Способ внутреннего уплотнения трубопроводов при сварке и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением труб, преимущественно длинномерных трубных секций, в герметичном объеме под водой. Цель изобретения - повышение технологичности за счет обеспечения надежного извлечения уплотнения (У) из трубопровода. Извлечение У осуществляют продувкой. Рабочую поверхность прижимного элемента обрабатывают до заданного значения шероховатости, меньшего значения шероховатости поверхности труб. Радиальное усилие сжатия У устанавливают равным величине, при которой усилие трения между У и прижимным элементом больше максимального осевого усилия, возникающего при сварке, и меньше осевого усилия, возникающего при продувке. Устройство для осуществления способа снабжено вспомогательным диском (Д) и переходным Д, смонтированным между прижимным Д и вспомогательным, и устройством перемещения уплотнения со вспомогательного Д на прижимной. При этом в данном техническом решении отсутствует необходимость в наличии свободного конца трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1581511

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I

П

11 !О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4473490/31-27 (22) 15.08.88 (46) 30.07.90. Бюл. 11 - 28 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) С. И. Кучук-Яценко, Б. И. Казымов, И.В.Зяхор и И.H. Мосендз (53) 621 ° 791 .75.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1016105, кл. В 23 К 9/16, 1982.

Патент ГДР М 238430, кл. F 16 J 15/06, 1986. (54) СПОСОБ ВНУТРЕННЕГО УПЛОТНЕНИЯ

ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ СВАРКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением труб, преимущественно длинномерных трубных секций, в герметичном объеме под водой. Цель изобретения — повышение технологичности за счет обеспечения надежного..извлечения уплотнения (У)

I (gg)g В 23 К l/00, F 15 J 15/06

2 из трубопровода. Извлечение У осуществляют продувкой. Рабочую поверх— ность прижимного элемента обрабатывают до заданного значения шероховатости, меньшего значения шероховатости поверхности труб. Радиальное усилие сжатия У устанавливают равным величине, при которой усилие трения между У и прижимным элементом больше максимального осевого усилия, возникающего при сварке, и меньше осевого усилия, возникающего при продувке.

Устройство для осуществления способа снабжено вспомогательным диском (Д) и переходным Д, смонтированным между прижимным Д и вспомогательным, и устройством перемещения уплотнения со вспомогательного Д на прижимной. При этом в данном техническом решении отсутствует необходимость в наличии свободного конца трубопровода.

2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1581511

Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением труб, преимущественно длинномерных трубных секций, в герметичном объеме под во5 дой.

Цель изобретения — повышение технологичности способа за счет обеспечения надежного извлечения уплотнительного устройства из сварного трубопровода, выполненного преимущественно из длинномерных трубных секций под водой в герметичном объеме контактной стыковой сваркой оплавлением.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для внутреннего уплотнения трубопроводов при сварке; на фиг. 2 — принципиальная схема уплотнения трубопроводов при сварке. 20

Сущность сцособа состоит в том, что, обрабатывая рабочую поверхность прижимного элемента (диска) устройства до заданного значения шероховатости, задавая, тем самым, определенный коэффициент трения и осуществляя сжатие уплотнения приложением рассчитанного радиального усилия F p

1 задают усилие трения F между прижимным диском и уплотнением таким, чтобы соблюдалось условие де Foñ и осевые усилия, приложенные о.n к уплотнительному устройству соответственно при сварке и продувке.

Усилие F возникает при сварке, о.с например при контактной стыковой

40 сварке оплавлением в герметичном объеме, за счет повышения давления в полости свариваемых труб вследствие нагрева находящегося там газа и газа, образующегося в процессе оплавления. 45

Усилие F ц„ возникает при продувке сварного трубопровода воздухом, которую осуществляют под давлением Р„

При соблюдении условия (1) обеспечивается надежное извлечение уплотнительного устройства (заглушки) в процессе продувки сварного трубопровода при сохранении его уплотняющей способности в процессе сварки.

Необходимое радиальное усилие сжа55 тия уплотнения Р обеспечивается прижимным диском с диаметром d эа счет создания заданной величины деформации уплотнения и 1. где Р 8 — максимальное давление внутри свариваемых труб;

S — площадь. поверхности заглушки, 1

-ГР

d — внутренний диаметр трубы.

При продувке сварного трубопровода на заглушку в осевом направлении действует усилие

l а

РОп = РпрБ) = 4 II PApd p

Для обеспечения надежного извлечения заглушки из трубопровода в процес. се продувки при сохранении уплотняющей способности в процессе сварки необходимо соблюдение условия (!) . Сила трения F определяется коэффициентом трения К между уплотнением и диском и радиальным усилием сжатия . упло тне н и я F p

F =К Fp °

КоэФфициент трения К зависит от материала и шероховатости поверхности трущихся деталей и обычно определяется по зависимостям, полученным опытным путем. Таким образом, обрабатывая рабочую поверхность прижимного диска до заданного значения, задают коэффициент трения между уплотнением и прижимным диском.

Условие (1) через величину F, записывается в виде

Foc F on — (Fp (—

Кт (2) Величина d рассчитывается исходя иэ давления вйутри труб при сварке и продувке, размеров и упругости материала уплотнения, коэффициента трения между уплотнением и поверхностью диска.

Давление газовой среды в полости свариваемых труб изменяется в процессе сварки, однако его величина при сварке в замкнутом объеме ограничивается определенным максимальным значением, например,при помощи обратного клапана, который устанавливают на бамере, создающей герметичную полость вокруг сварного стыка. Давление продувки устанавливается равным определенной заранее известной величине.

Наибольmee усилие, действующее на заглушку в осевом направлении при сварке, равно о

F0c Рсе . з (4) dy.= d yg+ 2 lpnI.

1 с) У 2() чн )чь) Fool мин К .F 8„„„ )1ми и г-Е 7 2 ) ун + ) Уь)- Ь

1 () 5 158

Для практических целей целесообразно данное условие выразить через величину абсолютной деформации уплот нения d 1. Так как материал уплотнения (резина) обладает упругими свойствами, то величины д 1 и Fp связаны зависимостью

F p" 1 . а1 = (закон Гука), Е 8увл где E — модуль Юйга для материала уплотнения, 1 — толщина уплотнения в радиальном направлении

S — поперечное сечение уплотнеФ упл ния в радиальном направлении

SyIM = )Id чпл bi где Ь вЂ” ширина уплотнения

Ун

d чь- соответственно наружный и внутренний диаметры уплотнения.

Условие (2) можно записать в виде

Foe 1 1 F on т E S чпл Kr E S чпл

Р оп ).

"маркс К . E. ÿ

-т " ynn

Таким образом, ), 2 1 сь "тР 2 чм чь

) 2 ) пко rp 2 Уп УВ

41макс 1

К Е -И -(d „„+ d„,).b

Pnp d rp(d yII dye)

4Кт E(d Ун+ dy ь) . Ь

Оптимальная деформация уплотнения

d 1 „r должна иметь значение больше

4 1мин и меньше 3 1иа с. Например, ве5 личину 1 опу- можно определять как среднее ариФметическое величин 01 „„„„ с)1 макс" . Необходимая деформация уплотнения обеспечивается за счет установок уп)О лотнения на прижимном диске, диаметр которого

Таким образом, исходя иэ размеров и упругости материала уплотнения заглушки при заданном значении коэффициента трения между уплотнением иприжимным диском, а также при известных величинах давления внутри труб при сварке и продувке определяют диаметр прижимного диска, осуществляющего сжатие уплотнения, при котором обеспечивается уплотняющая способность заглушки в процессе сварки и надежность ее извлечения из сварного трубопровода при продувке.

Наличие вспомогательного диска, который обеспечивает расположение уп30 лотнения в устройстве в недеформированном состоянии, а также наличие переходного диска с конусообразной по верхностью позволяет обеспечить перевод уплотнения со вспомогательного диска на прижимной перед сваркой и

35 обратно при продувке. При расположении уплотнения на вспомогательном диске предотвращается соскальзывание уплотнения из устройства при продувке, а также обеспечивается сохранность уплотнения в процессе перемещения устройства по трубопроводу.

Устройство, представляющее внутритрубную заглушку, состоит иэ уплот45 нительного кольца 1, прижимного 2, вспомогательного 3, конусообразного

4 и упорного 5 дисков, прижимного кольца 6, эажимного приспособления

7. На упорном диске 5 и прижимном кольце 6 расположены подпружиненные центрирукщие упоры 8 для исключения перекосов и заклинивания заглушки при ее извлечении из трубопровода.

Размеры уплотнения устанавливаются

55 по конструктивным соображениям в зависимости от диаметра свариваемых труб 9.

Диаметр прижимного диска d рассчитывается по формуле (4), что обес1581 51 1

40 ттечивает степень деФормации уплотнения, достаточную для обеспечения уплотняющей способности заглушки в процессе сварки и надежности извле5 чения при продувке .

Диаметр вспомогательного диска д устанавливается ранг(ь(м внутреннему диаметру уплотнения, что обеспечивает свободное расположение уплотнения в заглушке (положение гтри продувке), Диаметр упорного диска г! у на !—

5 мм меньше минимального внутреннего диаметра трубы.

Конусообразный диск располагается между прижимным и вспомогательным дисками, причем большее основание крепят к прижимному диску. Заглушки устанавливают вовнутрь трубы с помощью эажимного приспособления.

Поверхность прижимного диска обрабатыва Tca до определенного известного значения шероховатости, меньшего значения шероховатости поверхности трубы. 25

Все диски заглушки жестко соединены между собой, образуя ступенчатый диск.

Заглушку устанавливают в рабочее положение следующим образом. 30

После введения заглушки в трубу 9 . к ней крепят штангу зажимного приспособления 7. При приложении осевого усилия к штанге (например, при помощи передачи винт — гайка) ступенчатый диск перемещается по направлению действия силы, в то время как уплотнение

1, упираясь в прижимное кольцо 6, остается на месте. В рабочем положении уплотнение 1 оказывается заж. Ib(M. между стенкой трубы 9 и прижимным диском 2. После этого замимное приспособление 7 извлекают из полости трубы. Прижимное кольцо б остается на заглушке с целью предотвращения 45 соскальзывания уплотнения со вспомогательного диска 3 во время извлечения заглушки из трубопровода при его продувке.

В процессе сварки труб с устаHOB ленными в них уплотнительными устройствами (заглушками) в герметичном объеме, например при контактной стыковой сварке оплавлением в камере 10 (Фиг .g) non, водой, Ha за г лушки H oce-55 вом направлении действует усилие, возникающее за счет повышения давления в полости трубы вследствие нагрева находящегося там газа. Величина давления внутри камеры може(ограничиваться с помощью обратного клапана

11 . После окончательной сварки трубопровода при его продувке на заглушки в осевом направлении действует усилие, определяемое давлением продувки.

Прижимной диск 2 приводит уплотнение 1 в рабочее состояние, при котором заглушка сохраняет работоспособность при сварке. При продувке на заглушку действует усилие F((„, которое превышает усилие трения F между уплотнением и прижимным диском. За счет этого прижимной диск перемещается по направлению продувки, а уплотнение остается Heëoäâèæíb(ì. В результате этого уплотнение выходит из состояния сжатия и переходит с прижимного на вспомогательный диск 3. Таким образом заглушка переводится в положение продувки и под действием напора воздуха или газа перемещается по направлению продувки до полного извлечения ее из трубопровода.

Предлагаемый способ внутреннего уплотнения трубопроводов при сварке позволяет осуществлять многократное использование заглуп(ек описываемой конструкции после их извлечения иэ трубопровода.

Пример. Уплотнение внутренней полости труб Ф 21 9 12 мм при контак 1 ной стыковой сварке оплавлением под водой на машине К-584 М. Сварку производят на образцах труб длиной 1,5 м в емкости с водой на глубине 1 м. Зо— на сварки снаружи ограничена герметичной защитной камерой. Внутреннее уплотнение свариваемых труб производится с помощью заглушек описываемой конструкции.

Конструктивные размеры прижимного диска рассчитывают по Формуле (4), Внутренний диаметр cBapHBaeMblx труб d „ 21 9-1 2 -2 = 1 95 л(м = 1 9,5 см.

Размеры уплотнительного кольца прямоуг,льного сечения: d „„= !9,5 см, id y((=15 см, Ь = 2,5 .см. Поверхность прижимного диска обработана по шестому классу шероховатости, при этом коэффициент трения между уплотнением и диском в воде равен О, J 5.

Модуль упругости Е материала уплотнения (резинь) 180 кг/см . Максималь2 ное давление газовой среды в камере при сварке Р« ограничивается с помощью обратного клапана, установленного на камере, и составляет 1,5 кг/см

9 1561 5

Подача газа для продувки осуществля- . ется от цеховой воэдушйой магистрали под давлением Р„ 6 кг/см

Оптимальная величина абсолютной деФормации уплотнения dl „определяется

5 как среднее ариФметическое минимальной и максимальной величин:

Д1

P ce d тр (d ун — dyII) мин 4У Р(с1 с1

1,519,5 4 5 0275 1 цкс

6 ° 19,5 4,5

1,1 см д 1 = — (d l Ä Ä + л 1,,) = О, 6875 см.

Диаметр прижимного диска равен с1 = с1у + 241юпт= 15 + 2" 0,6875

16,375 см .

При таком диаметре прижимного диска радиальное усилие сжатия уплотнения

Е S УИ Д1 I! I tP 1

Усилие трения между уплотнением и диском

=К, FP=

+ с1н) b 4 О

11

10 при сварке, и меньme усилия, возни-. кающего при продувке.

Диаметр вспомогательного диска составляет d = d „ 15 см, диаметр упорного диска d у = 19,0 см.

Для проверки эФфективности способа внутреннего уплотнения трубопроводов и устройства для его реализации было проведено 5 опытных сварок на различных режимах. Для контроля наличия воды в зоне сварки внутри защитной камеры помещали датчик наличия воды.

Все проведенные опытные сварки прошли без нарушения герметичности эоны сварки.

Проверка извлечения заглушек из трубы после сварки осуществлялась продувкой сваренных труб. Подача газа для продувки осуществлялась от цеховой воздушной магистрали под давлением

6 атм. Во,всех случаях заглушки выталкивались напором воздуха из трубы.

Таким образом, экспериментально была доказана высокая эФФективность способа внутреннего уплотнения труб и устройства для его реализации при контактной стыковои . сварке оплавлением труб в герметичном объеме под водой.

Способ и устройство для внутреннего уплотнения трубопроводов при сварке значительно повышают технологичность сварки длинномерных секций труб под водой, обеспечивают удаление заглушек при продувке сварного готового трубопровода.

1/2 с1 ун d») = 0,15 180 3,14.345 2 5 06875

4,5

1117,7 кг;

< с :т р

fi

Foc Рс6 Ss 1 5 4

Ц

1,5 . «4 -19,5 = 447

II р,„= р„,.я, = 6.

6 — 195 =1

448 кг, т тр

791,8 кг.

Таким образом, при рассчитанном значении диаметра диска d обеспеФ чивается степень деФормации уплотнения, при которой сила трения между уплотнением и диском больше осевого усилия на заглушку, возникающего

Осевые усилия, действующие на за.— глушку при сварке и продувке соответственноо:

Формула изобретения

1. Способ внутреннего уплотнения

40 трубопроводов при сварке, при котором кольцевое уплотнение из упругого материала сжимают между стенкой трубы и прижимным элементом уплотнительного устройства с последующим извлече45 нием уплотнительного устройства из сварного трубопровода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения надежного извлечения уплотнительного устройства из сварного трубо50 провода, выполненного преимущественно из длинномерных трубных секций под водой в герметичном объеме контактной стыковой сваркой оплавлением, извлечение усплотнительного устройства осущеэ ствляют продувкой трубопровода, при этом рабочую поверхность прижимного элемента обрабатывают до зад:энного значения шероховатости, мень. чего эна .чения шероховатости поверхности уплот!

)) )58)5) ) няемых труб, а радиальное усилие сжатия уплотнения устанавливают равHblM величине, при которой усилие. трения между уплотнением и поверхностью прижимного элемента при заданном значении упругости материала уплотнения больше максимально возможного

Составитель И. Фелицина

Техред А;Кравчук Корректор А. 0сауленко

Редактор Л. Веселовская

Заказ 2055 Тираж 656 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 осевого усилия, приложенного к уплотнительному устройству, возникающего при сварке в полости труб под действием давления газовой среды, и меньше осевого усилия, возникающего под действием давления продувки.

2. Устройство для внутреннего уплот-,5 нения трубопроводов при сварке, нключающее прижимной диск и уплотнение из упругого материала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью обеспечения его надежного извлечения из сварного трубопровода, выполненного преимущественно из длинномерных трубных секций под водой в герметичп ..> объеме контактной стыковой сваркой оплавлением, прижимной диск снабжен вспомогатель- ным диском для расположения уплотнения в устройстве в недеформированном состоянии, переходным конусообразным диском, смонтированным между ними,и устройством перемещения уплотнения со вспомогательного диска на прижимной.