RU2004626C1 - Способ защиты от коррозии зоны сварного соединени трубопровода - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : зачищают концы сва- риваемых труб, размещают вдоль кромок растворимый протектор. Размещение протектора осуществл ют наплавкой на защищаемую поверхность валика из сплава на основе алюмини  на рассто нии от каждой из свариваемых кромок, определ емом в зависимости от толщины стенки трубы, величины притуплени  при разделке кромок, угла разделки кромок и поправочного коэффициента Наплавку валика осуществл ют участками длиной, определ ют в зависимости от радиуса трубы и центрального угла, определ ющего длину участка Перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  на защищаемую поверхность наплавл ют слой малоуг- леродистой стали или титана толщиной менее 3 мм, шириной 1,0 - 1.5 ширины валика 3 з ф-лы, 3 табл. 3 ил

Description

Изобретение относитс  к электрохимической защите от коррозии зоны сварных соединений стальных трубопроводов.

Известен способ защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов, согласно которому внутри трубопровода на медном электропровод щем стержне размещают растворимые аноды. Известный способ при значительной его трудоемкости существенно снижает рабочее сечение трубопровода .

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ защиты внутренней поверхности труб в зону сварного соединени . Известный способ включает зачистку концов свариваемых труб и размещение вдоль кромок кольцевых вставок из протекторного металла по обеим сторонам шва в зоне, защищенной от внутренней изол ции. В теле протектора выполнены радиально размещенные пазы, в которые вставлены крепежные металлические ленты. Протектор контактирует с металлом трубы по всей поверхности механического контакта.

Такой способ защиты внутренней поверхности труб в зоне сварного соединени  требует большого объема токарных работ повышенной точности. При этом из-за больших допусков на внутренний диаметр труб практически невозможно добитьс  плотного прилегани  тела протектора к внутренней поверхности трубы по всему периметру, что, повыша  электрическое сопротивление , уменьшает величину защитного тока, увеличивает создаваемое протектором местное гидравлическое сопротивление и затрудн ет закрепление протектора. При установке протектора возникает так называемый щелевой эффект, вследствие которого металл трубы подетальной крепежной лентой оказываетс  незащищенным.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности защиты путем создани  прочной металлической св зи протектора с защищаемой поверхностью и снижение трудоемкости работ.

Сущность -изобретени  заключаетс  в том, что при осуществлении способа защиты от коррозии зоны сварного соединени  тоубопровода, включающего зачистку концов свариваемых труб и размещение вдоль кромок растворимого протектора, размещение протектора осуществл ют наплавкой на защищаемую поверхность по меньшей мере одного валика из сплава на основе алюмини  на рассто нии I от каждой из свариваемых кромок, определ емом из соотношени 

i-(S-a)tg «+Ki,

(1)

где S - толщина стенки трубы, мм;

а - величина притуплени  при разделке кромок, мм;

а-угол разделки кромок, град; К - поправочный коэффициент, завис щий от толщины стенки, К 2-5 мм, при этом соотношение параметров наплавл емого валика составл ет Н/В 0,3-0,6 и h/H 0,2-0,3,

где В - ширина наплавки, мм; Н - высота наплавки, мм; h - глубина проплавлени , мм. сущность изобретени  заключаетс  также и в том, что наплавку валика осуществл - ют участками длиной

л

./J,

(2)

20 где г - радиус трубы, мм;

Р- центральный угол, определ ющий длину участка,

25

„Si3,oi rpafll.

0

оставл   между ними ненаплавленные участки той же длины, заполнение которых осуществл ют после усадки ранее наплавленных

участков.

Перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  на защищаемую поверхность наплавл ют слой малоуглеродистой стали толщиной 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика.

Перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  на зачищаемую поверхность наплавл ют слой титана толщиной 3 мм, шириной 1,0-1.5 ширины алюминиевого валика.

На фиг, 1 показан кольцевой стык трубопровода с размещенным в нем протектором , продольное сечение; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема разделки кромок под сварку.

Способ осуществл ют следующим образом .

Сначала зачищают концы труб 1,2 на п участках размещени  протектора 3. 4, при этом снимают внутреннюю изол цию при ее наличии. Затем на каждый из зачищенных участков труб 1, 2 на рассто нии от свариваемой кромки наплавл ют в виде валиков 3, 4 протекторный материал из сплава на основе алюмини . Рассто ние I (фиг. 3) от каждой из свариваемых кромок определ ют из соотношени  (1). Отношение высоты Н наплавки к ширине В наплавки выбирают в пределах 0,3-0,6. а отношение глубины h

проплавлени  к высоте Н наплавки - в пределах 0.2-0,3 (фиг. 1).

Наплавку валика протектора выполн ют либо по замкнутому контуру по всему периметру трубы, что целесообразно дл  труб малого диаметра, либо участками длиной L, выбираемой из соотношени  (2), оставл   между ними ненаплавленные участки той же длины, заполнение которых осуществл ют после усадки ранее наплавленных участков. Такой пор док наплавки целесообразен дл  труб диаметром более 400-420 мм.

При наплавке протектора на стальные трубы на линии сплавлени  алюминиевого валика с металлом трубы образуетс  зона хрупких интерметаллидов с твердостью до 300-400 Hv, наличие которой повышает веро тность растрескивани  основного металла , особенно в трубах И-й и II 1-й категории прочности с пределом текучести соответственно 300 и 400 МПа. С целью исключени  отрицательного вли ни  зоны хрупких интерметаллидов с повышенной твердостью перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  на защищаемую поверхность наплавл ют слой малоуглеродистой-стали толщиной до 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика .

Дл  увеличени  срока службы протектора на трубопроводах, транспортирующих коррози онно-активные среды, перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  может быть наплавлен слой титана, как хорошо пассивирующего материала, толщиной до 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика.

Способ был осуществлен следующим образом.

Дл  наплавки растворимого протектора были выбраны присадочные проволоки АК4 и 1201 и электроды ОЗАНА-1/Св-А5. Режимы наплавки представлены в табл. 1 и 2.

Наплавку растворимого протектора выполн ли на трубных образцах диаметром 114-530 мм с V-образной разделкой кромок с углом разделки 30° и величиной притуплени  2 мм из отечественных сталей следующих марок: сталь 20 (табл. 3, примеры 1-11, сталь 12ГФ И-й категории прочности (пример 12) и сталь 16ГФБ lll-й категории прочности (примеры 13-15). Наплавку выполн ли ручным аргонодуговым способом вольфрамовым электродом с присадочной проволокой марок АК4 диаметром 4 мм (примеры 1-7,10, 11, 15) и 1201 диаметром 2 мм (пример 9), а также ручным электродуговым способом электродами ОЗАНА-1/Св-А5 (примеры 8,12-14), режимы наплавки выбирали согласно табл. 1 и 2. В примерах 1-6 протектор был наплавлен на различном рассто нии I от свариваемых кромок, причем наплавку вели по замкнутому контуру по 5 всему периметру трубы. Рассто ние рассчитывалось по формуле (1). Были прин ты значени  поправочного коэффициента К- 1, К- - 2,..., К - 6 мм дл  каждого значени  К рассчитано рассто ние I от свариваемой

0 кромки до наплавл емого протектора и на этом рассто нии на защищенную внутреннюю поверхность трубы наплавлен протектор. Далее из трубных образцов с наплавленным внутри них протектором (по одной паре об5 разцов на каждое значение К) были сварены кольцевые стыки, из которых вырезали образцы дл  проведени  электрохимических, металлографических и механических испытаний .

0 При значении К 2 мм протектор располагаетс  в зоне, нагреваемой при сварке кольцевого стыка до температур, близких к температуре плавлени  алюмини  (ТПл - 657°С), вследствие чего происходит рас5 плавление валика протектора и попадание алюмини  в металл сварного шва, что резко ухудшает качество сварного соединени . При значении К 5 мм наплавл емый протектор удал етс  от зоны сварного соедине0 ни  и тем самым снижаетс  эффективность защиты шва и околошовной зоны. С увеличением толщины стенки следует выбирать меньшие значени  К, что видно из примеров 5 и 7.

5 Наплавку протектора вели как по замкнутому контуру по всему периметру трубы (примеры 1-6, 8, 10, 12-15), так и участками длиной L (примеры 7, 9, 11, 16). При этом длину участков выбирали из соотношени 

0 (2).

Результаты экспериментов показали, что при диаметре труб до 426 мм при остывании наплавленного по замкнутому контуру по всему периметру трубы валика отрыва

5 не происходит (примеры 1-6, 8, 12-15).

При наплавке валика протектора по замкнутому контуру по всему периметру трубы диаметром более 426 мм возможен местный отрыв наплавленного валика от

0 металла трубы (пример 10), что снижает эффективность защиты. В этих случа х предпочтительно наплавку протектора вести участками длиной, определ емой из соотношени  (2).

5 В примерах 12-14 дл  труб второй категории прочности 12ШФ (предел текучести 300 МПа) и третьей категории прочности 16ГФБ (предел текучести 400 МПа) растворимый протектор размещали на предварительно наплавленный слой (подложку) из

малоуглеродистой стали, который наплавл ли на каждый из защищенных участков труб 1, 2 (см. фиг. 1) на рассто нии 8 мм от свариваемой кромки ручной дуговой наплавкой электродами Э50А с относительным удлинением 6 20%. При этом ширина сло  составл ла 10 мм, а толщина - 2, 3 и 4 мм соответственно дл  примеров 12,13, 14. После этого на этот слой методом ручной электродуговой наплавки наплавл ли растворимый протектор. Применение такого сло  позвол ет вывести образующуюс  при наплавке протектора зону хрупких интерме- таллидов с твердостью до 300-400 Hv за пределы стенки трубы, предотвраща  растрескивание основного металла в этой зоне. Дл  труб нормальной прочности, изготовленных из малоуглеродистых сталей, применение подложек не требуетс .

Увеличение толщины подложки свыше 3 мм нецелесообразно, так как при этом заметно увеличиваетс  местное гидравлическое сопротивление , создаваемое протектором (пример 14).

В примерах 5-7 и 15 на защищаемую поверхность трубных образцов наплавл ли

слой титана, на который затем наплавл ли валик растворимого протектора, причем в примере 15 титановый слой наплавл ли не непосредственно на поверхность трубного

образца, а на нанесенный предварительно слой из малоуглеродистой стали.

Слой титана наплавл ли на защищенные участки труб на рассто нии 8,5 мм от свариваемой кромки ручной аргонбдуговой

наплавкой с присадочной проволокой СПТ- 2. При этом ширина сло  составл ла 10 мм, а толщина 1, 4, 3 и 2 мм соответственно в примерах 5, 6,7 и 15. После этого на титановый слой тем же способом наплавл ли валик

растворимого протектора.

Наплавка титанового сло  позвол ет существенно повысить эффективность защиты, увеличивает срок службы протектора за счет того, что титан, как хорошо пассивирующийс  материал, способствует равномерному растворению протектора, предотвраща  подрез протектора по линии сплавлени  с металлом трубы,

(56) Патент ГДР, № 244572, кл. С 23 F 13/02. Патент ГДР, № 130071, кл. F 16 L 58/00.

Таблица1 Ручна  электродугова  наплавка вольфрамовым электродом в аргоне

Ручна  электродугова  наплавка покрытыми электродами

Таблица2

ТаблицаЗ

- ручна  аргонодугова  наплавка неплав щимс  электродом - ручна  электроду го оа  наплавка

) - ОЗАНА-1

Продолжение табл. 3

Claims (4)

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ЗОНЫ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА , заключающийс  в зачистке концов свариваемых труб и размещении вдоль кромок растворимого протектора, отличающийс  тем, что размещение протектора осуществл ют наплавкой на защи- щаемую поверхность по меньшей мере одного валика из сплава на основе алюмини  на рассто нии I от каждой из свариваемых кромок, определ емом из соотношени 

I (S-a)tga+K, где S - толщина стенки трубы, мм;

а - величина притуплени  при разделке кромок, мм;

a - угол разделки кромок, град;

К 2 - 5 мм - поправочный коэффициент , завис щий от толщины стенки, при этом параметры наплавл емого валика выбирают из соотношений

Н/В - 0,3 - 0,6 и h/Н 0,2 - 0,3, где В - ширина наплавки;

Н - высота наплавки;

h - глубина проплавлени .

2 I

L

Фиг. 7

2. Способ по п,1, отличающийс  тем, что наплавку валика осуществл ют участками длиной L. оставл   между ними ненаплавленные участки такой же длины, которые заполн ют наплавл емым материалом после усадки ранее наплавленных участков, при этом длину L участков опрел

10

дел  ют из соотношени  Z

180

г/,

где г - радиус трубы, мм;

2 з-Ю

/ --: - центральный угол, определ ющий длину участка, град; 5

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что перед наплавкой валика из сплава на основе алюмини  на защищаемую поверхность наплавл ют слой малоуглероди- стой стали толщиной не более 3 мм, 0 шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что перед наплавкой валика из сплава 5 на основе алюмини  на защищаемую поверхность наплавл ют слой титана толщиной не более 3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика.

ъ :

kА

Фиг. I

Фиг.З