фасонная деталь трубопровода (варианты)

Формула изобретения

1. Фасонная деталь трубопровода, содержащая трубу с отверстием и отвод, приваренный по периферии отверстия, отличающаяся тем, что в ней труба и отвод выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и изготовлены из центробежнолитых трубных заготовок, на наружной поверхности трубы механическим путем выполнена выемка, примыкающая к кромке отверстия на глубину не менее 0,1 мм и шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы, на наружной и внутренней поверхностях отвода, примыкающих к отверстию трубы, механическим путем выполнены выемки шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной не менее 0,1 мм на наружной поверхности и не менее 0,7 мм на внутренней поверхности отвода.

2. Деталь по п.1, отличающаяся тем, что в ней труба и отвод снабжены раструбами и выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, к безраструбному концу трубы сваркой подсоединен второй раструб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, отвод, второй раструб и труба с отверстием изготовлены из центробежнолитых трубных заготовок, на наружной поверхности трубы механическим путем выполнена выемка, примыкающая к кромке отверстия, на глубину не менее 0,1 мм и шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы, на наружной и внутренней поверхностях отвода, примыкающих к отверстию трубы, механическим путем выполнены выемки шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной не менее 0,1 мм на наружной поверхности и не менее 0,7 мм на внутренней поверхности отвода, кромки безраструбного конца трубы и второго раструба, приваренного к трубе, имеют разделку под одностороннюю сварку, внутренняя и наружная поверхности безраструбного конца трубы и примыкающего к нему второго раструба имеют выемку шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной не менее 0,1 мм на наружных поверхностях и не менее 0,7 мм на внутренних поверхностях трубы и раструба.

3. Деталь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сварные швы, соединяющие элементы детали, в поперечном сечении имеют треугольноподобную форму с вершиной, обращенной к линии сопряжения, и выполнены из никелесодержащего сплава, в котором содержание никеля по медиане от вершины к основанию монотонно уменьшается от величины не менее 90% до величины не менее 40% при содержании железа у основания не более 45% и хрома не более 7%

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фасонным деталям типа тройника или крестовины и может использоваться в тепловой энергетике, водоснабжении, химической и нефтегазовой промышленности.

Известны фасонные детали трубопроводов высокого давления типа тройника[1] Эти фасонные детали изготовлены механической обработкой из стальных поковок или сваркой заготовок из цельнотянутых высоколегированных труб.

Тройники из стальных поковок слишком дороги в изготовлении и не технологичны из-за большого объема механической обработки.

Тройниковые сварные соединения более технологичны, однако их прочность ниже прочности самой трубы из-за снижения прочности в месте сварки. Поэтому такие тройники в месте сопряжения стараются всячески усилить. Так, в тройнике [2] содержащем трубу с отверстием и патрубок, приваренный по периферии отверстия, усиление достигается приваркой воротка в месте сопряжения патрубка с трубой и стяжки в виде листа, скрепляющей патрубок со стенкой трубы, противоположной патрубку. Такое усиление значительно удорожает изготовление тройника, а наличие дополнительных сварных швов снижает его коррозостойкость.

Известен тройник [3] содержащий сваренные между собой трубу, отвод и опорное устройство в виде плоской рамы из трех жесткосоединенных стержней, имеющих форму равнобедренного треугольника, обращенного основанием в сторону отвода.

Общий недостаток фасонных деталей трубопроводов, сваренных из стальных трубных заготовок, их сравнительно низкая коррозестойкость и не очень высокая долговечность из-за старения стали.

В этом отношении фасонные детали из чугуна превосходят стальные. Кроме того, производство чугуна значительно дешевле высоколегированных сталей.

Известны фасонные детали трубопроводов типа тройников или крестовин, изготовленные из чугуна литьем в землю [4] Их изготовление трудоемко, не производительно и не экологично (производство считается вредным). Они не могут использоваться в трубопроводах высокого давления, т.к. обладают повышенной хрупкостью и низкой устойчивостью к термодинамическим нагрузкам. Фланцевые соединения таких деталей не обеспечивают достаточной герметичности из-за повышенной шероховатости.

Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемым фасонным деталям трубопроводов является тройник (а.с. N 1682702, F 16 L 41/02, 1991), который описан выше. Он обладает всеми недостатками сварных стальных тройников.

Задача изобретения повышение долговечности и коррозестойкости фасонных деталей трубопроводов типа тройников или крестовин при снижении стоимости их изготовления.

Указанная задача достигается тем, что в фасонной детали трубопровода, содержащей трубу с отверстием и отвод, приваренный по периферии отверстия, труба и отвод выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, изготовлены из центробежнолитых трубных заготовок, на наружной поверхности трубы механическим путем выполнена выемка, примыкающая к кромке отверстия, на глубину не менее 0,1 мм и шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы, на наружной и внутренней поверхностях отвода, примыкающих к отверстию трубы, механическим путем выполнены выемки шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной не менее 0,1 мм на наружной поверхности и не менее 0,7 мм на внутренней поверхности отвода.

Во втором варианте в фасонной детали трубопровода, содержащей трубу с отверстием и отвод, приваренный по периферии отверстия, труба и отвод снабжены раструбами и выполнены из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, к безраструбному концу трубы сваркой подсоединен второй раструб и труба с отверстиями изготовлены из центробежнолитых трубных заготовок, на наружной поверхности трубы механическим путем выполнена выемка, примыкающая к кромке отверстия, на глубину не менее 0,1 мм и шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы, на наружной и внутренней поверхностях отвода, примыкающих к отверстию трубы, механическим путем выполнены выемки шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной не менее 0,1 мм на наружной поверхности и не менее 0,7 мм на внутренней поверхности отвода, кромки безраструбного конца трубы и второго раструба, привариваемого к трубе, имеют разделку под одностороннюю сварку, внутренняя и наружная поверхности безраструбного конца трубы и примыкающего к нему второго раструба имеют выемку шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы и глубиной 0,1 мм на наружных поверхностях и не менее 0,7 мм на внутренних поверхностях трубы и раструба. Сварные швы, соединяющие трубу с отводом и вторым растубом, в поперечном сечении имеют треугольноподобную форму с вершиной, обращенной к линии сопряжения и выполнены из никелесодержащего сплава, в котором содержание никеля по медиане от вершины к основанию монотонно уменьшается от величины не менее 90% до величины не менее 40% при содержании железа у основания не более 45% и хрома не более 7%

Авторам не известны источники информации, в которых бы описывались фасонные детали трубопроводов, изготовленные из сваренных между собой трубных заготовок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Изобретательский уровень подтверждается тем, что отличительные признаки заявляемой фасонной детали, в частности форма сопрягаемого стыка отвода, не описаны в известных источниках информации.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображены варианты заявляемой фасонной детали.

На фиг.2 приведены примеры разделки сопрягаемых стыков.

На фиг.3 изображены примеры выполнения фасонных деталей с фланцами.

На фиг.4 изображены примеры выполнения фасонных деталей типа крестовин.

В первом варианте (фиг.1а) заявляемая фасонная деталь трубопровода содержит трубу 1 с отверстием, к периферии которого приварен отвод 2. Сварной шов 3 в поперечном сечении имеет треугольноподобную форму. Внешний поверхностный слой трубы 1 вокруг отверстия механическим путем удален на глубину не менее 0,1 мм на расстояние от кромки отверстия не меньшее, чем удвоенная толщина стенки трубы 1, в результате чего на наружной поверхности трубы получается выемка вокруг отверстия шириной не менее удвоенной толщины стенки трубы 1. Аналогичным образом выполнены выемки на внутренней и внешней поверхностях отвода 2, примыкающих к отверстию. Внешний поверхностный слой отвода 2 удален на глубину не менее, чем 0,1 мм, внутренний поверхностный слой отвода 2 удален на глубину не менее 0,7 мм.

Во втором варианте (см. фиг.1б) труба 1 и отвод 2 снабжены раструбами 4 и 5. К безраструбному концу трубы 1 приварен второй раструб 6. Безраструбный конец трубы 1 и торец раструба 6 разделены под одностороннюю сварку по ГОСТ 22799-89. Внутренний и внешний поверхностные слои безраструбного конца трубы 1 и раструба 6 в области стыка удалены механическим путем на глубину не менее 0,1 мм снаружи и 0,7 мм изнутри. Ширина удаленной зоны на каждом из концов не менее удвоенной толщины трубы 1. Примеры разделок сопрягаемых кромок показаны на фиг.2. На фиг.2а показан пример обработки кромок безраструбного конца трубы 1 и второго раструба 6.

В первом варианте к открытым концам трубы 1 и отвода 2 могут быть приварены фланцы 7, 8 (см.фиг.3). Труба 1 дополнительно может иметь еще одно отверстие, к периферии которого приварен еще один отвод 9 (см. фиг.4), в результате чего фасонная деталь типа тройник превращается в фасонную деталь типа крестовина.

Описанные фасонные детали для трубопроводов изготавливаются следующим образом.

Из центробежнолитых труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом механическим путем вырезаются заготовки необходимых размеров и конфигурации. На токарном и (или) фрезерном станках с ЧПУ на необходимую глубину снимается внешний и внутренний поверхностные отвода 2 и трубы 1. Ширина удаляемой зоны не менее удвоенной толщины стенки трубы 1. После этого заготовки закрепляются в шаблоне, разогреваются до температуры предварительного подогрева и осуществляется аргоно-дуговая сварка неплавящимся электродом трубы 1 и отвода 2. Корневой шов наваривается с использованием присадочной проволоки, содержащей 90 никеля, 5 железа и 5 марганца. Закрепляющий шов наваривается в два прохода с использованием присадочной проволоки содержащей 52 никеля, 36 железа, 7 хрома и 5 марганца. Сразу же после сварки проводится термообработка сварного шва. Фасонная деталь помещается в печь с температурой 1000^oC, пока деталь нагревается, температура печи падает до 960^oC. При этой температуре деталь выдерживается 10 минут, после чего переносится в печь с температурой 740^oC и выдерживается в ней 9-11 минут, затем деталь вынимается из печи и охлаждается на воздухе до цеховой температуры.

Сварные фасонные детали из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом не уступают по прочности стальным и превосходят их по долговечности и коррозестойкости. Это объясняется тем, что высокопрочный чугун с шаровидным графитом, хотя и уступает немногим по прочности и пластичности специальным сталям, превосходит их по коррозеустойчивости и усталостной прочности, а сварное соединение стыков двух центробежнолитых труб по прочности превосходит саму трубу, если в области сопряжения удален внешний поверхностный слой на глубину 0,1 мм и внутренний на глубину 0,7 мм. Сварное же соединение стальных труб по прочности уступает прочности стальной трубы. В условиях эксплуатации при низких температурах (-40.-50^oC) прочность фасонных деталей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом намного превышает прочность стальных, т. к. в отличие от стали чугун с шаровидным графитом не снижает прочностных характеристик при низких температурах.

Стоимость изготовления заявленных фасонных деталей из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом существенно ниже стоимости изготовления стальных или литых чугунных.