Спосіб дугового зварювання різнотовщинних елементів трубопроводу

Винахід відноситься до способів і пристроїв зварювання елементів трубопроводу, що застосовуються, наприклад, при будівництві магістральних тр убопроводів, які мають проблеми з'єднання дуговим зварюванням різнотовщинних елементів (засувок із трубою, патр убків нагнітача з трубою і т.д.) Відомий спосіб з'єднання різнотовщинних елементів (див. наприклад СНиП III-42-80) неприйнятний, через те, що при спеціальній підготовці крайок елемента з великою товщиною стінки порушується вимога по забезпеченню рівноміцності зварюваного з'єднання. Застосування спеціальних перехідних кілець з перемінною товщиною стінки по довжині дозволяє вирішувати зазначену проблему, але дуже важко реалізувати на практиці. Відомий також спосіб приварювання технологічних елементів до трубопроводу [див. А.С. СРСР МКВ В23К31/02, № 1058182], при якому технологічний елемент виготовляють із двох половин, які установлюють на зачищену ділянку трубопроводу і зварюють між собою поздовжніми швами, а потім приварюють технологічний елемент до трубопроводу кільцевими швами, зварювання поздовжніх швів виконують з повним проплавленням крайок біля кореня шва, а потім з обох сторін технологічного елемента на відстані 0,1-1,0 товщини стінки труби встановлюють кільця, за допомогою яких виконують зварювання технологічного елемента з трубопроводом за заданою глибиною проплавлення. Вказаний спосіб вибрано як прототип. Однак зазначене технічне рішення незастосовне, коли з'єднуються дуговим зварюванням різнотовщинні елементи. В основу винаходу поставлена задача розробити такий спосіб зварювання елементів трубопроводу в основному для з'єднання дуговим зварюванням різнотовщинних елементів за допомогою нової послідовності технологічних операцій, який забезпечить надійність при експлуатації та рівноміцність магістрального трубопроводу. Ця задача вирішується тим, що у відомому способі зварювання елементів трубопроводу шля хом підготовки їх крайок для кільцевого монтажного стику і встановлення підсилюючої розрізної муфти на трубопровід, попередньо встановлюють підсилюючу розрізну муфту на елемент з меншою товщиною стінки, при цьому компенсують різницю товщини елементів трубопроводу, що стикуються, а до елементу з меншою товщиною стінки приварюють муфту двома кільцевими швами по торцю та з зовнішньої поверхні за допомогою напустково-стикового з'єднання та додаткового технологічного кільця. Матеріал підсилюючої розрізної муфти вибирають з урахуванням товщини елементів, що стикуються та їх характеристик міцності s M = s Д × t Д - s тр × t тр / t Д - t тр ( )( ) де s Д , t Д - параметри товстостінного елемента - деталі (межа міцності в МПа та товщина стінки в мм); s тр , t тр - параметри тонкостінного елемента - трубопроводу (межа міцності в МПа та товщина стінки в мм). Зазор між муфтою та те хнологічним кільцем вибирають рівним товщині стінки трубопроводу. Спосіб пояснюється кресленням. На Фіг. 1 - загальний вид зварювання елементів тр убопроводу; на Фіг. 2 - вузол І та вузол II Фіг. 1; на Фіг. 3, Фіг. 4 - геометричні параметри напустково-стикового з'єднання. Для забезпечення рівноміцності і можливості зварювання елемента 1, який має розходження в товщині стінки з трубопроводом 2, на трубопровід 2 установлюють підсилюючу розрізну муфту 3, що складається з двох частин. Муфту 3 зварюють між собою поздовжніми швами 4 на металевій підкладці, що залишається, не торкаючись стінки трубопроводу 2, і кільцевим швом 5, що сплавляє трубопровід 2, муфту 3 і кільце 6. Для запобігання утворення дефектів у зварюваному шві виконують попередню герметизацію дуговим зварюванням міжшарового зазору між муфтою 3 і тр убопроводом 2 на глибину К. Приклад реалізації способу. Перевірка працездатності пропонованого способу з'єднання різнотовщинних елементів трубопроводу з різною міцністю металу, який забезпечує рівноміцність звареного стику, проводилася на зразках-імітаторах. Виготовлялися пластини розміром 30´130´300 мм зі сталі 09Г2С з межею міцності s У = 450МПа і пластини розміром 10´130´500 мм зі сталі Х70 з межею міцності s В = 680МПа . Відповідно до пропонованого способу з'єднання різнотовщинних елементів для компенсації товщини більш тонкого елемента - трубопроводу 2 повинна накладатися муфта 3 з металу, характеристики міцності якого визначаються з алгебраїчної залежності s M = s Д × t Д - s тр × t тр / t Д - t тр Підставляючи конкретні значення товщин конструктивних елементів, одержимо: s М = (450 × 30 - 680 × 10) / (30 - 10) = 335МПа . При виборі металу муфти 3 орієнтуються на отримане значення межі міцності. Таким чином, зазначеним вимогам відповідають сталі: Ст. 2, Ст. 3, Сталь 10, 15, 20. Вибираємо сталь Ст. 3 і виготовляємо муфту 3 розміром 20´130´200 мм і додаткові накладки розміром 20´130´50 мм (для одержання напустково-стикового з'єднання (II)). Здійснюємо зварювання зразків за обраною схемою, використовуючи електроди з основним видом покриття типу УОНИ-13/45 (орієнтуючись на характеристики міцності більш товстого елемента) для зварювання стикового з'єднання (І), і електроди АНО-ТМ60 (типу Э60) для зварювання напустково-стикового з'єднання (II), орієнтуючись на міцність більш тонкого елемента - трубопроводу 2. Зазор у напустково-стиковому з'єднанні (II) встановлювався рівним товщині трубопроводу 2, а саме 10 мм. Шви довжиною 130 мм виконувалися в поперечному напрямку зразків на вивідних планках. З отриманого зварюваного з'єднання вирізували 3 зразки шириною 40 мм у поздовжньому напрямку. Випробування на розтягання на розривній машині з зусиллям 1000 кг показали, що руйнування зразків відбувається по тонкому елементу - тр убопроводу 2 у зоні, яка розташована за межами напустково-стикового ( )( ) з'єднання (II), що підтверджує ефективність передбачуваного технічного рішення для різнотовщинних елементів з різною міцністю металу. Таблиця Результати випробувань зразків з різною формою шва при статичному навантажуванні Коефіцієнт концентрації напружень біля кореня шва при різних схемах навантажування Тип з'єднання осьове консольний трьохточковий зрушення вигин вигин Напусткове з кутовим швом 450...500 585...600 2,0...2,3 2,5...3...3,0 1,6...1,8 Напустково-стикове 560...620 1040...1090 1,4...1,6 1,2...1,5 1,2...1,4 При підготовці з'єднання деталей трубопроводу з різною товщиною стінок під зварювання варто вибирати наступні геометричні параметри розділки: a°=25°...30°; a 1=0,5...3,0 мм; р=1,5…3…3,5 мм; j°=45±1°; q°=10...12...12; к=4…6 мм; В=5...10...10 мм. Геометричні параметри напустково-стикового з'єднання повинні складати b°=10°...12°; р=0...2,0 мм; a2=(t1t2)´t2/t1 , але не менш 8 мм. Цей спосіб забезпечить надійність при експлуатації та рівноміцність магістрального трубопроводу. Напруження зрізу, МПа Згинальний момент, Дж