Результат интеллектуальной деятельности: Способ ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для ремонта продольных швов труб большого диаметра, изготовленных с применением технологий лазерной, гибридной лазерно-дуговой сварки.

Устранение дефектов сварных швов труб, выполненных с применением технологий лазерной сварки, сопряжено с проблемой выполнения ремонтного шва с максимальным сохранением геометрии продольного шва, имеющего малую ширину (до 2 мм).

Известен способ ремонта сварного шва трубы, при котором осуществляют обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки («Временная инструкция по технологиям ремонта сваркой дефектов труб и сварных соединений газопроводов», утвержденная ПАО «Газпром», 2005 г.). В известном способе ремонт залегающих внутри шва дефектов происходит путем выборки дефектного участка шлифовальным кругом с последующей заваркой многопроходной сваркой в защитных газах или плавящимся электродом.

Известный способ неприменим для технологий лазерной сварки, при которых ширина сварного шва и зона термического влияния очень малы, и ремонтный шов, выполненный по известному способу, будет намного шире основного шва и будет являться не меньшим концентратором напряжений, чем сам дефект.

Техническая проблема состоит в разработке способа для ремонта дефектов сварных швов, выполненных с использованием технологий лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки.

Техническим результатом является выполнение ремонтного шва, имеющего малую ширину, с максимальным сохранением в зоне ремонта геометрии продольного шва.

Технический результат достигается тем, что в способе ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки, при котором осуществляют обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки, согласно изобретению для обнаружения дефекта осуществляют ультразвуковой контроль путем сканирования вдоль линии шва с использованием ультразвуковых преобразователей до обнаружения дефекта, при котором строят координатную модель дефекта, данные которой используют для построения координатной модели выборки, которую вводят в блок управления, осуществляющий позиционирование в зоне ремонта оптической лазерной головки, с помощью которой на стадии выборки дефекта выполняют лазерную строжку путем нагрева и расплавления металла лазерным лучом в зоне выборки с последующим удалением расплавленного металла сжатым воздухом, а на стадии заплавления выборки методом лазерной наплавки осуществляют воздействие лазерного излучения на присадочный материал, помещенный в полость выборки.

В качестве присадочного материала используют металлический порошок. Метод ультразвукового контроля обеспечивает высокую точность обнаружения дефекта.

Построение координатной модели дефекта с последующим построением координатной модели выборки, которую вводят в блок управления, осуществляющий позиционирование оборудования в соответствии с построенной моделью выборки, обеспечивает высокую точность наведения оптической лазерной головки на зону ремонта, что приводит к высокоточной выборке металла и высокоточному заплавлению выборки.

Использование метода лазерной строжки позволяет выполнить выборку дефекта малой ширины и требуемой глубины.

Заплавление выборки методом лазерной наплавки позволяет выполнить узкий ремонтный шов с максимальным сохранением геометрии продольного шва.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен участок ремонта шва трубы, вид спереди.

На фиг. 2 - то же, вид сверху.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Труба 1 после наложения всех рабочих швов проходит предварительный ультразвуковой контроль, при котором осуществляют выявление и пометку краской дефектного участка/участков. Далее осуществляют расшифровку отмеченного участка при помощи рентгенотехнологического контроля и подтверждение необходимости проведения ремонта. Ремонтный участок содержит транспортную тележку 2, перемещающуюся по рельсовому пути 3, на которой установлены два робота: высокоточный шестикоординатный робот 4 с прибором 5 ультразвукового контроля TOFD (Time-of-flight diffraction ultrasonics), высокоточный шестикоординатный робот 6 с оптической лазерной головкой 7 и зажимом для съемного сопла 8, подающего сжатый воздух во время операции лазерной строжки, лазер 9, система охлаждения 10 лазера 9 и оптической лазерной головки 7. Также ремонтный участок содержит ремонтную платформу 11, на которой установлен пост управления 12 с блоком управления, выполненный с возможностью перемещения по направляющей 13. Между ремонтной платформой 11 и рельсами 3 установлены подъемно-поворотные ролики 14 и опорные ролики 15, предназначенные для размещения трубы 1. Кроме того, на ремонтной платформе 11 установлен бункер для металлического порошка под наплавку и размещены шланги подвода воды, сжатого воздуха.

Элементы комплекса подключаются и связываются кабелями питания, управления (на чертеже не показаны).

Оператор с поста управления размещает подготовленную к ремонту трубу 1 на опорных роликах 15. Затем с помощью подъемно-поворотных роликов 14 трубу 1 поднимают выше опорных роликов 15 и ориентируют швом на «12 часов».

Оператор перемещает транспортную тележку 2 по рельсам 3 к отмеченному для ремонта участку продольного шва трубы 1. Позиционируется оборудование ультразвукового контроля 5 робота 4. В режиме ультразвукового контроля блок управления передает управляющее воздействие на робота 4 и привод транспортной тележки 2. При этом прибор ультразвукового контроля 5 перемещается, осуществляя сканирование вдоль шва трубы 1 до обнаружения дефекта. После чего осуществляется определение геометрии дефекта, места и глубины его залегания. Результаты контроля преобразуются в координатный вид с построением координатной модели дефекта, на основе которой выстраивают координатную модель выборки, данные о которой передаются в блок управления.

На этапе выборки дефекта на рабочий орган робота 6 посредством зажима устанавливают сопло 8 с подведением к нему сжатого воздуха. В режиме выборки дефекта блок управления передает управляющее воздействие на робота 6 и привод транспортной тележки 2, которая перемещается на необходимое расстояние с обеспечением позиционирования робота 6 напротив участка дефекта, а оптическая лазерная головка 7 позиционируется в начальной точке выборки дефекта в соответствии с координатной моделью выборки. Далее выполняется операция выборки дефекта методом лазерной строжки, при котором осуществляется нагрев и расплавление металла лазерным лучом в зоне выборки с последующим удалением расплавленного металла сжатым воздухом. После окончания процесса выборки сопло 8 сжатого воздуха снимают.

По завершении операции выборки дефекта аналогичным образом блок управления передает управляющее воздействие на привод транспортной тележки 2 для позиционирования робота 6 перед участком дефекта с обеспечением возможности установить оптическую головку в начальной точке для заплавления выборки. Далее осуществляют послойное заплавление выборки путем воздействия лазерного излучения на присадочный материал, помещенный в полость выборки. В качестве присадочного материала предпочтительно используют металлический порошок, который оператор засыпает в полость выборки и уплотняет. После лазерного воздействия металлический порошок расплавляется и превращается в ремонтный проход.

Заплавление включает очистку выборки с использованием оптической лазерной головки 7 робота 6 перед каждым проходом наплавки.

Система охлаждения 10 производит охлаждение элементов оптической лазерной головки 7 и лазера 9.

В процессе заплавления выборки блок управления автоматически осуществляет позиционирование оборудования наплавки.

После заплавления дефекта оператор перемещает транспортную тележку 2 по рельсам 3 к следующему отмеченному для ремонта участку шва трубы 1 (если он имеется), и восстановление дефекта осуществляется аналогичным образом.

По завершении ремонта шва трубы 1 оператор переводит блок управления в режим ультразвукового контроля по методу TOFD. Посредством робота 10 выполняют ультразвуковой контроль отремонтированного участка для подтверждения качества ремонта.

Заявляемый способ обеспечивает точное наведение ремонтного оборудования на зону дефекта шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки, позволяет устранить любой дефект лазерного шва с минимальным объемом выборки, максимальным сохранением геометрии шва.