Способ внутреннего уплотнения трубопроводов при сварке и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) 111) ФРЕТЕНИЯ ОПИСА И. Казымов,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯПРИ ГКНТ СССР 1(56) Авторское свидетельство СССРУ 106105, кл. В 23 К 9/16, 1982.Патент ГДР238430,кл. Г 16 3 15/06, 1986.(54) СПОСОБ ВНУТРЕННЕГО УПЛОТНЕНИЯТРУБОПРОВОДОВ ПРИ СВАРКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением труб,преимущественно длинномерных трубныхсекций, в герметичном объеме под водой. Цель изобретения - повышениетехнологичности за счет обеспечениянадежного. извлечения уплотнения (У)Ц 1) В 23 К /00, Р 16 .1 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 равнымвеличине, при которой усилие трениямежду У и прижимным элементом большемаксимального осевого усилия, возникающего при сварке, и меньше осевогоусилия, возникающего при проДувке.Устройство для осуществления способаснабжено вспомогательным диском (Д)и переходным Д, смонтированным междуприжимным Д и вспомогательным, и устройством перемещения уплотнения совспомогательного Д на прижимной. Приэтом в данном техническом решении отсутствует необходимость в наличисвободного конца трубопровода.2 с.п.ф-лы, 2 ил.11 ОИзобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением труб,преимущественно длинномерных трубныхсекций, в герметичном объеме под во 5дой,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 присварке; на фиг, 2 - принципиальная схема уплотнения трубопроводов присварке. 20Сущность сцособа состоит в том,что,обрабатывая рабочую поверхностьприжимного элемента (диска) устройства до заданного значения шероховатости, задавая, тем самым, определенный коэффициент трения и осуществляя сжатие уплотнения приложением рассчитанного радиального усилия Р р1 задают усилие трения Р между прижимным диском и уплотнением таким, чтобы соблюдалось условие де Рос иР - осевые усилия, приложенныео,ок уплотнительному устройству соответственно присварке и продувке.Усилие Р возникает при сварке,р.снапример при контактной стыковой40 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 Род 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 сжа 55 тия уплотнения Робеспечиваетсяприжимным диском с диаметром Йэа счет создания заданной величины деформации уплотнения д 1.где Р 8 - максимальное давление внутри свариваемых труб;Я - плошадь. поверхности заглушки,1;, а) 4с 1- внутренний диаметр трубы. При продувке сварного трубопровода на заглушку в осевом направлении действует усилие3 4Для о бе сп сч ения надежного иэ влечения заглушки из трубопровода в процес.се продувки при сохранении уплотняющей способности в процессе сварки необходимо соблюдение условия. Сила трения Рт определяется коэффициентом трения Кт между уплотнением идиском и радиальным усилием сжатияуплотнения Р оР =К Рр,Коэффициент трения К т зависит отматериала и шероховатости поверхноститрущихся деталей и обычно определяется по зависимостям, полученным опытным путем. Таким образом, обрабатывая рабочую поверхность прижимногодиска до заданного значения, задаюткоэффициент трения между уплотнениеми прижимным диском.Условие (1) через величину Р,записывается в виде Рос Ров- (Р,с -Кт(2) Величина с 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.Наибольшее усилие, действующее на заглушку в осевом направлении при сварке, равноюРрс Рсе3аа 1 ми и Рпр к 1 трИ чк з 1 уь)4 ) Ь ного диска Йрасрмуле (4), что обес 1 тЕ( уя+ 1 уь итывается п 5 158Для практических целей целесообразно данное условие выразить черезвеличину абсолютной деформации уплотнения й 1. Так как материал уплотнения (резина) обладает упругими свойствами, то величины д 1 и РР связаны зависимостьюГ р" 1. Л 1 = (закон Гука),Е 8 увлгде Е - модуль Юйга для материалауплотнения,1 - толщина уплотнения в радиальном направлении Я - поперечное сечение уплотнеуплния в радиальном направлении 8 упл Ис упл Ьгде Ь - ширина уплотнения 1 Унс ь- соответственно наружный ивнутренний диаметры уплотнения. Условие (2) можно записать в видеос 1. 1 Р сп 11 т Е дупл 1 тЕ 8 упл Р оп).т" упл Таким образом 2 1 4 сь"тр 2 У УОптимальная деформация уплотнения4 1 пГ должна иметь значение большеа 1 мин меньше 3 1 юакс Напр мер, величину 1 оп т можно определять к ак среднее ариФметическое величин д 1И аз 1 МакС. Необходимая деФормация уплотненияобеспечивается за счет установок уп- О лотнения на прижимном диске, диаметркоторого Таким образом, исходя иэ размерови упругости материала уплотнения заглушки при заданном значении коэффициента трения между уплотнением иприжимным диском, а также при известныхвеличинах давления внутри труб присварке и продувке определяют диаметрприжимного диска, осуществляющегосжатие уплотнения, при котором обеспечивается уплотняющая способность заглушки в процессе сварки и надежностьее извлечения из сварного трубопровода при продувке.Наличие вспомогательного диска, который обеспечивает расположение уплотнения в устройстве в недеформированном состоянии, а также наличие переходного диска с конусообразной поверхностью позволяет обеспечить перевод уплотнения со вспомогательного диска на прижимной перед сваркой и 35обратно при продувке. При расположении уплотнения на вспомогательном диске предотвращается соскальзываниеуплотнения из устройства при продувке,а также обеспечивается сохранностьуплотнения в процессе перемещенияустройства по трубопроводу.Устройство, представляющее внутритрубную заглушку, состоит иэ уплотнительного кольца 1, прижимного 2,вспомогательного 3, конусообразного4 и упорного 5 дисков, прижимногокольца 6, эажимного приспособления7. На упорном диске 5 и прижимномкольце 6 расположены подпружиненныецентрирующие упоры 8 для исключенияперекосов и заклинивания заглушкипри ее извлечении из трубопровода.Размеры уплотнения устанавливаются 55по конструктивным соображениям в зависимости от диаметра свариваемыхтруб 9.Диаметр прижим40 печивает степень деформации уплотнения, достаточную для обеспеченияуплотняющей способности заглушки впроцессе сварки и надежности извле 5чения при продувке .Диаметр вспомогательного диска дП. устанавливается равным внутреннемудиаметру уплотнения, что обеспечивает свободное расположение уплотненияв заглушке (положение при продувке),Диаметр упорного диска г 1 У на-5 мм меньше минимального внутреннегодиаметра трубы,Конусообразный диск располагаетсямежду прижимным и вспомогательнымдисками, причем большее основаниекрепят к прижимному диску. Заглушкиустанавливают вовнутрь трубы с помощью эажимного приспособления.20Поверхностьприжимного диска обрабатывается до определенного извест- .ного значения шероховатости, меньшего значения шероховатости поверхноститрубы. 25Все диски заглушки жестко соединены между собой, образуя ступенчатыйдиск.Заглушку устанавливают в рабочееположение следующим образом. 30После введения заглушки в трубу 9 .к ней крепят штангу зажимного приспособления 7. При приложении осевого усилия к штанге (например, при помощипередачи винт - гайка) ступенчатыйдиск перемещается по натравлению действия силы, в то время как уплотнение1, упираясь в прижимное кольцо б,остается на месте, В рабочем положении уплотнение 1 оказывается зажатым.между стенкой трубы 9 и прижимнымдиском 2. После этого замимное приспособление 7 извлекают из полоститрубы. Прижимное кольцо б остаетсяна заглушке с целью предотвращения 45соскальзывания уплотнения со вспомогательного диска 3 во время извлечения заглушки из трубопровода при егопродувке.В процессе сварки труб с установленными в них уплотнительными устройствами (заглушками) в герметичномобъеме, например при контактной стыковой сварке оплавлением в камере 10(фиг ) под Водой на заглушки в осе 55вом направлении действует усилие, возникающее за счет повышения давленияв полости трубы вследствие нагреванаходящегося там газа, Величина давления внутри камеры может 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 Рпп, которое превышает усилие трения Р между уплотнением и прижимным диском. За счет этого прижимной диск перемещается по направлению продувки, а уплотнение остается неподвижным. 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 заглушек описываемой конструкции после их извлечения иэ трубопровода.П р и м е р, Уплотнение внутренней полости труб Ф 21 9 к 12 мм при контак- ной стыковой сварке оплавлением под водой на машине КМ. Сварку производят на образцах труб длиной 1,5 м в емкости с водой на глубинем. 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 свариваемых труб с 1,. 219-12"2 = 195 лм = 19,5 см. Размеры уплотнительного кольца прямоуг,льного сечения: г= 1 9,5 см, с уп =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 0,1 5. Модуль упругости Е материала уплотнения ( Резины) 180 кг/см , Максимальное давление газовой среды в камерепри сварке Рс,п ограничивается с помощью обратного клапана, установленногона камере, и составляет 1,5 кг/см,6 Диаметр прижимного диска рав"0,6875 с 1 В + 21 опт 16,375 с с ижимноготия уплот При таком диаметра радиальное усилие ния Е Б ил 11 опт Усилие тредиском некием и ея/2 Ий 9158 Подача газа для продувки осуществля- . ется от цеховой воэдушйой магистрали под давлением Р 6 кг/см2Оптимальная величина абсолютной деФормации уплотнения А 1определяется как среднее ариФметическое минимальной и максимальной величин:Р со с 1 тР (с 1 Ун с 1 УВ)мин 4 К Е(с 1 - с 1, ) Ь1,5 19,5 4 5 1511при сварке, и меньше усилия, возни-.,кающего при продувке.Диаметр вспомогательного диска составляет д = с 115 см диаметрЯ У юупорного диска с 1 у = 19,0 см.Для проверки эФФективности способавнутреннего уплотнения трубопроводови устройства для его реализации былопроведено 5 опытных сварок на различных режимах. Для контроля наличияводы в зоне сварки внутри защитнойкамеры помещали датчик наличия воды.Все проведенные опытные сварки прошлибез нарушения герметичности эоны сварки.Проверка извлечения заглушек изтрубы после сварки осуществлялась продувкой сваренных труб. Подача газа 0 для продувки осуществлялась от цеховой воздушной магистрали под давлением6 атм, Во,всех случаях заглушки выталкивались напором воздуха из трубы.Таким образом, экспериментально бы ла доказана высокая эФФективность способа внутреннего уплотнения труб иустройства для его реализации при контактной стыковой сварке оплавлениемтруб в герметичном объеме под водой.0 Способ и устройство для внутреннегоуплотнения трубопроводов при сваркезначительно повышают технологичностьсварки длинномерных секций труб подводой, обеспечивают удаление заглушек 5при продувке сварного готового трубопровода.1791,8 кг. Таким образом, и значении диаметра д чивается степень де ния, при которой сил уплотнением и диско усилия на заглушку,обеспеуплотнескаорма между севог а трени больше икающего Осевые усилглушку при свственно: Рос РсВ 81,5 4 .19,5 одувке соотв рассчитанноФормул 1. Спосо 0 трубопровод кольцевое уп териала сжи и прижимнымз внутрев при с лотнени ают межд элемент б етен уплотненияпри которо арке угого маой трубы т оуплотн го устроиства с последующим иэвлече нием уплотнительного устройства изсварного трубопровода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения надежного извлечения уплотнительного устройства из сварного трубо провода, выполненного преимущественноиз длинномерных трубных секций под водой в герметичном объеме контактной стыковой сваркой оплавлением, извлечение усплотнительного устройства осуществляют продувкой трубопровода, при этом рабочую поверхность прижимного элемента обрабатывают до зад:энного значения шероховатости, меньшего эна чения шероховатости поверхности уплот11 1581511 оставитель И, фелТехред А;Кравчук н еселовск орректор А, 0 сауленк актор Л Тираж 656 одписно Зака ВНИИ 1 нного комите 3035, Москва осударс та по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧС Ж, Раушская наб., д. 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 няемых труб, а радиальное усилиесжатия уплотнения устанавливают равным величине, при которой усилие трения между уплотнением и поверхностьюприжимного элемента при заданномзначении упругости материала уплотнения больше максимально возможного 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 герметично. 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.11