книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

сваривали электроконтактной и электропрессовой сваркой. На рис. 152 показаны микроструктура и авторадиограмма сварного соединения, а на рис. 153 результаты измерений, показывающие глубину (в мк) проникновения радиоактивного железа через поверхность сварки. Как видно из графика, заметная диффузия через бывшую границу раздела отсутствует. Это свидетельствует о том, что зерна практически не прорастают через границу раз­ дела и образование соединения носит бездиффузионный характер.

Сварное соединение, выполненное любым методом прессовой сварки, не имеет участков литого затвердевшего металла; оно представляет собой срощенные поверхности торцов труб.

Рис. 153. Глубина проникновения радиоактивного железа через поверхность сварки.

1 — стык, выполненный прессовой сваркой с индукционным нагревом, в расходном со­ стоянии; 2, з, 4 — тот же стык после отжига при 950° соответственно в течение 3, Ь и 100 час.; б — стык, выполненный сваркой оплавлением; б — стык с низкими механическими

свойствами, выполненный прессовой сваркой токами высокой частоты.

Под влиянием осевых усилий, создающих осадочное давление, и благодаря снижению модуля упругости металла, нагретого до высокой температуры, образуется утолщение свариваемых торцов. Утолщение равномерно на внутренней и наружной поверхностях, если условия нагрева кромок одинаковы с обеих сторон (напри­ мер, при электроконтактной сварке). При иных условиях нагрева утолщение может иметь выступ с одной стороны. В процессе сварки оплавлением на выступающих утолщениях образуется грат . Если в свариваемой стали отчетливо выражена полос­ чатость, вызванная прокаткой, то в соединении наблюдается изгиб волокон в направлении утолщения.

229

По данным ряда исследователей образование ферритной по­ лоски связано с кристаллизацией феррита по стыку в процессе охлаждения сварного соединения. Центрами кристаллизации являются включения окислов.

Подобная преимущественная кристаллизация феррита в виде вытянутых полос наблюдается также в катаных котельных ста­ лях. Причем повышение скорости охлаждения способствует пол­ ному устранению полосчатости, а снижение скорости — увели­ чению ширины полос. Это же явление происходит в соединениях при прессовой сварке.

При деформации металла в процессе осадки волокна стали искривляются н направление их становится перпендикулярным к оси трубы. Хрупкие включения разрываются и оказываются расположенными в виде цепочки; пластичные включения вытяги­ ваются в тонкую нить, заметную только под микроскопом. Точно так же вытягиваются и зерна аустенита, обогащенные раствори­ мыми в них примесями. Рекристаллизация аустенита хотя и при­ водит к образованию равноосных зерен, но пе может изменить структурной направленности этих областей.

При замедленном охлаждении такого участка металла во время критического интервала температур кристаллизация фер­ рита из аустенита может начаться возле неметаллических включе­ ний и в местах химической неоднородности твердого раствора. Неметаллические включения, вытянувшиеся при деформации аустенита, будут способствовать образованию ферритной полоски.

ния ферритной полоски может явиться и следующее обстоятель­ ство. В процессе оплавления последних микрослоев кромок перед осадкой прежде всего расплавляются микроучастки с повы­ шенным содержанием углерода, имеющие более низкую темпера­ туру плавления. Участки с малым содержанием углерода (зерна феррита) не успевают расплавиться. Таким образом, при осадке в непосредственный контакт вступают поверхности с низким со­ держанием углерода. Это и может вызвать образование тонкой ферритной полоски.

На механические свойства шва слабо выраженная ферритная полоска не оказывает заметного влияния.

СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Соединения магистральных трубопроводов, выполненные электроконтактпой сваркой, изучены больше, чем соединения, получаемые при других прессовых методах.

Исследования показывают, что в соединениях, выполненных аппаратом с кольцевым трансформатором при непрерывном

231

оплавлении, не содержатся окислы пли шлаковые включения, которые возможны при электроконтактной сварке сопротивлением. Это свидетельствует о достаточной защите свариваемых поверх­ ностей от окисления.

В сварном соединении, полученном при электроконтактной сварке оплавлением, имеются две зоны, отличающиеся по струк­ туре от основного металла: зона непосредственного соединения свариваемых кромок и зона термического влияния.

На рис. 155 показан график изменения твердости металла в области сварного шва. На границе между неизмененным металлом трубы и околошовной зоной обычно отмечается незначительное уменьшение твердости (на несколько единиц). В области около­ шовной зоны, как правило, наблюдается некоторое увеличение

Hv

Расстояние от стыка,мм

Рис. 155. Схема изменения твердости (//„) по длине сварного соединения, выполненного элек­ троконтактной сваркой.

твердости. В средней части стыка (по линии сплавления) твер­ дость меньше, чем в околошовной зоне.

Исследование стыков [40], выполненных при различных ре­ жимах сварки аппаратом с кольцевым трансформатором, дало основание выделить три типа структур сварных соединений (обозначим их условно А, Б и В). Схемы этих типов структур до удаления наружного и внутреннего усиления приведены на рис. 156. С в а р н о е с о е д и н е н и е с о с т р у к т у р о й т и и а А

Место соединения свариваемых труб имеет ферритную полоску шириной не более 0,05 мм. Ферритная полоска может и отсут­ ствовать. В этом случае нет никакого различия в микрострукту­ рах на границе раздела.

Ферритная полоска зачастую хорошо выявляется лишь в ме­ стах расположения усилений, исчезая в средней части толщины стенки. В этом случае полоска плотная и состоит из мелких зе­ рен.

2 3 2

Тип А

Рис. 156. Схемы струк­ тур соединений электроконтактной сварки.

Зона термического влияния имеет структуру, образуемую

233

Глава X I

СВАРКА КРИВОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Магистральные трубопроводы состоят из прямых и криволи­ нейных участков. Если трасса проходит по холмистой или горной местности, трубопровод имеет искривления в вертикальной пло­ скости. При обходе естественных препятствий и сооружений или при следовании трассы вдоль дорог, рек -и улиц изгиб происхо­ дит и в горизонтальной плоскости.

Изгибы в вертикальной и горизонтальной плоскостях могут быть различного радиуса, обусловленного характером местности.

Траншею обычно роют на глубину, определяемую технико­ экономическими и тепловыми расчетами, исходя из условий экс­ плуатации трубопроводной линии. Дно траншеи более или ме­ нее точно повторяет рельеф местности. Трубопровод при укладке плавно вписывается в заданный профиль трассы, прилегая всеми точками ко дну траншеи.

Допустимый радиус свободного изгиба трубопровода в упру­ гой области может быть определен расчетным путем. При расчете исходят из прочности поперечных сварных соединений. Для рас­ чета можно воспользоваться уравнением [2]

а =0,000012);

Д0 —расчетный температурный перепад, устанавливаемый для стенок трубопровода в зависимости от темпе­ ратуры транспортируемого продукта, района укладки и глубины заложения (для средней полосы СССР

Д0 = 25°);

237

Пр, щ, пе — коэффициенты перегрузки для определения напря­ жении в трубопроводе от внутреннего давления, от изменения температуры стенок и упругого из­ гиба (поскольку учитывается совместное влияние этих трех факторов, коэффициенты перегрузки могут быть приняты равными 1,0):

т — коэффициент условий работы (0,7—0,9); к — коэффициент однородности (0,85—0,9);

R n — нормативный предел текучести металла трубы.

Из уравнения (XL1) следует, что радиусы свободного изгиба трубопроводов, прокладываемых в средней полосе СССР, характе­ ризуются порядком цифр, приведенным в табл. 51.

Большинство криволинейных участков трубопроводов имеет радиус кривизны меньший, чем радиус свободного изгиба.

Трубы изгибают и в тех случаях, когда необходимо скомпен­ сировать термическое удлинение открытого трубопровода, проло­ женного на поверхности земли или в канале. Гнутые участки, проходящие по мостам, являются одновременно и компенсаторами.

Минимальный радиус кривизны магистральных трубопрово­ дов определяется условиями эксплуатации. Строительными нор­ мами и правилами предусматривается, что радиусы отводов при гнутье стальных труб в холодном состоянии должны быть не менее 10 диаметров:

бмин >-10 Z). (XI. 2)

На магистральных нефтепроводах в процессе эксплуатации, как известно, применяют скребки для очистки внутренней поверх­

закругления трубопроводов, допускающие пропуск этих приспо­ соблений.

По магистральным газопроводам пропускают ерши. Запроек­ тированный по ВНИИСТ ерш для трубопроводов больших диа­ метров может перемещаться при радиусе закругления > 1D.

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКОВ

Необходимая кривизна участков трубопровода (кроме свобод­ ного изгпба) достигается горячим или холодным гнутьем, а также применением сварных колен или фитингов, изготовленных в за­ водских условиях.

2 3 8