Способ защиты от коррозии зоны сварного соединения трубопровода

(19) 3 ЦУ (11) (51) 5 С 23 Р 13 О ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕНТУ ы Комитет Российской Федерацн по патентам и товарным знака(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (72) Мазель АГГлазов Н,ПСинайский АЮГончаров Н.Г,(64) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ЗОНЫ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА (67) Сущность изобретения: зачищают концы сва риваемых труб, размещают вдоль кромок растворимый протектор. Размещение протектора осуществляют наплавкой на защищаемую поверхность валика из сплава на основе алюминия на расстоянии от каждой из свариваемых кромок определяемом в зависимости от толщины стенки трубы, величины притупления при разделке кромою угла разделки кромок и поправочного коэффициента Наппавку валика осуществляют участками длиной, определяют в зависимости от радиуса трубы и центрального угла, определяющего длину участка Перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют оюй малоуглеродистой стали или титана толщиной менее 3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины валика 3 здф-лы, 3 табп 3 ил.Изобретение относится к электрохимической защите от коррозии эоны сварных соединений стальных трубопроводов.Известен способ защиты от коррозии внутренней поверхности трубопроводов, согласно которому внутри трубопровода на медном электропроводящем стержне размещают растворимые аноды. Известный способ при значительной его трудоемкости существенно снижает рабочее сечение трубопровода.Наиболее близким техническим решением является способ защиты внутренней поверхности труб в зону сварного соединения. Известный способ включает зачисткуконцов свариваемых труб и размещение вдоль кромок кольцевых вставок из протекторного металла по обеим сторонам шва в зоне, защищенной.от внутренней изоляции. В теле протектора выполнены радиально размещенные пазы, в которые вставлены крепежные металлические ленты. Протектор контактирует с металлом трубы по всей поверхности механического контакта.Такой способ защиты внутренней поверхности труб в зоне сварного соединения требует большого обьема токарных работ повышенной точности. При этом из-за больших допусков на внутренний диаметр труб практически невозможно добиться плотного прилегания тела протектора к внутренней поверхности трубы по всему периметру, что, повышая электрическое сопротивление, уменьшает величину защитного тока, увеличивает создаваемое протектором местное гидравлическое сопротивление и затрудняет закрепление протектора. При установке протектора возникает так называемый "целевой эффект", вследствие которого металл трубы под стальной крепежной лентой оказывается незащищенным.Целью изобретения является повыше.ние эффективности защиты путем создания прочной металлической связи протектора с защищаемой поверхностью и снижение трудоемкости работ.Сущность изобретения заключается в том, что при осуществлении способа защиты от коррозии зоны сварного соединения трубопровода, включающего зачистку концов свариваемых труб и размещение вдоль кромах растворимого протектора, размещение протектора осуществляют наплавкой на защищаемую поверхность по меньшей мере одного валика иэ сплава на основе адаминия на расстоянииот каждой из свариваемых кромок, определяемом из соотношения1-(3 - а)ю а+ К 1. (1)где Я - толщина стенки трубы, мм;а - величина притупления при разделкекромок, мм;а - угол разделки кромок, град;5 К - поправочный коэффициент, зависящий от толщины стенки, К - 2-5 мм,при этом соотношение параметров наплавляемого валика составляет Н/В = 0,3-0,6 иЬ/Н = 0,2-0,3,10 где В - ширина наплавки, мм,Н - высота наплавки, мм;и - глубина проплавления, мм.сущность изобретения заключается также и в том, что наплавку валика осуществля 15 ют участками длиной 180 фЙ(2) 20 где г - радиус трубы, мм; р - центральный угол, определяющий длину участка,рград, ,3 103 25 оставляя между ними ненаплавленные участки той же длины, заполнение которых осуще.ствляют после усадки ранее наплавленных 30 участков,Перед наплавкой валика из сплава наоснове алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали толщиной 3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика.Перед наплавкой валика из сплава наоснове алюминия на зачищаемую поверхность наплавляют слой титана толщиной3 мм, шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевого валика.На фиг, 1 показан кольцевой стык трубопровода с размещенным в нем протектором, продольное сечение; на фиг, 2 - поперечное сечение А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - схема разделки кромок под сварку.Способ осуществляют следующим образом.Сначала зачищают концы труб 1,2 научастках размещения протектора 3, 4, при этом снимают внутреннюю изоляцию при ее наличии. Затем на каждый из зачищенных участков труб 1, 2 на расстоянии 1 от свариваемой кромки наплавляют в виде валиков Э, 4 протекторный материал иэ сплава на основе алюминия. Расстояние (фиг, 3) от каждой иэ свариваемых кромок определяют из соотношения (1). Отношение высоты Н наплавки к ширине В наплавки выбирают в пределах 0,3-0,6, а отношение глубины ипроплавления к высоте Н наплавки - в пределах 0,2-0,3 (фиг, 1).Наплавку валика протектора выполняют либо по замкнутому контуру по всему периметру трубы, что целесообразно для труб малого диаметра, либо участками длиной , выбираемой из соотношения (2), оставляя между ними ненаплавленные участки той же длины, заполнение которых осуществляют после усадки ранее наплавленных участков. Такой порядок наплавки целесообразен для труб диаметром более 400-420 мм.При наплавке протектора на стальные трубы на линии сплавления алюминиевого валика с металлом трубы образуется эона хрупких интерметаллидов с твердостью до 300-400 Нч, наличие которой повышает вероятность растрескивания основного металла, особенно в трубах -й и -й категории прочности с пределом текучести соответственно 300 и 400 МПа. С целью исключения отрицательного влияния зоны хрупких .интерметаллидов с повышенной твердостью перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой-стали толщиной до 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика.Для увеличения срока службы протектора на трубопроводах, транспортирующих коррозионно-активные среды, перед наплавкой валика из сплава на основе алюминия может быть наплавлен слой титана, как хорошо пассивирующего материала, толщиной до 3 мм, шириной 1,0-1,5 ширины алюминиевого валика.Способ был осуществлен следующим образом.Для наплавки растворимого протектора были выбраны присадочные проволоки АК 4 и 1201 и электроды ОЗАНА/Св-А 5. Режимы наплавки представлены в табл, 1 и 2.Наплавку растворимого протектора выполняли на трубных образцах диаметром 114-530 мм с Ч-образной разделкой кромок с углом разделки 30 и величиной притупления 2 мм из отечественных сталей следующих марок: сталь 20 (табл. 3, примеры 1-11, сталь 12 ГФ П-й категории прочности (при мер 12) и сталь 16 ГФБ -й категории прочности (примеры 13-15). Наплавку выполняли ручным аргонодуговым способом вольфрамовым электродом с присадочной проволокой марок АК 4 диаметром 4 мм (примеры 1-7, 10, 11, 15) и 1201 диаметром 2 мм (пример 9), а также ручным злектродуговым способом электродами О 3 АНА/Св-А 5 (примеры 8, 12-14), режимы наплавки выби 5 и 7.Наплавку протектора вели как по замкнутому контуру по всему периметру трубы(примеры 1-6, 8, 10, 12-15), так и участками длиной(примеры 7, 9, 11, 16). При этом длину участков выбирали из соотношения (2)Результаты экспериментов показали, что при диаметре труб до 426 мм при остывании наплавленного по замкнутому контуру по всему периметру трубы валика отрыва не происходит (примеры 1-6, 8, 12-15).При наплавке валика протектора по замкнутому контуру по всему периметру 40 45 трубы диаметром более 426 мм возможен местный отрыв наплавленного валика от 50 металла трубы (пример 10), что снижает эффективность защиты, В этих случаях предпочтительно наплавку протектора вести участками длиной, определяемой из соотношения (2),В примерах 12-14 для труб второй категории прочности 12 ШФ (предел текучести 300 МПа) и третьей категории прочности 16 ГФБ (предел текучести 400 МПа) растворимый протектор размещали на предварительно наплавленный слой (подложку) из рали согласно табл. 1 и 2. В примерах 1-6 протектор был наплавлен на различном расстоянииот свариваемых кромок, причем наплавку вели по замкнутому контуру по 5 всему периметру трубы. Расстояние рассчитывалось по формуле (1). Были приняты значения поправочного коэффициента К, К- - 2 К - 6 мм для каждого значения К рассчитано расстояниеот свариваемой 10 кромки до наплавляемого протектора и наэтом расстоянии на защищенную внутреннюю поверхность трубы наплавлен протектор.Далее из трубйых образцов с наплавленным внутри них протектором (по одной паре об раэцов на каждое значение К) были свареныкольцевые стыки, иэ которых вырезали образцы для проведения электрохимических, металлографических и механических испытаний.20 При значении К2 мм протектор располагается в зоне, нагреваемой при сварке кольцевого стыка до температур, близких к температуре плавления алюминия (Тпл- -657 С), вследствие чего происходит рас плавление валика протектора и попаданиеалюминия в металл сварного шва, что резко ухудшает качество сварного соединения, При значении К5 мм наплавляемый протектор удаляется от эоны сварного соедине ния и тем самым снижается эффективностьзащиты шва и околошовной зоны, С увеличением толщины стенки следует выбирать меньшие значения К, что видно из примеров2004626 Табл и ца 1 Ручная электродуговая наплавка вольфрамовым электродом в аргоне Таблица 2 Ручная злектродуговая наплавка покрытыми электродами малоуглеродистой стали, который наплавляли на каждый из защищенных участков труб 1, 2 (см. Фиг, 1) на расстоянии 8 мм от свариваемой кромки ручной дуговой наплавкой электродами 350 А с относительным удлинением д -20, При этом ширина слоя составляла 10 мм, а толщина - 2, 3 и 4 мм соответственно для примеров 12, 13, 14. После этого на этот слой методом ручной электродуговой наплавки наплавляли растворимый протектор. Применение такого слоя позволяет вывести образующуюся при наплавке протектора зону хрупких интерметаллидов с твердостью до 300-400 Ич за пределы стенки трубы, предотвращая растрескивание основного металла в этой зоне. Для труб нормальной прочности, изготовленных из малоуглеродистых сталей, применение подложек не требуется.Увеличение толщины подложки свыше 3 мм нецелесообразно, так как при этом заметно увеличивается местное гидравлическое сопротивление, создаваемое протектором (пример 14).В примерах 5-7 и 15 на защищаемую поверхность трубных образцов наплавляли слой титана, на который затем наплавляливалик растворимого протектора, причем впримере 15 титановый слой наплавляли ненепосредственно на поверхность трубного5 образца, а на нанесенный предварительнослой из малоуглеродистой стали.Слой титана наплавляли на защищенные участки труб на расстоянии 8,5 мм отсвариваемой кромки ручной аргонбдуговой10 наплавкой с присадочной проволокой СПТ 2. При этом ширина слоя составляла 10 мм,а толщина 1, 4, 3 и 2 мм соответственно впримерах 5, 6, 7 и 15. После этого на титановый слой тем же способом наплавляли валик15 растворимого протектора.Наплавка титанового слоя позволяет существенно повысить эффективность защиты,увеличивает срок службы протектора за счеттого, что титан, как хорошо пассивирующий 20 ся материал, способствует равномерномурастворению протектора, предотвращаяподрез протектора по линии сплавления сметаллом трубы,25 (56) Патент ГДР, М 244572, кл, С 23 Р 13/02. Патент ГДР, В 130071, кл. Р 161 58/00.К,мм 1,ммр, град Толщина подложки из малоуглеродистой стали, ммШирина подложки из малоуглеродистой стали,мм Толщина подложки титана, ммШирина подложки из титана, мм Качество наплавленного растворимого протектораОценка эффективности за иты Номе а и име ов 8 Ст,202004626 Продолжение табл. 3 Номе э и име ов Параметры трубы и нэплэвки 13 14 10 15 диэметр трубы,ммирине подложи из титднэ, мм доел. ов удовл удовл вл удовл неуд Оценка эффективности зэ ит дов овл вл.- ручная эргонодуговая нэплавкэ неплэвящимся электродо- ручнэя электродуговая наплавка) - ОЗАНАТолщине, мм Марка стали э,мм8 ид нэплэвки Толщинэ подложки иэ мэлоуглеродистойстали, мм Ширинэ подложки из мэлоуглеродистой стали,мм Качество нэплэв ленного рэстворимогопротекторе 8,9 360Формула изобретения 1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИЗОНЫ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА, заключающийся в зачисткеконцов свариваемых труб и размещениивдоль кромок растворимого протектора,отличающийся тем, что размещение протектора осуществляют наплавкой на эащищаемую поверхность по меньшей мереодного валика из сплава на основе алюминия на расстоянии от каждой из свариваемых кромок, определяемом иэ соотношения1 = (Я - а)ща+К,где 3- толщина стенки трубы, мм;а - величина притупления при разделкекромок, мм;а - угол разделки кромок, град;К - 2 - 5 мм - поправочный коэффициент, зависящий от толщины стенки,при этом параметры наплавляемого валикавыбирают из соотношенийН/В = 0,3- 0,6 и Ь/Н = 0,2 - 0,3,где В - ширина наплавки;Н - высота наплавки;Ь - глубина проплавления. 2. Способ по п,1, отличающийся тем,что наплавку валика осуществляют участками длиной , оставляя между ними ненаплавленные участки такой же длины,которые заполняют наплавляемым материалом после усадки ранее наплавленныхучастков, при этом длинуучастков определяют из соотношения 2160, г ,10где г- радиус трубы, мм;2,3 10ф -центральный угол, определяющий длину участка, град;3. Способ по пп.1 и 2, отличающийсятем, что перед наплавкой валика из сплавана основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой малоуглеродистой стали толщиной не более 3 мм,шириной 1,0 - 1,5 ширины алюминиевоговалика.4. Способ по пп.1 и 2, отличающийсятем, что перед наплавкой валика из сплава25 на основе алюминия на защищаемую поверхность наплавляют слой титана толщиной не более 3 мм, шириной 1,0 - 1,5ширины алюминиевого валика,