Диссертация (1026131), страница 16
Текст из файла (страница 16)
3.6.Так же оценивалась температура зоны ремонта после предварительногоподогрева кромок выборки для вварки заплаты с габаритными размерами поосям 300 мм и 350 мм и углами разделки в соответствии с Рис. 3.7. Размещениетермопар в этом случае так же осуществлялась путем засверловки в стенкутрубы с внутренней поверхности согласно Рис. 3.7.114Рис. 3.5. Внешний вид кольцевой выборкиРис. 3.6.
Параметры кольцевой выборки и схема размещения термопарРис. 3.7. Схема размещения термопар перед ремонтом методом варки заплат115Для оценки распределения температуры по толщине стенки трубы иудалении от края выборки отверстия для термопар засверливались наразличную глубину и с разным отступом от кромок выборки. Размеры отступаот разделки кромок и глубина засверловки термопар представлены в Таблице3.5Таблица 3.5.Характеристики размещения термопар при вварке заплаты№ термопары123456Глубина засверловки отвнутренней поверхноститрубы, мм2,03,013,014,024,025,0Размер отступа от оси разделкикромок, мм1,52,58,09,010,012,0Температура предварительного подогрева, согласно технологическойкарте ремонта, в обоих случаях должна была составлять 150 +30 0С. Подогревосуществлялся газопламенными горелками с наружной стороны трубы:кольцевой при ремонте сварного шва и однофакельной при вварке заплаты(Рис.
3.8). Ширина УДП определялась диаметром сопла горелки и расстояниемдо нагреваемой поверхности трубы и составляла согласно технологическойкарте 100 мм. Температура окружающего воздуха при проведении работсоставляла 20 0С.116а)б)Рис. 3.8. Предварительный подогрев при ремонте кольцевого сварногошва (а) и при вварке заплаты (б)Анализполученныхданныхзамератемпературпоказал,чтомаксимальная температура при нагреве кольцевой горелкой значительнопревышала регламентированное значение 180 0С и находилась в диапозоне 2830С – 316 0С, а её среднее значение по всем термопарам составило 287 0С.Предварительный подогрев зоны вварки заплаты, выполняемый однофакельнойгорелкой, характеризовался незначительным превышением по максимальнойтемпературе нагрева и меньшим разбросом значений по этому параметру, по117сравнению с нагревом выборки многофакельной горелкой.
Максимальнаятемпература находилась в диапозоне 188 0С – 194 0С, а её среднее значение повсем термопарам составило 191 0С.Для оценки скорости охлаждения металла ремонтируемого участка трубыпосле подогрева использовались участки ветвей охлаждения термическихциклов в нормируемом диапазоне температур 180-120 0С (Рис. 3.9).а)б)Рис. 3.9. Графики ветвей охлаждения термического цикла предварительногоподогрева: а) перед наплавкой кольцевой выборкой; б) перед вваркой заплаты118Расчетскоростейохлажденияметалланаосновеполученныхэкспериментальных данных, представлен в Таблице 3.6.Таблица 3.6.Величины скоростей охлаждения после предварительного подогрева№ термопары1245612345Время достиженияСкорость охлаждения металлатемпературыв интервале температур00180-1200С, 0С/с180 С120 СПодогрев перед заваркой кольцевой выборкой10:17:5810:26:540,1110:17:3310:26:000,1210:16:3810:26:410,1010:17:0810:26:190,1110:17:3010:26:230,11Среднеяя0,11Подогрев перед вваркой заплаты16:11:0516:15:100,2416:11:1216:16:030,2116:11:1016:15:320,2316:11:0516:15:190,2416:11:0216:15:100,24Средняя0,23Как видно из полученных данных средняя скорость охлаждения врегламентированноминтервалевыборкой составила 0,11температурпередзаваркойкольцевойС/с, а перед вваркой заплаты 0,2300С/с., чтоопределило максимальную продолжительность межоперационного интервала545 и 261 секунд, соответственно.Прирасчётноммоделированиипроведённыхполигонныхиспытаний учитывались средняя по термопарам максимальная температуранагрева стенки трубы, а так же форма и фактические размеры зоны нагрева.Проведённое расчётное моделирование условий свободного охлажденияметалла контролируемого участка зоны нагрева показало, что значениескорости охлаждения в интервале температур 180 – 120 0С после подогревакольцевой выборки составит 0,083 0С/с., а при вварке заплаты – 0,180 0С/с.
Тоесть отклонение полученных расчётных значений скорости охлаждения, и,119соответственно, величины максимального межоперационного интервала, отэкспериментальных данных в проведённых исследованиях не превышает 25 %.Таким образом, выполненные эксперименты подтвердиливозможностьприменения расчётных выражений в методиках для определения максимальнойпродолжительности межоперационного интервала.Необходимо отметить, что при определении скорости охлаждения вприграничной к выборке области (в соответствии с СТО Газпром 2-2.3-1372007 замер температур проводится на расстоянии 10-15 мм от кромки) врасчётных методиках, представленных в главе 2,в качестве параметратолщины рассматривается её минимальное остаточное значение в зоневыборки.
Таким образом рассчитывается наихудший случай с максимальновозможным значением скорости охлаждения по площади выборки. Однако, приширине выборке меньше, или равной толщине стенки трубы, как в случаеремонта дефектов сварных швов, расчёт можно проводить как для полнойтолщины стенки.На основании выполненных экспериментальных замеров термическихциклов предварительного подогрева можно сделать следующие выводы:Предложенная расчетная методика определения скорости охлажденияметалла зоны ремонтаможет быть использована для регламентациимаксимальной продолжительности межоперационного интервала.
При этомпогрешность полученных расчетных значений к экспериментальным находитсяв пределах 20-25%.Снижениемаксимальнойтемпературынагреванижеверхнегонормативного значения приводит к росту скорости охлаждения металла, чтодолжно учитываться при реализации технологий ремонта путем более точногодостижения максимальной температуры нагрева.Приремонтедефектовкольцевогошваметодамисварки-наплавки(заварки) и сварными муфтами под давлением рекомендованноограничить применение многофакельных газовых нагревателей в связи со120сложностью контроля максимальной температуры нагрева и опасностьюперегрева металла стенки трубы.Применение газопламенного подогрева однофакельной горелкой можетсущественно сокращать фактическую ширину участка дополнительногоподогрева, что приводит к повышению скорости охлаждения и ужесточениютребований к максимальной продолжительности межоперационного периода.Это должно быть отражено в технологических картах, разрабатываемых сучетом примения газопламенного способа нагрева.3.3.
Экспериментальная оценка межслойной температуры принаплавке(заварке) дефектного участка трубыОбеспечение требуемого уровня качества металла зоны ремонтазависит не только от соблюдения нормативных значений температурыпредварительного подогрева, но сохранения регламентируемой межслойнойтемпературы в процессе наплавки (заварки). Тепловложение от электрическойдуги при выполнении наплавочных слоёв не всегда способно скомпенсироватьотток теплоты в межоперационный интервал, что требует проведениясопутствующего подогрева.
Для экспериментальной оценки необходимостипроведения сопутствующего подогрева металла зоны ремонта в процессевыполнения многослойной наплавки была выполнена запись термическихциклов сварки(наплавки) в рамках аттестации технологий ремонта методамисварки-наплавки(заварки) и вваркой заплаты. Методика установки термопар ирегистрации температур представлена в разделе 3.1.Заваркавыборкикольцевогошваосуществляласьсогласнотехнологической карте механизированным способом проволокой сплошногосечения в углекислом газе при выполнении корневого слоя шва (МП) ипорошковой проволокой (МПИ) в защитных газах для заполняющих иоблицовочных слоев шва. Режимы наплавки представленны в Таблице 3.7.121Таблица 3.7.Режимы заварки выборки кольцевого шваПараметрыНаправление сваркиСкорость сварки,мм/сек.Скорость подачипроволоки, мм/сек.Вылет электрода, ммСила тока, АНапряжение на дуге,ВЗащитный газРасход защитногогаза, л/минСкорость колебанийэлектрода, мм/сек.Амплитуда колебанийэлектрода, ммВремя задержкиэлектрода на кромках,сек.Угол наклонаэлектрода «вперёд»,град.Слой шваПервыйПоследующиеКорневойОблицовочныйзаполняющий заполняющиена подъем/на спускна подъемна подъемна спуск3,83,8/5,63,83,040-551201201105-10базовый:35-40пиковый:240-2708-128-128-1222023021022222321100% CO275%Ar+25%CO275%Ar+25%CO275%Ar+25%CO210-1625-3530-3530-35-303030по ширине разделки-0,20,20,25-0-50-50-5Температура предварительного подогрева на момент начала выполнениякорневого слоя составляла 121 0С, температура окружающего воздуха привыполнении ремонтных работ была равна 200 С, погонная энергия привыполнении корневого слоя составляла 1,28 кДж/мм.
Напредставлены полученные в процессе заварки термоциклы.Рис. 3.10122Рис. 3.10. Термические циклы сварки-наплавки при заварке выборкикольцевого шваВыполнение первого слоя и зачистка наплавленного металла (Рис. 3.11)заняли около 10 минут. К моменту начала наложения следующего слоятемпература металла зоны ремонта составляла 95 0С. Выполнение второго слояс последующей механической обработкой происходили в течение 17минут.а)123б)Рис. 3.11. Выполнение наплавочного слоя (а) и зачистка металла шва (б) призаварке кольцевой выборкиТемпература металла перед наложением последующих слоёв снижаласьдо81-85С.ВТаблице3.8представленоэкспериментальныхданныхподлительности0обощениеполученныхотдельныхоперацийтехнологического процесса заварки выборки кольцевого шва и межслойнымтемпературам на момен начала наложения проходов.Таблица 3.8.Экспериментальные данные продолжительности отдельных операций процессазаварки выборки кольцевого шва и межслойной температурыПогоннаяэнергиясварки,кДж/мм1,281,401,47Время выполненияслояначалоконец10:27:0110:37:2610:54:2611:16:5511:31:5510:37:2610:54:2511:16:5411:31:5411:50:14Длительностьвыполнения слоя,включаямежоперационныйинтервал, с.625102113488991098Температура металлаперед началомследующего слоя, 0С9581848582Как видно из полученных данных при заварке выборки большой длины ималой ширины в диапазоне погонных энергий 1,2-1,5 кДж/мм на всех этапах124сварки межслойная температура опускалась ниже минимального нормативногоуровня в 1200С.Возможность увеличения тепловложения в металл зоны ремонта за счетповышения погонной энергии сварки была изучена на примере вварки заплатыметодом ручной дуговой сварки, которая осуществлялась на режимах,представленных в Таблице 3.9.Таблица 3.9.Сварочные материалы и режимы ручной дуговой вварки заплатыСлой шваМарка электродаКорневойLB-62UЗаполняющиеОК74.84ОблицовочныйОК74.84Диаметр,мм3,23,24,03,24,0ПолярностьобратнаяобратнаяобратнаяСварочный ток,А80-12080-120120-17080-120120-170Скорость ручной дуговой сварки при варке заплаты находилась вдиапозоне от 1,5 мм/с до 2,0 мм/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
