Способ защиты от коррозии зоны сварного соединения трубопровода

 

Сущность изобретения: зачищают концы свариваемых труб, размещают вдоль кромок растворимый протектор. Размещение протектора осуществляют наплавкой на защищаемую поверхность валика из сплава на основе алюминия на расстоянии от каждой из свариваемых кромок, определяемом в зависимости от толщины стенки трубы, величины притупления при разделке кромок, угла разделки кромок и поправочного коэффициента Наплавку валика осуществляют участками длиной, определяют в зависимости от радиуса трубы и центрального угла, определяющего длину участка Перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали или титана толщиной менее 3 мм, шириной 1,0 - 1.5 ширины валика 3 зяф-лы, 3 табл. 3 ил

(19) RU (11) (51) 5 C23 F13 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ Э

CO

СР

4ь

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4865263/29 (22) 30.07.90 (46) 15.12.93 Бюл. Йя 45-46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (72) Мазель АГ„Глазов Н.П„Синайский АЮ„Гончаров Н.Г, (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "ВНИИСТ вЂ” Сварка" (S4) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ЗОНЫ

CBAPH0f0 СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА (57) Сущность изобретения: зачиЩают концы сва риваемых труб, размещают вдоль кромок растворимый протектор. Размещение протектора осуществляют наплавкой на защищаемую поверхность валика из сплава на основе алюминия на расстоянии от каждой из свариваемых кромою определяемом в зависимости от толщины стенки трубы, величины притупления при разделке кромою угла разделки кромок и поправочного коэффициента Наппавку валика осуществляют участками длиной, определяют в зависимости от радиуса трубы и центрального угла, определяющего длину участка Перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на за- . щищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали или титана толщиной менее 3 мм, шириной 10 — 1,5 ширины валика 3 злф-лы, 3 табл. 3 ил.

2004626

Изобретение относится к электрохимической защите от коррозии эоны сварных соединений стальных трубопроводов.

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

Наиболее близким техническим решением является способ защиты внутренней поверхности труб в зону сварного соединения. 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 изоляции.

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 соединения требует большого объема токарных работ повышенной точности. При этом из-за больших допусков на внутренний диаметр труб практически невозможно добиться плотного прилегания тела протектора к внутренней поверхности трубы по всему периметру, что, повышая электрическое сопротивление, уменьшает величину защитного тока, увеличивает создаваемое протектором местное гидравлическое сопротивление и затрудняет закрепление протектора. При установке протектора возникает так называемый " целевой эффект", вследствие которого металл трубы под стальной крепежной лентой оказывается незащищенным.

Целью изобретения является повыше.ние эффективности защиты путем создания прочной металлической связи протектора с защищаемой поверхностью и снижение трудоемкости работ.

Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа защиты от коррозии зоны сварного соединения трубопровода, включающего зачистку концов свариваемых труб и размещение вдоль кромах растворимого протектора, размещение протектора осуществляют наплавкой на защищаемую поверхность по меньшей мере одного валика иэ сплава на основе алюминия на расстоянии I от каждой из свариваемых кромок, определяемом из соотношения

I -(S — a)tg а+ К1. (1) (2) 20 где r — радиус трубы, мм;

P — центральный угол, определяющий длину участка, (град),,3 ° 103

25 оставляя между ними ненаплавленные участки той же длины, заполнение которых осуществляют после усадки ранее наплавленных

30 участков.

Перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали толщиной 3 мм, шириной 1,0 — 1,5 ширины алюминиевого валика.

Перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на зачищаемую поверхность наплавляют 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 осуществляют следующим образом.

Сначала зачищают концы труб 1,2 на участках размещения протектора 3, 4, при этом снимают внутреннюю изоляцию при ее наличии. Затем на каждый из зачищенных участков труб t, 2 на расстоянии 1 от свариваемой кромки наплавляют в виде валиков

Э, 4 протекторный материал иэ сплава на основе алюминия. Расстояние I(фиг,,3) от каждой иэ свариваемых кромок определяют из соотношения (1). Отношение высоты Н наплавки к ширине В наплавки выбирают в пределах 0,3-0,6, а отношение глубины h где Я вЂ” толщина стенки трубы, мм; а — величина притупления при разделке кромок, мм; а — угол разделки кромок, град;

К вЂ” поправочный коэффициент, зависящий от толщины стенки, К - 2-5 мм, при этом соотношение параметров наплавляемого валика составляет Н/В = 0,3-0,6 и

h/Н = 0,2-0,3, 10 где  — ширина наплавки, мм, Н вЂ” высота наплавки, мм;

h — глубина проплавления, мм. сущность изобретения заключается также и в том, что наплавку валика осуществля"5 ют участками длиной

2004626 проплавления к высоте Н наплавки — в пределах 0,2-0,3 (фиг. 1).

Наплавку валика протектора выполняют либо по замкнутому контуру по всему периметру трубы, что целесообразно для труб малого диаметра, либо участками длиной, выбираемой из соотношения (2), оставляя между ними ненаплавленные участки той же длины. заполнение которых осуществляют после усадки ранее наплавленных участков. Такой порядок наплавки целесообразен для труб диаметром более

400-420 мм.

При наплавке протектора на стальные трубы на линии сплавления алюминиевого валика с металлом трубы образуется эона хрупких интерметаллидов с твердостью до

300-400 Hv, наличие которой повышает вероятность растрескивания основного металла, особенно в трубах Il-й и III-й категории прочности с пределом текучести соответственно 300 и 400 МПа. С целью исключения отрицательного влияния зоны хрупких .интерметаллидов с повышенной твердостью перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой-стали толщиной до 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика.

Для увеличения срока службы протектора на трубопроводах, транспортирующих коррозионно-активные среды, перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия 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.

Для наплавки растворимого протектора были выбраны присадочные проволоки АК4 и 1201 и электроды 03АНА-1/Св-А5. Режимы наплавки представлены в табл. 1 и 2.

Наплавку растворимого протектора выполняли на трубных образцах диаметром

114-530 мм с V-образной разделкой кромок с углом разделки 30 и величиной притупления 2 мм из отечественных сталей следующих марок: сталь 20 (табл. 3, примеры 1-11, сталь 12ГФ II-й категории прочности (пример 12) и сталь 16ГФ Б II I-й категории прочности (примеры 13-15). Наплавку выполняли 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 злектродуговым способом электродами ОЗАНА-1/Св-А5 (примеры 8. 12-14), режимы наплавки выби40

55 длину участков выбирали из соотношения (2)

Результаты экспериментов показали, что при диаметре труб до 426 мм при остывании наплавленного по замкнутому контуру по всему периметру трубы валика отрыва 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 металла трубы (пример 10), что снижает эффективность защиты. В этих случаях предпочтительно наплавку протектора вести участками длиной, определяемой из соотношения (2), В примерах 12-14 для труб второй категории прочности 12ШФ (предел текучести

300 Mila) и третьей категории прочности

16ГФБ (предел текучести 400 Mila) растворимый протектор размещали на предварительно наплавленный слой (подложку) из рали согласно табл. 1 и 2. В примерах 1-6 протектор был наплавлен на различном расстоянии I от свариваемых кромок, причем наплавку вели по замкнутому контуру по

5 всему периметру трубы. Расстояние рассчитывалось по формуле (1). Были приняты значения поправочного коэффициента К- 1, К- 2,..., К - 6 мм для каждого значения К рассчитано расстояние I от свариваемой

10 кромки до наплавляемого протектора и на этом расстоянии на защищенную внутреннюю поверхность трубы наплавлен протектор.

Далее из трубйых образцов с наплавленным внутри них протектором (по одной паре об15 разцов на каждое значение К) были сварены кольцевые стыки, из которых вырезали образцы для проведения электрохимических, металлографических и механических испытаний.

20 При значении К < 2 мм протектор располагается в зоне, нагреваемой при сварке кольцевого стыка до температур, близких к температуре плавления алюминия (Тпл

-657 С), вследствие чего происходит рас25 плавление валика протектора и попадание алюминия в металл сварного шва, что резко ухудшает качество сварного соединения.

При значении К > 5 мм наплавляемый протектор удаляется от эоны сварного соединеЗО ния и тем самым снижается эффективность защиты шва и околошовной зоны. С увеличением толщины стенки следует выбирать меньшие значения К, что видно из примеров

5 и 7.

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

2004626

Таблица1

Ручная электродуговая наплавка вольфрамовым электродом в аргоне

Таблица2

Ручная злектродуговая наплавка покрытыми электродами малоуглеродистой стали, который наплавляли на каждый из защищенных участков труб 1, 2 (см. фиг, 1) на расстоянии 8 мм от свариваемой кромки ручной дуговой наплавкой электродами 350А с относительным удлинением д -20 . При этом ширина слоя составляла 10 мм, а толщина — 2, 3 и 4 мм соответственно для примеров 12. 13, 14.

После этого на этот слой методом ручной электродуговой наплавки наплавляли растворимый протектор. Применение такого слоя позволяет вывести образующуюся при наплавке протектора зону хрупких интерметаллидов с твердостью до 300-400 Ич за пределы стенки трубы, предотвращая растрескивание основного металла в этой зоне.

Для труб нормальной прочности, изготовленных из малоуглеродистых сталей, применение подложек не требуется.

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

В примерах 5-7 и 15 на защищаемую поверхность трубных образцов наплавляли слой титана, на который затем наплавляли валик растворимого протектора, причем в примере 15 титановый слой наплавляли не непосредственно. на поверхность трубного

5 образца, а на нанесенный предварительно слой из малоуглеродистой стали.

Слой титана наплавляли на защищенные участки труб на расстоянии 8,5 мм от свариваемой кромки ручной аргонбдуговой

10 наплавкой с присадочной проволокой СПТ2. При этом ширина слоя составляла 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 наплавляли валик

15 растворимого протектора.

Наплавка титанового слоя позволяет существенно повысить эффективность защиты, увеличивает срок службы протектора за счет того, что титан, как хорошо пассивирующий20 ся материал, способствует равномерному растворению протектора, предотвращая подрез протектора по линии сплавления с металлом трубы, 25 (56) Патент ГДР, %244572, кл, С 23 F13/02.

Патент ГДР, hk 130071. кл. F 161 58/00.

2004626

Номе а и име ов

168

168 168

168

168 168

168

168

Ст.20

Ст.20

Ст.20

Ст.20

Ст.10

Марка стали

30

30

30

30

03-1)*

СвА5

АК4

Я4 мм

АК4

Я4 мм

АК4

Я4 мм

Сварочный материал

5,6

8,2

9.6

8.9

7,6

8,6

4,6

6,6

360

360

360

857,2

527,5

527,5

L,мм

10

10 удовл. неуд. удовл. удоел. не овл. овл, овл, овл. овл. овл. овл.

Параметры трубы и наплавки

Диаметр трубы, мм

Толщина, мм а,мм

Вид наплавки

К,мм

1,мм ф, град

Толщина подложки из малоуглеродистой стали, мм

Ширина подложки из малоуглеродистой стали, мм

Толщина подложки титана, мм

Ширина подложки из титана, мм

Качество наплавленного растворимого протектора

Оценка эффективности за иты

Ст,20 Ст.20

АК4 АК4

Я4 мм Я4 мм

360 360

527,5 527,5 удовл. удовл.

Ст.20

АК4 АК4

О4 мм Я4 мм

360 360

527,5 527,5 удоел. удовл.

ТаблицаЗ

2004626

Продолжение табл. 3

Номе э и име ов

Параметры трубы и мэплэвки

14

15

Диэметр трубы, мм

114 114

114

530

530

114 530

Толщине, мм

10

14

14, 14

Марка стали Ст.20 .

16ГФБ

12ГФ 16ГФБ

Ст.20

Ст.20

16ГФ6 Ст.20

30

30

30

30 э,мм

8ид Hàïïààõè

° **

1201

Qf2 мм

Свэрочный мэтериэл

АК4

Я4 мм

АК4

04 мм

АК4 АК4

Н4 мм Я4 мм

К,мм

l,мм

Р, грэд

L,мм

8,6

8,6

8,9

8,9

8,9

8,6

8,9

360 360

360

8,1

360

360

10,8

17.3

358 80

358

358

358

1664,2

40

Толщинэ подложки иэ мэлоуглеродистой стали, мм

Ширинэ подложки иэ мэлоуглеродистой стали, мм

10

10

Толщине подложки титана, мм

Ширине подложKN иэ титэнэ, мм

Качество мэплавлемного рэстворимого протекторе удовл. удовл. удовл. удовл. удовл. неуд. удовл. неуд.

Оценка эффективности ээ иты не овл. овл. овл, доел. не овл, * — ручная эргонодуговэя нэплавкэ неплэвящимся электродом

** — ручнэя электродуговэя нэплавкэ

*) — ОЗАНА-1

2004626

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

ЗОНЫ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА, заключающийся в зачистке концов свариваемых труб и размещении вдоль кромок растворимого протектора, отличающийся тем, что размещение протектора осуществляют наплавкой на эащи1 щаемую поверхность по меньшей мере одного валика из сплава на основе алюминия на расстоянии I от каждой из свариваемых кромок, определяемом иэ соотношения

- I = (S — a)tga+K, где S - толщина стенки трубы, мм; а - величина притупления при разделке кромок, мм; а - угол разделки кромок, град;

К - 2 - 5 мм - поправочный коэффициент, зависящий от толщины стенки, при этом параметры наплавляемого валика выбирают из соотношений

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

Н - высота наплавки;

h - глубина проплавления.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что наплавку валика осуществляют участками длиной L, оставляя между ними ненаплавленные участки такой же длины, которые заполняют наплавляемым материалом после усадки ранее наплавленных участков, при этом длину L участков опре180 деляют из соотношения Z s —. r, где r радиус трубы, мм;

2,3 10

P - - центральный угол, опреГ деляющий длину участка, град;

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали толщиной не более 3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед наплавкой валика из сплава

25 на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой титана толщиной не более 3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика, 2004626

Составитель И.Маркова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Мотыль

Редактор H.Федорова

Подписное

Заказ 3381 Тираж

HllG "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101