос. Издат. Физико-математической литературы, М., 1960). 1_{при T+1}=445,88(1+1,21·1°С)=445,88539 см. Диаметр d_{при нагреве на 1C} конца трубы после ее нагрева на 1°С составляет d_{при нагреве на 1С}=445,88539/=142,0017 см=1420,017 мм. Таким образом, нагрев конца трубы на 1°С дает увеличение ее диаметра на 0,017 мм. Исходя из условия, что расширение металла пропорционально температуре нагрева, определили температуру Т°С нагрева трубы для получения увеличения диаметра на величину Н, мм: Т°С=(Н·1°С)/0,017.

Для увеличения диаметра трубы на величину Н=3,2 мм трубу необходимо нагреть до Т°С=Н/0,017=3,2:0,017=188°С. После нагрева трубы до расчетной температуры производили сварку стыка контактной стыковой сваркой на машине “Север”. После удаления внутреннего и наружного грата был получен качественный бездефектный сварной шов, отвечающий всем требованиям нормативов на сварные трубопроводы.

Формула изобретения

1. Способ сварки стыков трубопроводов, включающий выполнение разделки кромок с притуплением концов свариваемых труб, сборку стыка, центрирование и сварку, отличающийся тем, что после сборки стыка и центрирования выполняют подогрев концевого участка трубы длиной 50 мм, изготовленной с отрицательным допуском, до выравнивания его диаметра с диаметром конца трубы, изготовленной с положительным допуском, для чего на конец трубы, изготовленной с отрицательным допуском, устанавливают нагреватель.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют электродуговую сварку корневого шва и заполнение основной части разделки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют электроконтактную сварку стыка труб, после чего удаляют наружный и внутренний грат.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.10.2007

Извещение опубликовано: 20.06.2009 БИ: 17/2009