Способ восстановления поверхностей

СОЮЗ СОВЕТСК(ИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 1 8336 3 Р 6/00 51) 4 В 23 К 9/04 ЗОБРЕТЕдеткльствм ИСА К АВТОРСКО есоюзног нститута алтрансГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Воловик Е.Л, Справочник по восстановлению деталей. М.: Колос,1981, с. 59-61,Патент США В 4219592, кл. 427-40526.08.80.(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ(57) Изобретение относится к способам ремонта, в частности к восстановлению поверхностей трубопроводов внефтехимической и газовой промышленности методом нанесения покрытия впотоке сгорания природного газа.Целью изобретения является повыше ние качества восстановленной поверхности путем улучшения физико-механических свойств подслоя. Это достигается использованием подслоя на никелевой основе, в состав котороговведены (в мас.Е) титан (4,2-13,8),бор (1,5-3,4) и кремний (3, 1-5,5),1 з.п. ф-лы, 2 табл.1 126Изобретение относится к способам ремонта и может быть использовано при восстановлении поврежденной коррозией поверхности трубопроводов в газовой, нефтяной и химической промышленности, а также железнодорожных цистерн и резервуаров.Цель изобретения - повышение качества изделия при газотермическом нанесении подслоя и покрытия в потоке сгорания природного газа.Установлено, что продукты сгорания природного газа являются агрессивной средой по отношению к металлу восстанавливаемой поверхности и к большинству известных покрытий.При нанесении покрытий используется осушенный природный газ с минимальным содержанием кислорода. Поэтому при газотермическом способе основными процессами, влияющими на свойства покрытий, являются образование твердых (хрупких) частиц типа карбидов, нитридов и карбонитридов, образование активных соединений типа гидридов, входящих в композицию элементов, и выделение поглощенного при температуре плазмы водорода из покрытия в результате уменьшения его растворимости в матрице в процессе кристаллизации.Повышение содержания титана в самофлюсующейся композиции необходимо для снижения кинетики реакций образования гидридов и карбонитридов бора, ухудшающих свойства подслоя и его пластичность. При этом известно, что гидриды бора характеризуются низкой температурой кипения, обуславливающей их летучесть, В связи с этим содержание бора в составе подслоя покрытия, положительно влияющего на смачиваемость, существенно снижается. Электронно-микроскопическими исследованиями на микроанализаторе установлено, что в подслое покрытия титан присутствует как в твердом растворе, так и в виде сложных соединений типа борогидридов Т 11.ВНх, где х=2,5-4, образующих сложные комплексы с твердыми неметаллическими включениями. Это способствует увеличению прочности сцепления подслоя с поверхностью стенки на отрыв. Гидриды титана увеличивают адгезию твердых неметаллических частиц (нитридов, карбонитридов и силицидов) к8336 45На очищенную поверхность из газообразной среды наносят слой покрытия0,03-0,05 мм толщиной, Материаломэтому покрытию служит механическаясмесь 15-40 Е ферротитана и 60-857.50самофлюсующегося сплава на основеникеля ПГ-ХНЯОСР 4, механическаясмесь представляет собой порошок,На промежуточное покрытие (подслой) наносят аналогичным образом 55 основное покрытие, т.е, из газооб 0 15 20 25 30 35 10 металлам, в которых они присутствуют, в связи с чем они входят в состав некоторых припоев для соединения керамических деталей с металлическими.В связи с тем, что с уменьшением температуры покрытия существенно уменьшается растворимость водорода в матрице, роль титана в композиции возрастает в результате его высокой способности связывать атомарный водород в виде твердого раствора внедрения. Это способствует уменьшению водородной хрупкости металла покрытия.Наилучшее сочетание физико-механических свойств подслоя, наносимого гаэотермическим способом, обеспечивается при введении в самофлюсующийся сплав совместно с титаном и бором 3,1-5,5 вес, 7, кремния. Как и титан, кремний повышает устойчивость бора к продуктам ионизации природного газа, но при более высоких температурах столба плазмы, что подтверждается результатами испытаний подслоя.Сущность газотермического способа ремонта поверхности заключается в следующем.После снятия защитного слоя с емкости и обнаружения на ней коррозионных дефектов поверхность зачищают гаэоабразивным методом с использованием электрокорунда, определенной фракции песка или остроугольной чугунной крошки. Для меньшего расхода абразивного материала и повторного его использования газоабразивную обработку поверхности ведут в камере, которая либо прижимается к месту зачистки, либо крепится к емкости. В качестве установки для подачи струи воздуха под давлением используют передвижной компрессор 0-38 М. разной среды расплавленным металломзаполняют объем коррозионной каверны. В качестве материала основВ табл. 1 приведены результаты механических испытаний образцов из различных сталей с покрытиями, на" несенными в продуктах сгорания при,родного газа (ферротитан с 28,4 вес.й Ть) 3 1268 ного покрытия служит металлический порошок и проволока из стали ст. 3, 45, СВО 8 Г 2 С и 17 Г 1 СУ. В качестве образцов служат материалы железнодорожных цистерн, резервуаров больших объемов и трубы магистральных газопроводов и продуктопроводов (стали 09 Г 2 С, 16 ГФР, 17 Г 1 СУ и , 10 ХНДП) .Когда коррозионные дефекты запол няют металлом и толщина стенки ем-4кости принимает первоначальную величину, тогда на восстановленную поверхность наносят коррозионностойкое покрытие: алюминий либо никель алюминиевый термореагирующий сплав. Этот слой наносится до полного закрытия поверхности и толщина его колеблется в пределах 0,08-0, 15 мм,Основным требованием, предъявля емым к восстановленным при ремонте деталям или элементам конструкции, является сохранение прочностных характеристик или физико-механических свойств. Поэтому после нанесе ния покрытий на материалы емкостей изготавливают образцы для определения механических свойств, а также проводят металлографические исследования по определению качества сцеп- ЗО ления покрытия с основным металлом и сплошности покрытия.Испытания проводят следующим образом.Вырезают участки труб, поврежден- З ные коррозией, на глубину 30-707 толщины трубы.Трубы, выполненные из сталей 09 Г 2 С, 10 ХНДП (материал резервуара емкости) и 17 Г 1 СУ, берут с газопроводов с широким диапазоном толщин (5-30 мм).Участки площадью 300 х 400 - 500 мм подготавливают газоструйной обработкой к нанесению покрытия на установке напыленияв плазме продуктср сгорания природного газа.В качестве материала покрытия используют композицию в виде механической смеси порошков ферротитана с содержанием титана не менее 28 вес.Е и самофлюсующегося сплава на никелевой основе марки ПГ-ХН 80 СР 4 в соотношении самофлюсующийся сплав 336 4 ПГ-ХН 80 СР 4 60-857 и ферротитан марокТиО и Ти 1 15-40 вес.Е.Проводят изучение структуры покрытия и его сплошности, определяют механические свойства материалов труби резервуаров емкостей без покрытияи с покрытием, нанесенным на участки,поврежденные коррозией (в частности,прочность сцепления, предел текучести, предел прочнрсти, относительноеудлинение), а затем проводят химический анализ состава газов продуктовсгорания при нанесении композициидля оценки соответствия допускаемымтребованиям производственной санитарии,Исследования структуры и механических свойств, проведенные на стандартных образцах и косых шлифах, по"казали, что подслой, нанесенный наоснове композиции самофлюсующегосясплава ПГ-ХН 80 СР 4 и ферротнтана марок ТиО и Ти 1 в указанных соотношениях, представляет собой однородныйпо структуре материал. На границахматериал емкости - подслой - основноепокрытие не наблюдается пор и другихмикродефектов, которые могли бы привести к нарушению сплошности материала нли явиться концентратораминапряжений.Анализ механических свойств покрытия проводится на образцах столщиной подслоя композиции 0,030,05 мм в интервале изменения исходного состава композиции по ведущимэлементам, вес.Х: титан 4,2-13,8;кремнйй 3,1-5,5; бор 1,5-3,4. Результаты механических свойств покрытий,нанесенных по предлагаемому способу, сравниваются с результатами аналогичных испытаний покрытий, полученных при нанесении композиции, содержащей указанные элементы в следующих количествах, вес.Х: титан 0;2,9; 3,5; 14,4; кремний 3,0; 5,6;СамоПроч- ность УдарнаявязФерр тита Относи- тельное люс ую.щийс я сцепкость МДж/м удлинение, 7 сплав ленияна отрыв МПа30 70 40 60 527 506 390 24 0,71 45 55 4 2 499 383 0,68 1 ОХНДП 0 100 Т 1=0; Я 3.=5,6; В=3,9 434 502 376 23 0,66 10 90 Т 1=2,9; Я 1=5,5; В=3,5 477 507 401 24 0,70 15 85 Т=4,3; Я 1=5,5; В=3,4 545 510 400 23 0,66 В=2, 7 30 70 Т 1=8,7; Я=5,5; 565 508 404 0,72 40 60 Т=11,6; Я 1.=5,5; В=2,3 531 508 399 23 0,70 Предел прочности МПа Пределтекучести, МПа Т 1=0; Ях 5,6; В=3,9 Т 1=11,6; Я 1=5,5; В=2,3 Тд=13,8; Ях=5 5 В=2 1й й1268336 Продолжение табл. 1 Состав комМеханические свойства (средние значения) Сталь позиции,вес, Ферротитан Ударнавяэтноси- ельное чост кость МДж/м лин ни а=13,8; 8=5,5; В"2,1 5 48 0 37 3 0,57 анесенными в продуктах сгорариродного газа (ферротитан4,6 вес.й Т 3.). В табл. 2 приведены результатыеханических испытаний образцов изазличных марок сталей с покрытиями,Самофлюсующийся сцепления наотрыв МПа Предел прочности МПа Пределтекучести, МПа В=2, 10,70,5; Б 1=3,1; В= 388 3 0,7 5 4 5 Та 10,5; Б=3,2,; В 7 389 0,74 40 з.=12,8; Б 510 39 О,Состав композиции, вес.7 Самофлю- сующий рочость сцепБ 1" 3, 1; В=2, 3 24 О,Т=10,5; Б).1 387,Б 1=3,1; В=2,1 22 0,7012 1268336 Продолжение табл, 2 Механические свойства (средние значения) Состав композиции, вес.Р Сталь 45 55 0,68 21 468 506 389 Б=З,О; Тд=О; В=2,5 17 Г 1 СУ 0 100 0,61 26 456 485 372 Бд=3,1; Т 1=3,5; В=2,3 10 90 485 501 372 0,62 25 Б=3,1; 15 85 Т 1=5,2; В=2,1 511 508 399 0,67 23 Бд=3,2; В=1,8 Т 1=10,5; 30 70 24 0,70 534 505 389 Б 1=3,2; В=1,5 Т=12,8; 40 60 0,65 522 500 387 В=1,3 Бд=3,3; Тд=14,4; 45 55 0,65 493 501 397 Из результатов проведенных механических испытаний образцов с покрытием следует, что состав композиции из самофлюсующегося сплава ПГ-ХН 80 СР 4 (60-85 вес.Р) и ферротитана (15- 40 вес.Р, марок ТиО и Ти 1 с содержанием титана 28-35 Р) обеспечивает наилучшие показатели механических50 свойств, удовлетворяющие требованиям эксплуатации. В частности, указанный состав композиции обеспечивает требования по прочности сцепления на отрыв, которая должна быть не ниже 55 490 ИПа (50 кгс/мм). Поэлементный состав композиции должен находиться в пределах, вес.Р: титан 4,2-13,8; Т=14,4; Бд=3,3; В=1,3 кремний 3, 1-5,5; бор 1,5-3,4. Примеси,входящие в состав исходных материалов, регламентируются требованиямиГОСТа. Оптимальный состав композициисоответствует химсоставу, определяемому соотношением ферротитана в количестве 30 вес.Р и самофлюсующегося сплава 70 вес.Р,Анализ состава продуктов сгорания природного газа при нанесениипокрытия на основе предлагаемой композиции показал, что он не содержитвредных (ядовитых) компонентов (гидрида бора) и удовлетворяет требованиям эксплуатации участка плазменно"го нанесения покрытий.1 268 118 Формула изобретения Составитель Т, АрестРедактор С. Пекарь Техред Л.Сердюкова Корректор А. Зимокосов Заказ 5968/11 Тираж 1001 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо 11 елам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно в полиграфическ прелприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 1. Способ восстановления поверхностей после их коррозионного износа при котором 11 а изношенную поверх ность предварительно наносят подслой на никелевой основе, содержащий хром, титан и железо, а затем на подслой наносят покрытие, необходимое для придания изделию требуемых 0 свойств, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повы 1 цения качестВа ИЗДРЛИЛ ПРИ Га З(1 ТЕРМИЧ РГ К с ,; НР -сенин подслоя и покрытия в пстокРсгорания природного газа, в подглойвводят 4,2-13,8 мас.7. титана, 1,53,4 мас.7. бора и 3,1-5,5 мас.7,КРРМНИЯ2, Способ по п.1, о т л и ч а о -щ и й с я тем, что для нанесенияподслоя используют механическую смесьиз 15-40 мас.7 ферротитана марокТиО и Ти 1 и бОмас,7 самофлюсующегося сплава ПГ-ХНЯОСР 4,