×
10.09.2013
216.012.6716

СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Способ включает наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки. Наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, которую рассчитывают по определенной формуле. Указанную частоту рассчитывают в зависимости от наружного диаметра участка трубопровода, внутреннего диаметра участка трубопровода, расстояния между точками жесткого закрепления участка трубопровода со сварным соединением. Техническим результатом изобретения является улучшение качества сварного шва и околошовной зоны основного металла сварного соединения трубопроводов. 2 ил., 1 пр.
Основные результаты: Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях стальных трубопроводов, включающий наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки, отличающийся тем, что наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, которую рассчитывают по формуле: где f - частота собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, Гц;D - наружный диаметр участка трубопровода, м;d - внутренний диаметр участка трубопровода, м;l - расстояние между точками жесткого закрепления участка трубопровода со сварным соединением, м.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях, в том числе и при сварке трубопроводов.

Известен способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях металлов (Патент JP 48-10709, д.п. 06.04.1973), при котором осуществляют циклическое наложение низкочастотных колебаний на кристаллизующийся металл сварочной ванны средством создания этих колебаний, которое располагают на поверхности заготовки.

Недостатком данного способа является то, что объектом воздействия является только сварочный шов соединения, в то время как зона термического влияния основного металла остается незадействованной.

Известен так же способ дуговой сварки (Патент JP №53012751А, д.п. 04.02.1978), при котором в процессе сварки на кристаллизующийся металл воздействуют вибрационными колебаниями в поперечном шву направлении, что позволяет снизить остаточные напряжения и получить мелкозернистую структуру шва.

Недостатком данного способа также является то, что объектом воздействия является только сварочный шов соединения, в то время как зона термического влияния основного металла остается незадействованной.

Известен способ снятия остаточных напряжений сварных соединений сосудов и аппаратов, а также их элементов (Патент RU №2243272, д.п. 27.12.2004). Путем введения упругих колебаний звукового диапазона при помощи теплогенератора, во время нагрева сосудов изнутри путем перемещения через них продуктов сгорания, частоту упругих колебаний устанавливают из условия возникновения вибрации обрабатываемого сосуда на собственной частоте, причем момент наступления резонанса определяют скачкообразным ростом амплитуды собственных колебаний сосуда.

Недостатком данного способа является то, что вибрационная обработка осуществляется путем перемещения внутри сварного соединения продуктов сгорания от теплогенератора, что невозможно осуществить во время ремонтно-сварочных работ на трубопроводах.

Известен способ снижения остаточных напряжений в сварных соединениях металлов (Патент RU №2424885, опубл. 27.07.2011), выбираемый в качестве прототипа. Способ включает наложение циклической нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны в поперечном направлении. Наложение циклической нагрузки осуществляют низкочастотными колебаниями в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси сварного шва. При этом для возбуждения колебаний используют по меньшей мере два вибратора, работающих в противофазе и расположенных симметрично относительно оси шва на каждой из двух свариваемых кромок. Используют вибраторы, работающие на частотах от 50 до 300 Гц с амплитудой до 0,8-1 мм. Для сварки конструкций, имеющих значительные диаметральные и/или продольные размеры, производят установку дополнительных пар вибраторов.

Недостатком данного способа является то, что предлагается проводить виброобработку в широком диапазоне частот без указания конкретной частоты, хотя известно, что эффективность виброобработки зависит от использованной частоты колебаний.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение качества сварного шва и околошовной зоны основного металла сварного соединения трубопроводов.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе снятия остаточных напряжений в сварных соединения металлических трубопроводов, включающем наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки, частота подводимых вынужденных колебаний равна частоте собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением ƒ, которую рассчитывают по известной формуле (Горшков Л.К. Основы теории механических колебаний в разведочном бурении СПб.: СПГГИ, 1998. - 109 с):

где ƒ - частота собственных колебаний участка трубопровода, Гц,

νn - спектр характеристических чисел, для расчета которых можно использовать приближенную формулу

n=1, 2, 3…

соответственно, ν1=4,71, ν2=7,85, ν3=11,00…,

Е - модуль нормальной упругости, Па,

J - осевой момент инерции сечения трубы выбранного типоразмера, м4,

ρ - расчетная масса единицы длины трубопровода, кг/м,

l - расстояние между точками жесткого закрепления участка трубопровода, м.

Расчет осуществляют при первом значении характеристического числа ν1=4,71, так как при первой частоте собственных колебаний жестко закрепленного участка трубопровода со сварным соединением место сварки будет резонировать с максимальной амплитудой, вследствие чего положительный эффект от внешнего вибрационного воздействия на качество сварного соединения будет максимальным. Формула расчета принимает вид:

ƒ=3.57·(Е·J/ρ)0,5/l2

Наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла с частотой подводимых колебаний равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, обеспечивает колебания указанного участка в режиме резонанса, то есть - с максимальной амплитудой. Это обеспечивает появление в сварном шве и зоне термического влияния значительных разнознаковых напряжений, суммирование которых с существующими остаточными напряжениями приводит к местным пластическим деформациям металла с исчезновением остаточных напряжений в сварном соединении. Поскольку предел текучести металлов существенно уменьшается с повышением температуры, вибрация сварного соединения во время сварки этот положительный эффект еще больше усиливает.

Принципиальная схема способа на трубопроводах представлена на фиг.1. Участок трубопровода 1, на котором нужно провести сварочные работы, например, вварить штуцер 2, поднимают на тросах 3 над дном траншеи 4 при помощи трубоукладчиков 5. После вырезки необходимого отверстия на участке 1 и фиксации там штуцера с помощью «прихваток» рядом с ним на трубопровод устанавливают хомут 6 с вибрационным устройством 7 с регулятором частоты 8. Для проведения сварки используют электрододержатель 9 и сварочную установку 10. В качестве вибрационного устройства 7 может быть использован, например, асинхронный электрический двигатель переменного тока с дебалансом и преобразователем частоты или стандартное электромагнитное устройство.

Исходя из типоразмера трубопровода и расстояния l между точками жесткого закрепления участка трубопровода 1 со сварным соединением тросами 3, рассчитывают частоту собственных колебаний ƒ участка жестко закрепленного участка трубопровода 1 со сварным соединением по формуле. С использованием вибрационного устройства 7 и регулятора частоты вибрации 8 осуществляют наложение низкочастотных колебаний на участок трубопровода со сварным соединением с частотой равной расчетной частоте его собственных колебаний, одновременно с вибрацией проводят сварочные работы.

Как показали проведенные расчеты, значения ƒ участка трубопровода 1 в зависимости от наиболее распространенных типоразмеров трубопровода и его длины l находятся в интервале частот от несколько десятков до несколько сотен герц (Фиг.2).

Ниже приведены сведения о влиянии данного способа на механические свойства сварных соединений из разнородных сталей, существенно отличающихся по прочностным свойствам, для улучшения качества которых после сварки в настоящее время используют дорогостоящую и трудноосуществимую в полевых условиях термическую обработку. В соответствии с результатами металлографических и физико-механических испытаний образцов, вырезанных из сварных соединений из разнородных трубопроводных сталей (Ст3сп с 10Г2ФБ и 20 с 16ГС), отличающихся по величине σB более чем на 80 МПа, используемые низкочастотные колебания во время сварки благоприятно воздействует на структуру сварного шва, измельчая зерно, и механические свойства (KCV при -200С, σB, σT), как сварного шва, так и зоны термического влияния указанных сталей. Причем наибольший эффект - рост KCV металла сварного шва до 105% - достигают именно при частоте низкочастотных колебаний, наиболее близкой к частоте собственных колебаний сварного участка. Как показали испытания таких образцов на малоцикловую усталость, способ до 4-х раз повышает число циклов нагружений, которое может выдержать сварное соединение из разнопрочностных сталей до разрушения (с 0,25·106 до ≥1·106 циклов).

Пример. Рассчитаем частоту собственных колебаний для участка стального трубопровода 1, на котором проводят сварку, с номинальным наружным и условным внутренним диаметрами трубы, указанными на фиг.2. За расстояние l принимаем расстояние между точками жесткого закрепления участка трубопровода тросами 3 при его подъеме со дна траншеи на время ремонтно-сварочных работ. Значение модуля упругости Е при растяжение-сжатии стали считаем равным 200 ГПа. Осевые моменты инерции сечений труб анализируемых типоразмеров рассчитываем по формуле J=π(D4-d4)/64, где D и d - наружный и внутренний диаметры участка трубопровода. При расчете массы единицы длины участка трубопровода ρ плотность стали принимаем равной 7850 кг/м3.

Формула расчета принимает вид:

Результаты расчета ƒ для жестко закрепленного участка трубопровода длиной 5 м и 10 м представлены в таблице на фиг.2.

В случае, если участок трубопровода 1 со сварным соединением лежит на дне траншеи, наложение низкочастотных колебаний с его собственной частотой в соответствие с способом также дает технический результат. В этом случае за длину жестко закрепленного участка трубопровода l следует принимать длину откопанного участка трубопровода.

Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях стальных трубопроводов, включающий наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки, отличающийся тем, что наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, которую рассчитывают по формуле: где f - частота собственных колебаний участка трубопровода со сварным соединением, Гц;D - наружный диаметр участка трубопровода, м;d - внутренний диаметр участка трубопровода, м;l - расстояние между точками жесткого закрепления участка трубопровода со сварным соединением, м.
СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ
СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ
СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ТРУБОПРОВОДОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 163 items.
10.03.2013
№216.012.2d97

Способ снятия остаточных напряжений в кольцевых сварных соединениях металлов при сварке под флюсом и устройство для его реализации

Способ включает наложение низкочастотных вибрационных колебаний в процессе сварки в продольном направлении в плоскости, параллельной оси сварного шва, от двух вибрационных устройств. Вибрационные устройства работают в противофазе. Расположены симметрично относительно оси шва на каждой из двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477202
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.8038

Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах различного отраслевого применения, построенных на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Технический результат заключается в снижении пульсаций электромагнитного момента за счет обеспечения плавного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498497
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.01.2014
№216.012.93ca

Способ диффузионной сварки на воздухе с наложением циклической нагрузки

Изобретение может быть использовано при изготовлении аппаратов для нефтегазопереработки и сварки технологических трубопроводов. После механической обработки поверхностей деталей их покрывают защитной консервирующей смазкой и соединяют между собой обработанными поверхностями. Осуществляют нагрев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503528
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.981a

Коронка для направленного механического бурения льда

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для искусственного искривления с отбором керна скважины, пробуренной в ледовых массивах Арктики и Антарктики. Обеспечивает расширение возможностей устройства и повышение надежности проведения ствола скважины в проектном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504637
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9852

Электроприводная перекачивающая станция на морской платформе

Изобретение относится к транспортировке многофазной углеводородной смеси по трубопроводам, проложенным по морскому дну. Перекачивающая станция на морской платформе содержит контейнер. Контейнер разделен на три отсека. Во втором отсеке установлен электродвигатель, ротор которого установлен на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504693
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c98

Стенд для исследования энергообмена при разрушении

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для исследования энергообмена при разрушении содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, одним концом связанные с захватами, привод вращения, возбудитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505794
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c99

Стенд для ударных испытаний образцов

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, закрепленную на основании направляющую трубу, выполненную с двумя параллельными вертикальными участками, соединенными в нижней части между собой коленом, шаровой ударник, размещенный в первом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505795
Дата охранного документа: 27.01.2014
Showing 1-10 of 201 items.
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.09.2013
№216.012.6677

Способ оценки склонности к риску

Изобретение относится к области медицины, а именно к оценке психофизиологических качеств горноспасателей, и может быть использовано в отраслях, связанных с опасным производством. Перед началом операций определяют силу электрокожного раздражения индивидуально для каждого испытуемого по реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491878
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.726b

Ленточно-канатный конвейер с промежуточными приводами

Конвейер содержит ленту и размещенный внутри ее контура тяговый контур из двух канатов (3, 4), опирающийся на грузонесущей ветви (1) ленты на ролики (5,6) с ребордами. Борта грузонесущей ветви ленты опираются на наклонные ролики (7, 8) с формированием желобчатого профиля ленты. Канаты нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494948
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7ab6

Способ определения астрономического азимута и широты по неизвестным звездам

Изобретение относится к области астрономо-геодезических измерений и может быть использовано для определения по звездам астрономических азимутов направлений на земные ориентиры для решения разнообразных задач инженерной геодезии. Способ определения астрономического азимута и широты по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497076
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d44

Головной однобарабанный привод ленточного конвейера с прижимной лентой

Привод содержит огибаемый конвейерной лентой (1) приводной барабан (2) с разгрузочной воронкой (3) и прижимную ленту (4), контур которой размещен под приводным барабаном с размещением отклоняющего барабана (5) в зоне сбегания конвейерной ленты с приводного барабана. Корпусы (6) подшипников...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497741
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e88

Способ разработки пластов полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых лавами, оборудованными очистными механизированными комплексами. Способ разработки пластов полезных ископаемых включает разделение отрабатываемого участка шахтного поля на столбы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498065
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8f

Способ комбинированной забутовки закрепного пространства

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498072
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ed3

Способ прокладки трубопроводов в сейсмических районах

Изобретение относится к трубопроводному транспорту. Способ включает разработку прямоугольной траншеи шириной около двух диаметров трубопровода, прокладку трубопровода с его опиранием на упругопластичные элементы с использованием дополнительного защитного устройства трубопровода, с последующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498140
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД