Ограничитель распространения трещин в сварных трубопроводах высокого давления и способ его изготовления

Ограничитель распространения трещин в сварных трубопроводах высокого давления и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к конструированию магистральных трубопроводов высокого давления, в частности к получению ограничителей распространения трещин в сварных трубопроводах. Цель изобретения - повышение надежности трубопроводов, упрощение технологии изготовления ограничителя распространения трещин и повыИзобретение относится к конструкциям магистральных трубопроводов высокого давлений, в частности к ограничителям распространения трещин в сварных трубопроводах высокого давления, и к способу их изготовления. Целью изобретения является повышение надежности трубопровода, и упрощение технологии изготовления ограничителя распространения треи.ин и повышение производительности . На фиг. 1 показан участок магистрального трубопровода с встроенным в него ограшение производительности. Ограничитель распространения трещин выполнен в виде участка трубы, в теле которой имеется по меньшей мере одна вставка протяженной формы, сориентированная под углом к предполагаемому направлению распространения трещины. Бсгавка выполнена из материала, прочность которого равна или больше прочности материала ограничителя. Способ изготовления ограничителя распространения трещин состоит в том, что в литейную форму перед заливкой жидкого металла помещают вставки протяженной формы, а в процессе получечия из листовой заготовки ограничителя сварку осуществляют по кромкам листовой заготовки, на которых находятся торцы вставок Полученный ограничитель обеспечивает остановку трещины не столько за г материала вставки, сколько за счет ее геометрии и прочности соединения вставки с материалом трубы. Технология изготовления ограничителя полностью соответствует технологии производства труб. 2 с. и 5 з п. ф-лы, 5 ил (л С ничмтелем распространения трещин; на фи(.2-тоже,продольный разрез; ка фиг 3- ограничитель распространения трещин с частичным вырывом, изометрия, на фиг 4 - варианты рыполнения вставок; на фиг.5 - стадии способа изготовления огранииителя распространения трещин Ограничитель 1 (Фиг 1) распространения трещин устанавливают в магистральном газопроводе высокого давления (порядка 7,5 МПа) между соседними участками 2 и 3 трубопровода и соединяют с ними кольцевыми сварными швами 4. о ю о ю ю о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 V, 31/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4460541/27 (22) 12.08.88 (46) 07.12.91. Бюл, ¹ 45 (71) Институт электросварки им. Е.О,Патона (72) Б,Е.Патон, Б,И.Медовар, А.Г.Богаченко, В.Я,Саенко, В.И.Ус, Л.Б.Медовар, Н.Б.Пивоварский, А.В.Бешенцев и В.К,Постиженко (53) 621.791.011 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1017457, кл. В 23 К 28/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1060375, кл. В 23 К 28/00, 1983. (54) ОГРАНИЧИТЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

ТРЕЩИН В СВАРНЫХ ТРУБОПРОВОДАХ

ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО

ИЗГGTOBJl ЕНИЯ (57) Изобретение относится к конструированию магистральных трубопроводов высокого давления, в частности к получению ограничителей распространения трешин в сварных трубопроводах. Цель изобретения — повышение надежности трубопроводов, упрощение технологии изготовления ограничителя распространения трещин и повыИзобретение относится к конструкциям магистральных трубопроводов высокого давленля, в частности к ограничителям распространения трещин в сварных трубопроводах высокого давления, vl K cfloc05I рх изготовления.

Целью изобретения является повышение надежности трубопровода, и упрощение технологии изготовления ограничителя распространения треь:,ин и повышение производительности.

На фиг.1 показан участок магистральногоо трубопровода с встроенным в него огра„„SU „„1696229 А1 шение производительности, Ограничитель распространения тре.цин выполнен в виде участка трубы, в теле которой имеется по меньшей мере одна вставка протяженной формы, сориентированная под углом к предполагаемому напра:пению распространения трещины, Всгавка выполнена из материала, прочность кстсрогс равна или больше прочности материала ограничителя.

Способ изготовления ограничителя распространения трещин состоит в том, что в л1тейную форму перед заливкой жидкого металла помещают вставки протяженной формы, а в процессе пслу ения из листовой заготовки ограничителя сварку осуществляют по кромкам листовой заготовки, на которых находятся торцы вставок. Полученный ограничитель обеспечи-ает остановку трещины не столько за счет материала вставки, сколько за счет ее геометрии и прочности соединения вставки с материалом трубы, Технология изготовления ограничителя полностью соответствует технологии и роизводства труб.? c. v.. ==, з.п, ф-лы, 5 ил. ничителем распростран".ния трещин; на фи1.2 — то же,продольный разрез; на фиг.3— ограничитель распространения трещин с частичным вырывом, изометрия; на фиг.4— варианты выпслнения вставок; на фиг.5— стадии способа изготовления ограничителя распространения трещин, Ограничитель 1 i+иг.1) распространения трещин устанг -ni;aa;îò в магистpallьнсм газсг,роводе высокого давления (порядка 7,5 МПа) между соседними участками2и3трубопрсвода и соединяютс ними кольцевыми сварными швами 4.

1696229.

Ограничитель 1 распространения трещин (фиг.2) представляет собой участок цилиндрической трубы 5 по диаметру трубопровода, имеющей в своем теле три конструктивных элемента.

Конструктивные элементы выполнены в

1 виде вставок 6, име ощих протяженную форму и толщину h 0,3 Н, где H — толщина сгенки трубы 5, и расположенных в теле трубы 5 под углом а к предполагаемому направлению распростр".íåí.èÿ трещин так, что проекция BcTBBKN 6 ii3 плоскость 1, оВрпендикулярную оси симметрии трубы 5, представляет собой кольцо, соосное трубе

5. Угол а обычно выбирают близким к 90 „ однако он может иметь и любое другое значение в интервале 0 < a < 180"

Минимальную толшину h вставки 6 выбирают h = 0,3 H исходя из тех соображений, что при h меньше 0,3 Н возможны случае беспрепятственного распространения продольных трещин через ограничитель, а максимальная толщина h вставки 6 ограничивается требованием обязательного ее расположения в теле трубы 5.

Прочность Ос соединения ВстаВки 6 с материалом трубы 5 по прллегающим поверхностям находи" .я в пределах

О< 0,< о, где а — предел текучести матери ала ypy6g 5, МПа.

llpM прочности соединения встаВки 6 с материалом трубы 5 по прилегающим поверхностям равной нулю между прилегающими поверхностями образуются зазоры, что приводит к усложнению технологии изготовления огран1лчителя, в частности, на стадии сварки продольных кромок листовой заготовки ограничителя, При прочности соединения вставки 6 с материалом трубы 5 пп прилегающим поверхностям равной и более от материала трубы продольные трещины распространяются 1ак же, как В трубопрОВОде без наличия ограничителя.

Вставки 6 выполнены из материала, прочность которого по меньшей мере равна прочности материала трубы 5. Так, в одном из вариантов, вставки 6 выполняют из материала трубы 5, в другом варианте вставки 6 выполняют из аустенитных сталей, ударная вязкость которых при отрицательных температурах, вплоть до --196 С, существенно выше, чем ударная вязкость материала трубы 5.

В третьем варианте вставка 6 может быть выполнена из керамики, например, из шамота, магнезита и др. Вставка 6 имеет форму протяженного элемента, у которого один линейный размер существенно превышает остальные и может иметь поперечное сечение в форме, например, прямоугольника, эллипса, шестиугольника, квадрата, параллелограмма и т.п, Кроме того, вставка 6 может иметь многослойную структуру, в которой слои 7 располо>кены перпендикулярно оси симметрии трубы 5.

Ограничитель распространения трещин работает следующим образом.

Разрушение, возникшее в магистральном газопроводе и вошедшее в тело ограничителя 1 (фиг,2), встречает на своем пути границу раздела поверхности вставки 6 и материала трубы 5 и, закончившись на одной ooBepxHocTN, не может сразу же начаться на другой поверхности. В этом месте происходит изменение чаправления движения трещины с продольного вдоль оси трубопровода на кольцеобразное, определяемое ориентацией вставки 6,а распространение ее вдоль трубопровода прекращается. При этом толщина вставки 6, выбранная больше, чем 0,3 толщины стенки трубы 5, обеспечивает остановку трещины при любой скорости ее распространения.

Расположение вставки 6 под углом к оси симметрии трубы 5 предотвращает возможное снижение прочности и жесткости ограничителя 1 при оснащении его вставками 6 и обеспечивает высокую надежность. Выполнение вставок 6 из аустенитной стали позволяет повысить надежность ограничителя 1 при эксплуатации трубопроводов в условиях отрицательных температур (ниже

-40ОС), Вставки 6, выполненные ыз керамического материала, способствуют гарантированной остановке тоещин в газопроводах, работающих при сверхвысоких давлениях (более 10-12 МПа) с утолщенными стенками (30 мм), Вставки 6, имеющие многослойное строение, особенно удобны для использованияя в трубопроводах с импульсным режимом изме.нения давления в широком диапазоне (7,5-12 МПа). Увеличенное соответственно числу слоев количество границ раздела с ослабленной прочностью соединения прилегающих поверхностей обеспечивает высокую надежность v: при резких изменениях давления.

Способ изготовления ограничителя распространения трещин в трубопроводах высокого давления состоит в следующем, В литейную форму 8 (изложницу или кристаллизатор) перед заливкой жидкого металла устанавливают по меньшей мере одну вставку 6 под углом к вертикальной оси симметрии литейной формьt из матеоиала, прочность которого oо меньшей мере раííа прочности материала отливаемо о ели к», 1696229 например из стали 09Г2ФБ или из аустенитной стали 12Х18Н10Т, толщина которой

h1 > 0,3 Н, где Н1 — толщина получаемого слитка. Затем в литейную форму 8 заливают жидкий металл 9 и получают слиток толщиной Н>, при этом прочность соединения встэвок 6 с материалом слитка по прилегающим поверхностям достигает величины 0 0<<+ Слиток пОдвергэют горячей прокатке и получают лис. товую заготовку 10 толщиной Н, при этом вставка 6 также деформируется и приобретает толщину

h 0,3 Н.

После этого листовую заготовку 10 ограничителя подвергают формовке таким образом, чтобы торцы протяженных вставок 6 располагались нэ подлежащих сварке кромках листовой заготовки 10, и затем путем сварки по продольным кромкам листовой заготовки 10 получают трубу 5 по требуемым геометрическим размерам ограничителя.

Для обеспечения регулирования величины прочности соединения вставки 6 и материала трубы 5 по прилегающим поверхностям на участке двух параллельных граней вставки 6, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, частично наносят покрытие, например магнезитовый порошок, препятствующее сплавлению материала вставки 6 с материалом слитка в процессе его получения.

При этом при горячей прокатке слиток располагают таким образом, чтобы грани

i1 с покрытием располагались перпендикулярно плоскости получаемой листовой заготовки 10.

Пример 1. Для получения ограничителя 1 распространения трещин брали вставки 6 в количестве 9 шт, из стали

09Г2ФБ в форме прямоугольных параллелепипедов размерами 30х400х2000 мм, где h1

= 400 мм. Вставки 6 помещали в изложницу под углом а = 30 к вертикальной оси изложницы. В изложницу с установленными встэвками 6 заливали сталь 09Г2ФБ сифонным способом. После зэтвердевания слиток стрип перовали и он. имел размеры

750х1600х2200 мм.

Далее слиток передавали в нагревательные колодцы и нагревали до температуры 1320 С, Нагретый слиток подвергали прокатке на толстолистовом стане 3600 на слябы, которые затем прокатывали на лист толщиной 17,4 мм, шириной 2120 мм. При этом толщинэ встэвок h = 8,8 мм.

Полученные листовые заготовки вэльцевали и затем сваривали по продольным кромкам с вы.:тупающими на поверхность кромок торцами встэвок 6. Получали ограничители 1 ра-пространения трещин в виде цилиндрической трубы по диаметру трубопровода.

Пример 2. Для получения ограничителя 1 распространения трещин брали вставки 6 в количестве 3 шт. из аустенитной стали 12Х18Н10Т в форме прямоугольного параллелепипеда квадратного сечения размерами 250х250х1100 мм, где hi = 250 мм.

Нэ две параллельные грани вставки нэ

50 поверхности каждой наносили магнезитовый порошок на жидком стекле. Вставки устанавливали в изложницу перед заливкой сталью 09Г2ФБ под углом а= 40 к вертикальной оси изложницы. Изложницы заливали сифонным способом сталью

09Г2ФБ. Нанесенное на вставки покрытие препятствовало соединению материала встэвки с материалом слитка, нэ участках поверхности вставки без покрытия происходило соединение материала вставки и материала слитка с образованием соединения прочностью 0 стали 09Г2ФБ. Зэкристэллизовавшиеся слитки после стрипперования имели размеры 750х1600х2200 мм. Слитки передавались в нс. гревательные колодцы, нагревались до температуры 1330 С и подвергались прокатному переделу нэ лист толщиной 16,4 мм. шириной 2120 м л и длиной

11500 мтл. При Этом толщина вставок h = 5,6 мм.

Полученные листовые зэготовки формировали в трубу и сваривали по продольным кромкам с выступающими на их поверхность торцами вставок. Получали ограничитель распространения трещины длиной

2120 мм.

Пример 3. Изготавливали ограничитель распространения трещин анэлогино примеру 1 с той лишь разницей, что встэвки имели многослойнде строение и содержэли каждая 3 слоя толщиной 0 . м, изготовленные из стали 09Г2ФБ.

Слои зэготовки располагались перпендикулярно поверхности листовой заготовки.

Ограничители распространения трещин, изготовленные в соответствии с примерами 1 и 2, подвергали испытаниям.

Испыть:вали замкнутый участок трубопровода с двумя orрэничителями распространения трещин длиной 2120 мм кэждый и центральной рэзгонной трубой дл ной 2000 мм.

В трубопроводе создавали давление 7,5

МПа и инициировали трещину, которая, 1696229 пройдя разгс иную труб»у,, !Вкольцевалась в

Огр(1 ничителях, ДОЙД)1 ДО Г(ер вой Вставки 6, Б случае испытэния ограничители 3аспростране» ия -трещин. изготовленного i10 примеру 3, давление В трубопроводе из;18I()1/I!3cь от 7,5 дг, 2 М !"(а. трещина Ва 1<0» ьце-валась В QI"ран(!читэлях„дойдя до первой мнОГослойно 1 встав((!1 6: !(! l (3анице ее пер" аого и B;oðofî слоев.

Г<-:омето(/!Ческ !е разме;)ы ограни !ителя

I пол(-!Остьк) "00тв 8 гстзу ют f)аэмерам т!3 !:), <РОМКИ OfPB! Viii(1-,-8/»-; М!3(-!О!!Ит»(Ь(, ЧТО ЯВЛ

8ТСВ СЛВДС i !18 "1 ГВХ IO/!Of(.и f!PO(iBB<3!ICT!3= 1, :<ОТООая пол!! ОСТЬ!О CO(! BBTC f Bf(. -,3 T8>;HQËO. гии про !зво...ств(! (руа, Ограничитель 1 Обладаетт В ысÎI(ОЙ х

0TCy СТВИЯ П(30Р8ЗЕЙ(, !,()1!С!!?ii;

Возмо?к»(ость применения вставок 6 разнообраз,-!ОЙ кокф!!г; (38)ции. а 1!<)!<8 изгс!товление их IB разли:- нь:; 1 " .атериалов поЭВОЛЯ(Ч (3JICI!!iQQI!ТЬ Ц((I (=l(!! I Пг(3ЛН Р»ЧИТ8/»

Достоинством предлагаемого способа произ водс BB Ограни -!!)г(.-ля яB/i) =">ся тО, ч?»

ИЭГС!ТОВЛЕНЫЕ ОГРВI!Ичи В/!Я ПОЛНОСТЬЮ CO "

ОТВВТСТВУ8Т : ех! ((?ЛОГИ! П !3ОИЗВО!)СТВВ Т»3У<?, Операция формиро-J .I- èi! .01-:структивног<»

3Ji8»il8I!T&

II(lJI слитка "Iуте i(ус)а!(овки B иэло?кницу перед заливкой жидкого металла, Формула изобретен»ия !. Ограничитель распространения тре-! цин B сварных трубопроводах высокого давления, выполнен»I(-.II в виде участка цилиндрической трубь(диаметром, р;=вным диаметру трубопровода, имеющей Г. с;08! i теле по ме(-!Ь(1!8Й мере один барьер, cop(!8I тирОванны»Й под уГлом к П1)едпо!лагасэмом) направлению распрасгранения тоещинь!

О т л "1 ч а (0 щ(и Й с g,тем lтг) с (!8лью поаы»()8!(ия наде)кнОсти тоуоопООВОда и упро(цения тех»(ологи»л изготовления Ограничителя,барьер BB! fIQJ«»c»I I виде вставк(! и».

MBT8P»4BJI8 С П(3<)ЧНОС ГЬ(О, ПО М8НЬЩЕЙ М<)РЕ-!

3авной проч,",ости мате:;.(иа»)а тоубы, с QOf(8Оечнь)м се»lением. име Ов»им ",!pQтя?кенну!! форму, и тол!. цинОЙ Г! - О,З»-!, где Н вЂ” ТОТ(шина стенки труб(-1. распйлп?; 8»(l-(Q(v", 1 ак ! !РОРК!»((Я Нс авч» ° . - 1(г " ."! "ò(i!.ог Р»- ч(,.".кулярну)о оси симметрии трубы, представляетсобой кольцо, соосноес трубой, причем прочность o<? соединения вставки с материалом трубы по прилегающим поверхностям

5 находится в пределах 0 «!с (с,, где ter предел текучести материала трубы.

2. Ограничитель по л. !, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что вставка Выполнена из материала ц)убь!, 10 3. Ограничитель по (1.1, Î тличающийс я те:., (та BciGBKG выполнена из аустенитИОЙ стали, 4, (,)ГPB»IИЧИТВЛЬ ПО П. 1, 0 Т Л И Ч а Ю щ и йс я тем, что .... Гавка выг!Олнена из керамики.

".5 5. Огран;»читель по П.1, отл ич а ю щи йС Я тЕМ, чтс ВСтаВКа,М Е8Е8т TМНОГОСЛОЙНУЮ структуру, в которой слои расположены перпендикулярно оси симметрии трубы, 6. Способ изготовления ограничителя

2А распространения трещин в сварных трубопроводах высокого авления, включающий изготовление листовой заготовки ограничителя трещин. формирование по меньв!ей мере одного барьера в заготовке, 25 который располага;От поц углом к одной из сторон листа, и получение из листовой заготoBI

ЗО у((рощен;я технологии изготовления ограничителя и павы())ения производительносТ», листову»о заготовку полу !ают из слитка путем его горячей прокатки, формирование барьера осуществляют на стадии получения

З5 слитка путем установки в литейную форму перед заливкой жидкого металла по меньшей мере одной вставки, а в процессе получения из листовой заготовки сварной трубы, листовую заготовку формуют, распо !О лзгая торцы протяженных вставок на подлежащих сварке кромках листовой заготовки.

7. Сппсо(3 по и 6, О т л и ч а ю щ и Й с Я тем, что используют вставку в форме прямо<5 ?????????????????? n.-.-.??????????>

5G 8ro г!(3луче»!ия, а прокатку осуществ!1яют, располагая грани с покрытием перпендикуJ1ApIIQ I i/i0C!(3(ТИ ЛИС". OBQA Эа3 (?TOBK! i

1696229

1696229

Составитель Г!,Назарова

Техред M.Моргентал Корректор О.Кр".,âöîâà

Редактор О.Хрипта

Заказ 4264 I ираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям г:ри ГКНТ СССР

1 I QQ+Q gg(ква )К-.;3 р ау цская нао, i Я

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