Способ ремонта емкостей

 

Изобретение относится к ремонту сваркой герметичных емкостей химических производств. Сущность изобретения: готовят шаблон для выкраивания листового элемента. Предварительно составляют чертеж прямого сечения развертки поверхности ремонтируемой емкости. Отложив на развертке длину нижнего основания элемента прямого сечения, осуществляют поворот его осевой линии до тех пор, пока угол между ней и средней линией развертки не составит 35 - 55°. От осевой линии по верхнему основанию развертки откладывают длину верхнего основания прямого сечения. Полученные точки соединяют. Получают шаблон в виде наклонного элемента. Листовые элементы по полученному шаблону вырезают из листового металла, затем формуют штамповкой или прокаткой, устанавливают на внутренней поверхности емкости с зазором между элементами 3,5 - 5,0 толщины листа. После приваривания листовых элементов по контуру, зазор между ними заполняют присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью. 3 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к сварочной технологии, в частности к способам ремонта герметичных емкостей, например, резервуаров, сосудов, аппаратов химических производств, корпусов судов и других объектов.

Предлагаемый способ может быть использован для ремонта облицовки корпусов варочных котлов целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ ремонта емкостей путем наложения заплаты на поврежденное место и приварки ее по периметру к стенке герметичным швом, причем между заплатой и стенкой емкости создают полость, которую перед сваркой заполняют самотвердеющим наполнителем, а по периметру заплаты устанавливают промежуточные элементы в виде металлических полос и приваривают их соответственно к заплате и стенке емкости [1] Ремонт, проводимый известным способом, не является достаточно надежным, не обеспечивает необходимую долговечность объекта. Это обусловлено тем, что самотвердеющие наполнители и дополнительные промежуточные элементы в виде полос являются местом возникновения остаточных сварочных напряжений в области сварных швов, что приводит к их быстрому разрушению и снижению межремонтного периода. Кроме того, известным способом нельзя проводить ремонт дефектных участков большой площади.

Наиболее близким к предлагаемому является способ ремонта емкостей, в котором на поврежденное место емкости приваривают листовые элементы, выкроенные по шаблону прямого сечения развертки ремонтируемого участка [2] Листовые элементы сначала приваривают по контуру к корпусу, а затем сваривают между собой стыковой сваркой сплошным швом, дополнительно укрепляя электрозаклепками.

Известный способ не обеспечивает необходимую надежность ремонта, так как в околошовной зоне и в наплавленном металле возникает склонность к коррозионному растрескиванию, межкристаллитной и питтинговой коррозии, что способствует ускоренному разрушению сварного соединения. Это обусловлено высоким напряженным состоянием металла в зоне сварного шва.

Напряженное состояние определяется в зоне сварного шва совокупностью действующих напряжений и остаточных сварочных напряжений.

При приваривании листовых элементов, выкроенных по шаблону прямого сечения развертки, значение вертикальной составляющей действующего напряжения в зоне сварных швов в два раза превышает значение горизонтальной составляющей действующего напряжения.

Разрушающее действие на сварные швы оказывает именно вертикальная составляющая действующего напряжения. Кроме того, в зоне сварного шва, выполненного встык, действуют большие остаточные сварочные напряжения, нормальная составляющая которых к линии шва оказывает большое разрушающее действие.

На участках высокого напряженного состояния металла в процессе эксплуатации емкости под действием коррозионно-активной среды возникают трещины, которые становятся опасными центрами локального разрушения емкости.

Качество и надежность произведенного ремонта являются низкими, а межремонтный период коротким и составляет не более 3-5 лет.

Целью изобретения является повышение межремонтного периода, надежности и качества ремонта за счет снижения напряженного состояния металла в зоне сварных швов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе ремонта емкостей, который заключается в том, что на поврежденное место емкости накладывают листовые элементы, выкроенные по шаблону элемента развертки ремонтируемого участка, и приваривают их герметичным швом, новым является то, что шаблон получают преобразованием подобия прямого сечения развертки, при котором угол наклона осевой линии получаемого шаблона к его средней линии составляет 35-55^о, а листовые элементы устанавливают с торцевым зазором 3,5-5,0 толщины листа, который после сварки по контуру заполняют присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью.

Повышение межремонтного периода обусловлено тем, что предлагаемый способ обеспечивает высокое качество и надежность проводимого ремонта.

Листовые элементы, выкроенные по шаблону, полученному предлагаемым способом, обеспечивают ориентацию сварных швов под наклоном к образующей. При этом величина угла наклона сварных швов получается такой, что напряженное состояние в этой области снижается на 20-25% Это достигается за счет одновременного снижения вертикальной составляющей действующих напряжений, а также нормальной составляющей остаточных сварочных напряжений. Так как снижается значение вертикальной составляющей обобщенного напpяжения, оказывающей основное разрушающее действие, шов оказывается защищенным от разрушений, в нем не возникают трещины, являющиеся центрами возникновения коррозии.

Размещение листовых элементов по поверхности емкости с торцевым зазором равным 3,5-5 толщин листового элемента и приваривание их в таком положении также обеспечивает снижение обобщенных напряжений, что установлено экспериментально.

Заполнение зазора после сварки листовых элементов по контуру присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью позволяет снизить остаточные сварочные напряжения благодаря термическому воздействию цикла сварки, в процессе которой осуществляется введение присадочного материала в указанный зазор. Это позволяет исключить необходимость проведения термической обработки, снижающей остаточные сварочные напряжения в шве.

Если зазор между листовыми элементами выполнить меньше предлагаемого, термическое воздействие сварки оказывается недостаточным для снятия остаточных напряжений.

Если зазор выполнить больше предлагаемого термическое воздействие сварки оказывается слишком велико, остаточные напряжения после снижения опять резко возрастают.

Снижение напряженного состояния в зоне сварного шва резко повышает качество и надежность ремонта, повышает межремонтный период на 27-35% Аналоги, содержащие признаки, отличающие решение от прототипа, не обнаружены и решение явным образом не следует из уровня техники. На основании этого можно сделать вывод, что решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "промышленная применимость", так как планируется его использование на Архангельском целлюлозно-бумажном комбинате.

На фиг. 1-3 приведены виды шаблонов, получаемых преобразованием подобия прямого сечения развертки цилиндрической, конической и сферической частей емкостей, соответственно, согласно предлагаемому способу.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Готовят шаблон для выкраивания листового элемента.

Предварительно составляют чеpтеж развертки поверхности ремонтируемой емкости или ремонтируемого участка емкости. Для этого емкость по высоте разделяют на горизонтальные пояса. Высоту каждого пояса цилиндрической, сферической и конической частей поверхности емкости выбирают исходя из возможности подать заготовку через горловину емкости. Ограничения на размеры листовой заготовки накладываются также технологическими условиями вальцовки, обработки кромок, транспоpтировки и проведения монтажных работ внутри емкости.

Оптимальной является разбивка каждого пояса на 10-15 элементов прямого сечения.

Прямое сечение: развертка для цилиндрической части емкости прямоугольник; для конической части и сферического пояса равнобедренные трапеции, прямолинейная и криволинейная, соответственно.

Отложив на развертке длину нижнего основания элемента прямого сечения, осуществляют поворот его осевой линии до тех пор, пока угол между ней и средней линией развертки не составит необходимый.

От осевой линии по верхнему основанию развертки откладывают длину верхнего основания прямого сечения. Полученные точки соединяют. Получают шаблон в виде наклонного элемента.

Листовые элементы по полученному шаблону вырезают из листового металла, затем формуют штамповкой или прокаткой, устанавливают на внутренней поверхности емкости с заданным зазором. После приваривания листовых элементов по контуру, зазор между ними заполняют присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью.

Предлагаемый способ ремонта емкостей был предварительно испытан на лабораторных моделях, форма которых в уменьшенном масштабе повторяет поверхность варочного котла для целлюлозно-бумажной промышленности.

Для проведения испытаний шаблон для выкройки листовых элементов получали путем преобразования подобия прямого сечения развертки таким образом, что угол наклона осевой линии получаемого шаблона к его средней линии в каждом опыте изменяется.

Угол наклона осевой линии шаблона к его средней линии составлял в 1 опыте 30^о. Во II опыте этот угол составлял 35^о; В III опыте -"- 45^о; В IV опыте " 55^о; В V опыте " 60^о.

При этом торцевой зазор между листовыми элементами, устанавливаемыми на поверхности модели, составлял 4, 25 толщины листа 13,5 мм.

Корпус модели был изготовлен из стали 20К.

Листовые элементы для облицовки внутренней поверхности модели изготавливали из стали 07Х17Н13М2Т.

Приваривание листовых элементов и заполнение зазора между ними осуществляли методом ручной электродуговой сварки покрытыми электродами. Зазор заполняли присадочным материалом, имеющим повышенную коррозионную стойкость по сравнению с материалом листовых элементов. В частности, в качестве сварочных материалов использовали электроды: ЭА-395/9 (тип наплавленного металла Э-11Х15Н25М6АГ2); НИАТ-5 (тип наплавленного металла Э-11Х15Н25М6АГ2); ОЗЛ-20 (тип наплавленного металла Э-03Х20Н14М3Г2); ЭА-400/10у (тип наплавленного металла Э-07Х19Н11М3Г2Ф).

Установление оптимальной величины зазора проводили сваркой листовых элементов, угол наклона осевой линии которых к средней линии составлял 45^о.

При этом зазор изменяли следующим образом:
VI опыт зазор
составлял 2 толщины
листового
элемента; VII опыт " 3,5 толщины; VIII опыт " 5 толщин; IX опыт " 6 толщин.

Полученные сварные швы подвергали испытаниям, моделирующим условия в варочных котлах. При этом измеряли следующие параметры.

Деформации, характеризующие интенсивность напряженного состояния, измеряли механическим деформометром конструкции МВТУ. Определяли в двухосное напряженное состояние, характеризуемое двумя компонентами нормальных напряжений σ_xи σ_y. Измерения проводили в двух базах, длина которых составляла 10 мм и ограничивалась конусными отверстиями.

Испытания на межкристаллитную коррозию проводили по методу "ДУ", ГОСТ 6032-75.

Ускоренные испытания на коррозионное растрескивание проводили в среде, содержащей 42% MgCl₂ при температуре кипения.

По методике, приведенной в источнике Фрейман Л.И. Прижак М. и др. Об унификации методов ускоренных испытаний нержавеющих сталей на стойкость против питтинговой коррозии, опубликованном в журнале "Защита металлов", 1986, т. 22, N 2, с. 179-195, определяли критерий питтингообразования.

Аналогичные испытания проведены для сравнения и способа ремонта, выбранного в качестве прототипа.

Полученные данные сведены в таблицу.

В результате испытаний установлено, что предлагаемый способ позволяет существенно снизить обобщенные напряжения, увеличить время до коррозионного растрескивания, а также уменьшить межкристаллитную коррозию и увеличить критерий питтингообразования.

Анализ данных, приведенных в таблице, показал, что лучшие показатели достигаются при угле наклона осевой линии шаблона к средней линии, равном 35-55^о, и при установлении зазора по контуру между листовыми элементами, равного 3,5-5,0 толщины листа.

Изменение угла наклона осевой линии шаблона к средней линии на угол, меньший 35^о и больший 55^о, ведет к ухудшению показателей (см. опыты 1,5).

Аналогичные результаты получены и при изменении зазора между листовыми элементами на величину менее 3,5 толщины листа и на величину более 5,0 толщины листа, а также при сваривании элементов встык, как это осуществляется в прототипе (см. опыты 6, 9, 10, соответственно).

Предлагаемый способ ремонта емкостей также был испытан при ремонте внутренней поверхности котла для варки целлюлозы Архангельского целлюлозно-бумажного комбината.

Проведен опытный ремонт участков котла, изготовленного из двухслойной стали шведского производства. Основной слой котла выполнен из малоуглеродистой стали марки 212, плакирующий слой выполнен из высоколегированной нержавеющей стали. Внутренняя поверхность верхней части котла, подлежащая ремонту, была подготовлена под сварку. Для этого плакирующий слой был очищен от загрязнений, в частности, участки, подверженные коррозии, зачищались абразивным инструментом до чистого металла. Зона, в которой осуществлялся ремонт, размечалась для уточнения расположения существующих и новых сварных швов.

Листовые элементы выполнялись из стали 08Х17Н15МЗТ и 08Х17Н13М2Т.

В котле в процессе работы создается давление 0,1-1,2 МПа, температура 160-170^оС. Среда щелочная, рН 10-13.

Через год испытаний на поверхности котла, отремонтированной предлагаемым способом, никаких повреждений не выявлено.

На поверхности котла, отремонтированной способом, выбранным в качестве прототипа, за тот же период появилась локальная межкристаллитная коррозия глубиной 0,05 мм.

Предлагаемый способ ремонта емкостей обладает технико-экономическими преимуществами по сравнению с прототипом, так как обеспечивает повышение качества и надежности ремонта за счет новых условий выполнения операций способа:
шаблон получают предлагаемым преобразованием подобия прямого сечения развертки;
листовые элементы устанавливают с заданным торцевым зазором, который после сварки по контуру заполняется присадочным материалом с повышенной коррозионной стойкостью.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕМОНТА ЕМКОСТЕЙ, при котором на поврежденной поверхности располагают листовые элементы, выкроенные по шаблону развертки ремонтируемого участка, обрабатывают их по контуру и сваривают между собой, отличающийся тем, что получают шаблон наклонного сечения развертки, для чего сначала составляют чертеж прямого сечения развертки ремонтируемого участка, осуществляют на чертеже поворот его оси симметрии относительно точки ее пересечения с нижним основанием на угол 35 55^o, от развернутой осевой линии по верхнему основанию развертки откладывают длину верхнего прямого сечения и полученные точки соединяют, а листовые элементы устанавливают на поврежденной поверхности с торцевым зазором 3,5 5,0 толщины листа, который после сварки этих элементов по контуру заполняют коррозионно-стойким материалом.

РИСУНКИ

Рисунок 1