Патент на изобретение №2384787

(54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ

(57) Реферат:

Изобретение относится к соединениям труб при сооружении магистральных трубопроводов. Торцы труб стыкуют и сваривают между собой. На стык устанавливают усиливающую муфту навивкой ее из тонкой ленты. Применяют заготовку ленты в форме равнобедренного треугольника. Торец заготовки приваривают к поверхности труб с частичным проплавлением. Затем навивают ленту на стык труб с натягом. В процессе навивки ленты приваривают с частичным проплавлением: первый слой ленты к поверхности соединяемых труб, а последующие слои – друг к другу спиральными швами. Технический результат – упрощение конструкции, повышение прочности и уменьшение трудоемкости изготовления стыка труб. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемый способ относится к строительному производству и к машиностроению и может быть применен, например, при строительстве магистральных трубопроводов.

Известен способ соединения труб встык с помощью сварки (Сварка в машиностроении: Справочник. В 4-х т. /Редкол.: Г.А.Николаев (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 1979 – т.3/ Под ред. В.А.Винокурова. 1979. С. 236238). По этому способу торцы труб стыкуют, например, с помощью центратора, затем сваривают стык полуавтоматической или автоматической дуговой сваркой под слоем флюса или в защитном газе. Однако при сварке могут возникать дефекты швов, некоторые из них трудно выявляются известными способами контроля. Кроме того, в результате нагрева при сварке обычно разупрочняется металл зоны термического влияния. Все это понижает надежность сварных соединений.

Известен также способ монтажа усиливающей муфты на дефектный стык действующего трубопровода (патент РФ 2165345, от 20.04.2001 г., МКИ ⁷ В23К 31/02, В23Р 6/00), который принят за прототип. По прототипу на сваренный стык трубопровода устанавливают с обеих сторон два технологических кольца с толщиной стенки 0,51,0 от толщины стенки трубы и с зазором между ними, приваривают их к трубам с частичным проплавлением стенок труб, собирают усиливающую муфту из хорошо свариваемой стали, выполненную из двух частей, располагая их на технологических кольцах, сваривают части муфты между собой и с кольцами и заполняют полость между трубами и муфтой газонепроницаемой самотвердеющей массой. Такой способ обеспечивает надежное качество герметизации трубопровода и безопасные условия сварки. Однако способ по прототипу существенно усложняет конструкцию стыка, увеличивает количество сварных швов в стыке трубопровода и повышает трудоемкость соединения труб. Кроме того, он предназначен для ремонтных работ и не целесообразен при соединении труб в процессе изготовления трубопровода.

Технический результат предлагаемого способа – упрощение конструкции, повышение прочности и уменьшение трудоемкости изготовления стыка труб, а также расширение технологических возможностей.

Сущность изобретения заключается в том, что торцы труб стыкуют и сваривают между собой кольцевым швом. На стык устанавливают усиливающую муфту, которую приваривают к поверхности труб с частичным проплавлением. В отличие от прототипа муфту устанавливают на сваренный стык труб путем навивки ее из тонкой ленты. Применяют заготовку ленты в форме равнобедренного треугольника. Торец заготовки приваривают с частичным проплавлением к поверхности соединяемых труб. Перед навивкой или в процессе навивки заготовку ленты подогревают. Навивают ленту на стык труб с натягом. Первый слой ленты приваривают с частичным проплавлением к поверхности соединяемых труб, а последующие слои приваривают друг к другу спиральными швами. Приварку первого слоя ленты к поверхности соединяемых труб и последующих слоев друг к другу осуществляют в процессе навивки ленты. Сварные швы, соединяющие торец заготовки ленты и первый слой ленты с поверхностями соединяемых труб, выполняют с величиной проплавления h=0,20,5 , где – толщина стенки труб. Перед навивкой ленты усиление кольцевого шва в стыке труб может быть удалено заподлицо с поверхностью труб.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана навитая на стык соединяемых труб усиливающая муфта, на фиг.2 – форма заготовки навиваемой на стык труб ленты, на фиг.3 – сечение участка сварного шва, соединяющего первый слой навитой на стык труб муфты с поверхностью соединяемых труб.

По предлагаемому способу торцы соединяемых труб 1 и 2 (фиг.1) стыкуют и сваривают между собой кольцевым швом 3. На сваренный стык труб 1 и 2 навивают ленту 4, заготовка которой имеет форму равнобедренного треугольника (фиг.2), образуя на стыке труб 1 и 2 усиливающую муфту 5. Торец 6 заготовки ленты 4 приваривают, например, дуговой сваркой к поверхности труб 1 и 2 с частичным проплавлением. Затем навивают ленту 4 на стык труб 1 и 2 с натягом и приваривают с частичным проплавлением первый слой 7 ленты 4 к поверхности труб 1 и 2. Последующие слои приваривают друг к другу спиральными швами 8 и 9. Перед навивкой ленты 4 усиление сварного шва 3 в стыке труб может быть удалено заподлицо с поверхностью труб 1 и 2. Сварной шов 12, соединяющий торец 6 заготовки ленты 4 и сварные швы 10 и 11, соединяющие первый слой 7 ленты 4 с поверхностями труб 1 и 2, выполняют с частичным проплавлением величиной h=0,20,5 , где – толщина стенки трубы 1 или 2 (фиг.3). Приварку первого слоя ленты 4 и последующих ее слоев друг к другу спиральными швами 8 и 9 осуществляют в процессе навивки ленты 4. Перед навивкой или в процессе навивки ленты 4 на стык труб 1 и 2 заготовку ленты подогревают.

По предлагаемому способу на стыке свариваемых труб 1 и 2, сваренных кольцевым швом 3, образуется многослойная муфта 5, навитая с натягом. Такая муфта упрощает конструкцию стыка труб и имеет повышенную прочность по сравнению со сплошной муфтой по прототипу. Муфта 5 по предлагаемому способу может быть установлена в процессе изготовления трубопровода на вновь сваренный стык труб 1 и 2 или на стык, в сварном шве 3 которого обнаружены дефекты, например, в процессе эксплуатации трубопровода. Это, наряду с повышением прочности сварного стыка, расширяет технологические возможности способа.

Заготовка ленты 4 в форме равнобедренного треугольника обеспечивает возможность получения муфты 5 с треугольным сечением (фиг.1), наиболее рационального с точки зрения прочности. Кроме того, такая форма заготовки ленты 4 позволяет последовательно, непосредственно в процессе навивки ленты 4 на стык труб 1 и 2, приваривать спиральными швами 8 и 9 слои ленты 4 друг к другу. Это повышает производительность изготовления муфты 5. Наличие сварных швов 8 и 9 повышает прочность муфты 5 и герметизирует поверхности слоев ленты 4, контактирующих друг с другом, что повышает коррозионную стойкость муфты 5.

Приварка торца 6 заготовки ленты 4 к поверхности труб 1 и 2 швом 12 фиксирует заготовку ленты 4 относительно стыка труб 1 и 2, что позволяет производить намотку ленты 4 с натягом, прилагая усилие к острому концу заготовки ленты 4. Необходимость частичного проплавления величиной h=0,20,5 при приварке швом 12 торца 6 заготовки ленты 4, а также швами 10 и 11 первого слоя ленты 4 к поверхности труб 1 и 2, обусловлена тем, что эти швы непосредственно влияют на прочность труб 1 и 2. При h<0,2 в соединениях становятся возможными местные непровары, через которые в процессе эксплуатации трубопровода между поверхностями труб 1 и 2 и первого слоя ленты 4 может попасть влага, что приведет к коррозионному разрушению муфты 5 или труб 1 и 2. При h>0,5 в результате перегрева зоны термического влияния может произойти разупрочнение опасных участков этой зоны, что понизит надежность стыка труб 1 и 2.

Удаление усиления кольцевого сварного шва 3 в стыке труб 1 и 2 обеспечит плотное прилегание ленты 4 к трубам 1 и 2 при навивке муфты 5. Это целесообразно в тех случаях, когда шов 3 имеет большую величину усиления и неравномерную поверхность с грубой чешуйчатостью. В случаях, когда шов 3 имеет гладкую поверхность, его усиление не велико, переходы к основному металлу плавные, а материал ленты 4 пластичен и ее толщина мала, плотное прилегание первого слоя ленты 4 к поверхности труб 1 и 2 и последующих ее слоев друг к другу может быть обеспечено за счет пластической деформации ленты 4 усилием, создающим ее натяг в процессе навивки на стык труб 1 и 2. В этом случае в удалении усиления шва 3 нет необходимости. Плотному прилеганию ленты 4 к поверхности труб 1 и 2 может способствовать подогрев заготовки ленты 4 перед ее навивкой или в процессе навивки на стык труб 1 и 2, который увеличит пластичность материала ленты 4.

Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств и материалов. Ленту 4 можно изготовить из любого конструкционного сплава, свариваемого с материалом стыкуемых труб 1 и 2, например из стали или алюминиевого сплава. Форму заготовки ленты 4 в виде равнобедренного треугольника можно обеспечить, вырезая ее из металлического листа известными способами, например ножницами или термической резкой. Сварку торца и первого слоя 7 ленты 4 с поверхностью труб 1 и 2, а также последующих слоев ленты 4 друг с другом можно производить ручной, автоматической или механизированной дуговой сваркой с применением известного сварочного оборудования. Навивка ленты 4 на стык труб 1 и 2 может быть осуществлена с помощью механизмов, аналогичных известным устройствам для намотки изоляционных ленточных покрытий на поверхность трубопроводов. Удаление усиления кольцевого шва 3 в стыке труб 1 и 2 может быть выполнено, например, с помощью шлифовальной машинки с абразивным кругом. Частичное проплавление при сварке торца 6 заготовки ленты 4 и ее первого слоя 7 с поверхностью труб 1 и 2 можно обеспечить путем подбора режима сварки, обеспечивающего проплавление в заданных пределах, на образцах, имитирующих конструкцию стыка труб 1 и 2, и стабилизируя выбранные параметры в процессе сварки на реальном стыке. Подогрев заготовки ленты 4 перед ее навивкой на стык труб 1 и 2 и в процессе навивки можно обеспечить, например, с помощью горелок для газопламенной сварки или резки либо индукторов для индукционной термообработки.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции, повышении прочности и уменьшении трудоемкости изготовления стыка труб, а также в расширении технологических возможностей. Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый способ обладает промышленной применимостью.

Формула изобретения

1. Способ соединения труб, при котором торцы труб стыкуют и сваривают между собой кольцевым швом, а на стык устанавливают усиливающую муфту и приваривают ее к поверхности труб с частичным проплавлением, отличающийся тем, что муфту устанавливают на сваренный стык труб путем навивки ее из тонкой ленты, причем применяют заготовку ленты в форме равнобедренного треугольника, торец заготовки приваривают с частичным проплавлением к поверхности соединяемых труб, затем навивают ленту на стык труб с натягом, приваривают с частичным проплавлением: первый слой ленты к поверхности соединяемых труб, а последующие слои приваривают друг к другу спиральными швами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приварку первого слоя ленты к поверхности соединяемых труб и последующих слоев друг к другу производят в процессе навивки ленты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед навивкой ленты усиление кольцевого шва в стыке труб удаляют заподлицо с поверхностью труб.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сварные швы, соединяющие торец заготовки и первый слой ленты с поверхностями соединяемых труб, выполняют с частичным проплавлением величиной h=0,20,5 , где – толщина стенки труб.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед навивкой или в процессе навивки заготовку ленты подогревают.

РИСУНКИ