автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка технологии односторонней сварки эмалированных трубопроводов с внутренней протекторной защитой

РГБ и« . -

2 »» НОЯ ..

ГОСУДАРСТВЕШ1АЯ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМ.И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи

Ли Гаочао

УДК 622.692.4.073.5:621.791

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОДНОСТОРОННЕЙ СВАРКИ ЭМАЛИРОВАННЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ВНУТРЕННЕЙ ПРОТЕКТОРНОЙ

ЗАЩИТОЙ

Специальность 05.03.06 — "Технология и машины сварочного производства"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997 г.

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа им.И.М.Губкина.

Научный руководитель —Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Стеклов О.И.

Научный консультант — кандидат технических наук, доцент

| Кармазинов Н.П.

Официальные оппоненты —доктор технических наук, профессор, ГАНГ,

Ефремов А.П. — кандидат технических наук, зам.нач.отд., ВНИИ-АВТОГЕНМАШ, директор ИСТО, института сварочных технологий и оборудований.

Смирнов А.Х.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт по

строительству трубопроводов

Защита диссертации состоится " I Ь /,2.1997 г. В /£_ часов в аудитории на заседании диссертационного совета Д 053.27.13 в Государственной Академии нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан "/О " II 1997г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: После реформы в КНР стала быстро развиваться промышленность, что даже получило название "китайского чуда". При этом быстро раззнваюшаяся экономика требует соответственно развития промышленности, особенно нефтяной. Потребность в нефти быстро растет, а нехватка нефти стала препятствовать развитию экономики. В настоящее гремя в нашей стране ведется пол!ггика поиска новых нефтяных месторождений и активного импорта ресурсов.

Разработаны новые месторождения нефти и газа на северо-западе Китая. Крупные 'месторождения разведаны в С и из ян ь -у Л гурско м автономном районе. Месторождение находится далеко от промышленного центра, поэтому транспортировка нефти в центр стала актуальным вопросом. Перспектива подписать крупное соглашение о транспортировке российского газа в КНР, далее в Японию и Южную Корею, и строительство соответствующей трубопроводной системы тоже является Реальней. Здесь сварка и защита трубопроводов от коррозии являются одними из наиболее важных проблем.

Высокие требования, предъявляемые к долговечности и надежности эксплуатации трубопроводных систем, определяют необходимость обеспечения высокоэффективной антикоррозионной защиты труб и их сварных соединений. В настоящее время, в зависимости от природно-климзтических условий, до 40% аварий на трубопроводах связано с коррозионными разрушениями. Коррозия металлов наносит значительный ущерб экономике. Классификация по причинам аварий и отказов на магистральных нефтепроводах РФ за 9 месяцев 1996 года показала, что от брака кольцевых евзрочно-монтажных стыков происходит 37% аварий и 19% отказов, а от коррозионных повреждений происходит 25% аварий и 41% отказов. Практика показзла, что на большинстве месторождений до 90% коррозионных разрушений трубопроводов приходится на сварные соединения — это езязано с высокой электрохимической гетерогенностью последних локализаций напряжений, а иногда — с некачественным выполнением

шва. Очевидно, что сварка и защита от* коррозии трубопроводов являются важными факторами, которые определяют надежность трубопроводной системе.

Одним из наиболее эффективных способов антикоррозионной защиты труб является заводское нанесение антикоррозионных покрытий, в том числе эмалевых. Эмалевые трубопроводы находят широкое применение во многих отраслях промышленности.

Широкое распространение данного способа изоляции во многом ограничивает отсутствие на внутреннем рынке высокоэффективных технологий защиты внутренней поверхности сварных соединений, удовлетворяющих требованиям промышленного производства изоляции труб.

Сложность соответствия качества сварки эмалированных трубопроводов и защиты их сварных соединений в условиях производства нормативным требованиям определяется не только техническими, но и технологическими причи-

о

нами.

Следует также оплетать, что проблема сварки эмалированных трубопроводов является сложной еще и потому, что в настоящее время отсутствуют промышленные технологии, позволяющие одновременно обеспечивать хорошее качесгво сварного соединения и нормальную защитную способность эмалевых покрьпиП в зоне термического влияния (ЗТВ).

Таким образом, разработка технологии сварки эмалированных трубопроводов и повышение коррозионной стойхостн внутреннего сварного соединения, удовлетворяющей требованиям промышленного производства, является сложной и актуальной задачей.

Целые работы является разработка технологии сварки эмалированых трубопроводов, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость сварного соединения при использованием внутренней протекторной зашиты соединения.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: 1.— Изучение электрохимических, механических и коррозионных свойств сварного соединения стали Сталь 20 с внутренним протекторным слоем.

-з-

2.— Исследование реакции алюминиевого металлнзационного покрытия на термический цикл сварки.

3.— Определение влияния агрессивных сред на коррозионные свойства сварного соединения и алюминиевого покрытия.

4.— Изучение влияния параметров протекторного слоя на срок службы протектора в конкретных условиях эксплуатации.

5.— Разработка технология по предотвращению коррозионных разрушений сварного соединения эмалированных трубопроводов с протекторным слоем для среды рН=6~8.

Научная новшна:

— Дано обоснование возможности и условий применения протек-торного алюминиевого покрытия для защиты внутренней зоны сварных соединений трубопроводов с эмалевым покрытием.

— Посредством исследования свариваемости Ст20 с алюминиевым покрытию и реакции алюминиевого покрытия на термический цикл сварки определены условия обеспечения высокого уровня свойств сварных соединений и защитных свойств покрытия, которые заключаются в ограничении погонной энергии сварки и применении специальной технологии нанесения протектора, ограничивающего протекторное покрытие в корневой части соединений и попадание протекторного материала в сварной шов. Показано, что эффективность работы протектора и срок его службы зависят от геометрических характеристик протекторного слоя.

Практическая ценность:

— Исследована свариваемость эмалевых трубопроводов с внутренним алюминиевым протектором.

— Исследовано влияние режимов сварки на коррозионные свойства алюминиевого покрытия в ЗТВ. Установлены зависимости защитных характеристик апюмшшевого покрытия ог параметров термического цикла сварки.

— Разработаны рекомендации но выбору размеров протекторного слоя в

Независимости от параметров термического цикла.

— Разработаны технические условия для катодной защиты внутренней поверхности эмалевых трубопроводов.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались и обсуждались на: конференции для молодых ученых "Новые технологии в газовой промышленности", в Москве 1995г., Международном конгрессе "Защита 95", 1995 г, г. Москва, конференции "Проблемы и перспективы развития нефтегазового строительства", Москва, 1996г, конференции для молодых ученых "НоЕые технологии в газовой промышленности", г. Москва, ГАНГ, 1997г., журнале "Сварочное производство".

Объём и структура диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глаз, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной материал изложен на страницах, включая рисунков и таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Первая глава содержит обзорный анализ особенностей свойств сварного соединения, характер коррозионных разрушений сварных соединений, анализ технологий сварки трубопроводов с внутренним и наружным покрытиями и зашиты внутренней поверхности трубопроводов и их сварных соединений.

В настоящее время для защиты трубопроводов имеют широкое распространение эмалевые и алюминиевые покрытия. Приведен сразнительный анализ особенностей свойств сварных соединений и их коррозионных разрушений, а также методы защиты сварного соединения. Проанализированы технологии сварки и методы защиты внутренней поверхности сварных соединений и сделан вывод о эффективности применения протекторной защиты при защите от внутренней коррозии эмалированных трубопроводов и их сварных соединений.

Преимуществами протекторной защиты сварного соединения трубопроводов являются простота, низкие затраты на эксплуатацию, безопасность и авто-

номность. Основным недостатком протекторной защиты является ограниченный потенциал материала протектора, что ограничивает ее применение в разных средах. Эффективность протекторной защиты определяется электрохимическими характеристиками материала протектора, электродным потенциалом, скоростью саморастворения и анодной поляризацией.

В следующих разделах литературного обзора приведен краткий анализ характерных особенностей сварного соединения, особенностей процессов коррозионного разрушения сварных соединений, общих методов повышения коррозионной стойкости металлических конструкций и основных методов защиты внутренней поверхности трубопроводов и их сварных соединений. Основные типы коррозионных разрушений сварных соединений: общая коррозия, местная коррозия, появление язв н шптингов, коррозионное растрескивание под напряжением. Основные методы повышения коррозионной стойкости сварных соединений состоят в выборе и разработке новых сварных коррозионной стойких конструкционных материалов, рациональном конструкгировании при изготовлении и эксплуатации изделий, а также применении защитных покрытий. Основные методы повышения коррозионной стойкости состоят в применении наружных й внутренних покрытой, электрохимической защите (катодной и анодной), ингибиторной защите. Основные методы позыщгния коррозионной стойкости сварных соединений трубопроводов с покрытиями против внутренней коррозии заключаются в изменении состава и структуры металла сварного шиа, нанесении на внутреннюю поверхность вблизи шва коррознонностойких металлов (катодного типа), наложении на внутреннюю поверхность вблизи шва анодных металлов. Рассмотрено влияние внешних и внутренних факторов на коррозионные свойства сварных соединений. Отмечено, что проблема сварки тру бопроводов с наружным и внутренним покрытиями (особенно с эмалевым покрытием) находится на стадии накопления экспериментального материала, поэтому по многим из рассмотренных вопросов не существует технологий сварки эмалированных трубопроводов, на основе которых одновременно были бы реали-

л

зошшм высокие механические свойства п обеспечена коррозионная стойкость сварного соединения.

Анализ литературных данных позволяет сделать вывод о том, что наиболее уязвимое звено трубопроводной сети — сварные соединения, на которых происходит подавляющая часть прорывов. Это звено является еще более уязвимым в условиях эксплуатации трубопроводов в агрессивных средах. Наиболее резкому коррозионному проявлению способствует присутствие кислорода, углекислого газа в перекачиваемой жидкости, а также высокое давление перекачиваемой среды. Повышенная по сравнению с основным металлом восприимчивость сварных соединений к воздействию коррозионных сред объясняется их большей макро- и микронеоднородностью (химической и структурной), а также локализацией остаточных упругопластических деформаций и потенциальной энергии в зоне сварки, связанными с химико-металлургическим и теплофизиче-ским влияниями сварного процесса.

Повышение коррозионной стойкости сварных соединений трубопроводов, эксплуатируемых в нейтральной среде (рН=б~8), возможно за счет напыления на внутреннюю поверхность трубопроводов вблизи сварного шва алюминиевого покрытия, которое электрохимически защищает сварное соединение от коррозии. В настоящей работе мы по литературным данным выбрали алюминиевое металл изационное покрытие в качестве материала протектора.

Хорошо продуманные и правильно изготовленные сварные конструкции могут обладать высокой коррозионной стойкостью в агрессивной среде. Проблема обеспечения равной изнашиваемости сварных соединений трубопроводов по отношению к основному металлу с антикоррозионными покрытиями (эмаль). Решение этой проблемы требует серьезных исследований, связанных с учетом воздействия на коррозионный процесс множества внутренних и внешних факторов.

Разработка технологии СЕарки и мер повышения коррозионной стойкости сварных соединений трубопроводов с эмалевым покрытием и протекторной за-

шитой зоны соединения, транспортирующих нейтральные

жидкие углеводороды и нейтральные минеральные жидкости, является целью настоящей работы.

Глава 2. Во второй главе описаны объекты и методы исследования, в том числе методы исследования свариваемости эмалированных трубопроводов изСт20 с алюминиевым покрытием, методы исследования влияния алюминиевого покрытия на свойства сварного соединения.

Технические требования к сварным соединениям, полученных сваркой по алюминиевому покрытию, — это нормативные механические и коррозионные свойства сварных соединений и покрытий в ЗТВ сварки. Среди них одной из наиболее важных и труднодостижимых является качественная сварка эмалированных трубопроводов из низкоуглеродистых сталей с внутренним алюминиевым протектором, при успешной реализации которой одновременно получают удовлетворительные механические и коррозионные свойства металла шва. Реализация высокой коррозионной стойкости и нормативных механических характеристик сварного соединения гарантирует долговременную работу сварного соединения. Поэтому в основу разработки технологии сварки было положено исследование'именно этих характеристик.

Изучены свойства сварных соединений, полученные по обычной и по предлагаемой технологиям. Установлено, что влияние алюминиевого покрытия на свойства металла шва зависит от степени растворения А1 и АЬО.; в металл шва при сварке. Поэтому в работе исследовано распределение алюминия в металле шва термоэлектрическим методом. На рис. 2, 3 показано распределение термо-ЭДС по сечению шва, полученного обычной технологией односторонней двухслойной сварки по алюминиевому покрытию. Видно, что алюминий неравномерно распределяется в металле шва, поэтому при сварке по алюминиевому покрытию с большой толщиной его влияние чрезвычайно высоко, что подтверждали результаты исследований Сычевой М.Л.

В горой с.юн

3 ' ! ;

_Л л а> м и н иеюс покрыт«/

! 1 I

П ерки и слои

ш

Рне. 1. Схема юмерекиа термо-Э Д С но сечению шва

рис 2. рис 3.

Распределение тсрмо-ЭДС по сечению сварного шва для односторонней двухслойной сварки При сварке Сталь 20 по алюминиевому покрытию электродный потенциал

зависит от толщины покрытия (от содержания алюминия в металле шва), что видно из табл. 1. С увеличением ум в металле шва его потенциал изменяется. С увеличением содержания алюминия в металле шва в среде морской воды его электрохимический потенциал изменяется, однахо анодность металла шва в полной мере проявляется после растворения алюминиевого покрытия. Опыт показал(табл. 1), что с повышением толщины алюминиевого покрытия количество алюминия в металле шва увеличивается, при этом зависящий от этого электродный потенциал металла шва тоже увеличивается в отрицательную сторону. Это значит, что повышение толщины алюминиевого металлизаиионногп покрытия вызывает снижение коррозионной стойкости металла шва и аноднц, сти металла шва по сравнению с соответствующими характеристиками околошовной зоны сварного соединения. В этом случае металл шва является анодом

по отношенню к основному металлу. В том случае, когда алюминиевое покрытие полностью растворяется, металл шва работает в качестве анода и быстро корродирует, поскольку площадь анода (металла шва) является во много раз меньшей площади катода (околдшовный основной металл). В настоящей работе мы измеряли электродный потенциал металла шва образцов, полученных методом двухслойной сварки по алюминиевому металлизационному покрытию-(табл. 2). По результатам исследований было получено, что электродный потенциал первого слоя является более высоким, чем электродной потенциал второго слоя. Это является причиной того, что во втором слое содержится меньше алюминия, чем в первом слое, что и показано на основе термоэлектрического исследования. Из этого следует вывод о том, что при использовании многослойной сварки возможно компенсировать негативное влияние алюминиевого покрытия на механические и электрохимические свойства сварного соединения, поскольку данное влияние проявляется, в основном, только в первом слое сварки, а для второго и последующих слоях данное влияние становится значительно более меньшим.

Таблица 1. Зависимость электродного потенциала .металла шва от толщины по_крытия и содержания алюминия в металле шва_

Толщина пок-рытня, 5, мкм 0 45 90 135 180

Содержание А1, уд! 0 0.3 1.9 2.9 4.9

Потенциал, фмв -493 -515 -531 -546 -609

Исследовано влияние алюминиевого покрытия на механические свойства сварного соединения и показано, что прочностные показатели металла шва (оь, а0.2) изменяются незначительно с ростом толщины защитного алюминиевого покрытия по сравнению с аналогичными показателями, полученными на стали без покрытия. Эти изменения не выходят за рамки нормативных значений (тпол. 4, 5). При испытании образцов на ударную вязкость , вырезанных из сварных соединений, выполненных из стали с мсталлнзашюнным алюминиевым покрытием, наблюдаюсь сильное понижение ударной вязкости, особенно при низкой температуре (пни. 4.. 5).

Таблица 2. Измерение электродного потенциала для двухслойной сварки по алюминиевому покрытию

Участки Первый слой Второй слой Основной металл

э.к'к*||ным|.ш ышцшшал (тv) -573 -536 -492

Таблица 3. Электродный потенциал сварного соединения (-10'3шУ).

Шов Основной металл Линия сплавления ЗТВ

рН=8 343 - 310 - -ззз— - — 312

рН=7 456 476 447 468

рН=6 472 444 446 451

Таблица 4. Механические свойства сварных соединений

Толщина покрытия - механические свойства металла шва

мкм бв 6« 8О.5 КСУ Дж/м2, при температуре испытания, С°

Мпа Мла •/. +20 -20 -40

без покрытия 580640 480440 21.524.5 1.21-1.45 0.83-0.95 0.22-0.55

140-150 575630 470480 20.523.5 0.65-0.75 0.35-0.55 0.30-0.37

220-250 580625 475485 19.422.2 0.20-0.25 0.02-0.03 0.01-0.005

Таблица 5. Зависимость ударной вязкости металла шва, полученного при сварке стали по алюминиевому покрытию толщиной 240±40 мкм от различных __марок электродов_

Марка электрод Ударная вязкость КСУ, мДж/м2, при температуре испытания, С"

+20 0 -20 -40

АНО-Т 0.45-0.73 0.25-0.45 0.05-0.24 • 0.04-0.05

1_,В-52\' УОНИ13/55 0.45-0.60 0.29-0.39 0.05-0.29 0.04-0.08

ВКИИМСС /МОСЗ 0.75-0.95 0.60-0.81 0.55-0.65 0.30-0.35

Для избежания влияния растворенного А1 и А1гО} на свойства металла шва было предложено напылять алюминий на внутреннюю поверхность трубы. При этом попадание анодного металла в корневой шов при сварке можно пре-

дотраппь зм счет оставления на внутренней ионсрхиосги от торна грубы полоски шириной 2~3 мм, свободной от металла-протектора. Электродный потенциал образцов, полученных сваркой по предлагаемой технологии, представлен в табл. 3. Показано, что при реализации данной технологии сварки трубопроводов с внутренним алюминиевым протектором, можно избежать отрицательного влияния алюминиевого покрытия. Исследования механических свойств также подтвердило, что при данной технологии сварки достигается нормативная ударная вязкость сварного соединения (табл. б).

Таблица 6. Механические свойства исследуемого сварного соединения.

бц.2 бв 5 Ф Ударная вязкость при -

МПа МПа % % 40°С, дж/см2

1 401 552 28.4 73.2 141.9

2 - 590 >20 - 128

3 - 400 23 - 55

Примечание: I -г- сварное соединение, полученное сваркой электродами УОНИ 13/55 по предлагаемой технологии; 2 — сварное соединение, полученное сваркой электродами УОНИ 13/55 по обычной технологии; 3 — основной металл.

Глава 3. В третьей главе изложены результаты исследования влияния термического цикла сварки на коррозионные свойства алюминиевого покрытия в ЗТВ. Исследования проведены термоэлектрическим, электрохимическим, металлографическим и коррозионным методами.

В настоящее время алюминиевые покрытия широко применяются в практике протекторной защиты от коррозии, однако в литературных источниках практически отсутствуют данные по исследованию реакции алюминиевого покрытия на термический цикл сварки. Вместе с тем, данные результаты имеют принципиальное значение для определения срока службы протектора.

Имитирован сварной процесс для погонной энергии q=3000 ка!/см, Я=6000 ка1/см, q=9000 ка1/см, охватывающий сферу от дуговой ручной и автоматической сварки до контактной сварки. Схема термического цикла приведена на рис. 4. После проведения сварки (ее имитации) измерялся термо-ЭДС алю-

мшшснпго покрытия в ЗТВ для трех вариантов имитируемою сиарочного процесса. Результаты данного исследования, приведенные на рис. 5., показали, что закономерность распределения термо-ЭДС на поверхности покрытия ЗТВ одинакова и не зависит от величины погонной энергии сварки. Термо-ЭДС покрытия с ростом расстояния от зоны сплавления (торца) сварки сначала уменьшается до критического значения (до критической точки), после чего с ростом расстояния от торца наблюдается повышение термо-ЭДС покрытия. В данной зоне термо-ЭДС постепенно увеличивается и в конце концов достигает нормальной величины, соответствующей ее исходному состоянию. Это объясняется тем, что при имитации процесса сварки, покрытие в околошовной зоне подвергается сильным тепловым воздействиям, что приводит, в свою очередь, к значительному изменению свойств покрытия в ЗТВ: оплавлению покрытия, нарушению его сплошности, диффузии Ре в металл покрытия и т.д. С повышением расстояния от торца температурное влияние понижается, и изменения свойств покрытия становятся не такими значительными. Когда расстояние от торца достигает критической точки, изменения, вызванное теплофизическим и металлургическим воздействиями сварки, достигает максимального значения, и в этой точке наблюдается критический термо-ЭДС (минимальное значение термо-ЭДС). После перехода через критическую точку с повышением расстояния от торца воздействие сварочного процесса на покрытие уменьшается и происходит увеличение термо-ЭДС. При дальнейшем увеличении расстояния от торца шва термо-ЭДС достигает нормальной величины.

Из данных приведенных на рис. 5 можно сделать вывод, что величина тепловложения (погонной энергии, т.е. способа сварки) в значительной степени— влияет на свойства алюминиевого покрытия в ЗТВ. На рис 4, 5 показано, что ширина ЗТВ на свойства алюминиевого покрытия зависит от величины тепло-вложения: чем больше погонная энергия сварки, тем шире ЗТВ на алюминиевом покрытии. Расстояние до критической точки от торца Ь|<Ьг<Ьз 0-1, Ьг, соответствуют расстояниям до критической точки от торца для вариантов 1, 2,

Рис. 4. Термический цикл имити-рованиого процесса сварки для варианта 1 - ч=30001са1/см, 2 — 6000 ка1/см, 3 - 9000 ка!/см

Р;

Рис. 5. Зависимости термо-ЭДС алюминиевого покрытия в ЗТВ от расстояния от торца шва для вариантов 1,2,3.

Исследована структура на поверхности алюминиевого покрытия в ЗТВ (на рис.б) и изучено образование интерметаллидной составляющей и рост зерен в .. ЗТВ. Данные исследования имеют большое значение, поскольку данные факторы оказывают заметное влияние на изменение коррозионной стойкости покрытия в 'ЗТВ. На основе структурных исследований также и определены процессы рекристаллизации, происходящей при сварке в металле покрытия. ' - При исследовании микротвердости алюминиевого покрытия в ЗТВ (рис. 7.),- наблюдалось повышение микротвердости в ЗТВ, что связано с изменением поверхностного напряжения и образованием интерметаллида в металле покрытия.

- АГТ^

Рнс.6. Металлографии алюминиевого покрытия в ЗТВ для варианта 1.

129

в

1 100

л ь 80

и

Ч и. 60

о

О 40

8" = 20

2

0

Рис. 7. Измерение микротвердости алюминиевого покрытия в ТП1

0 1234 5 6789 Расстояние от торца шва

Результаты исследования электрохимических свойств алюминиевого покрытия в ЗТВ для каждого варианта в »«игральной, щелочной п кислой средах.

нрнислснь! на рис. 9, 10. Показано, что независимо от способов сварки в ЗТВ происходит смешение электродного потенциала алюминиевого покрытия в отрицательную сторону. Это является показателем снижения коррозионной стойкости покрытия. На рис. 8, 9, 10 приведено распределение электродного потенциала алюминиевого покрытия в ЗТВ. Получено, что закономерность распределения электродного потенциала алюминиевого покрытия в ЗТВ не зависит ни от_сг5особов" сварки, ни от значения рН агрессивной среды. Электродные потенциалы алюминиевого покрытия, неподвергшегося воздействию сварки в различных средах (табл. 7) являются практически одинаковыми. Величины смещения электродного потенциала алюминиевого покрытия в ЗТВ также близки.

-тУ

780 760 740 720 700 680 660 640 620 600

Рис 8. Зависимость электродного потенциала алюминиевого покрытия от расстояния от торца шва в кислой среде для вари- антов 1,2,3.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Расстояние от торца имитированного шва (мм)

Таблица 7. Рабочие среды

Среда Щелочная Нейтральная Кислая

3%1ЧаС1+ 0.44%Г>аНС03 3%№С1 3%КаС!+ 0.33%НАс

РН 8 7 6

Понижение коррозионной стойкости алюминиевого покрытия в ЗТВ является результатом совокупности воздействия трех факторов: изменения фазового состава, рекристаллизации металла покрытия при сварке и действия остаточного напряжения. Установлена зависимость ширины ЗТВ на алюминиевое пскры-

тие, в которой происходит ухудшение его коррозионных свойств от погонной энергии сварки, т.е. от способа сварки. Получено, что это расстояние для исследуемой толщины основного металла для варианта составляет -15 мм, для варианта 2-20 мм, для варианта 3-30 мм. Коррозионные испытания в рабочих средах (табл. 7) подтвердило, что в ЗТВ снижается коррозионная стойкость алюминиевого покрытия, но для исследуемых вариантов сварки алюминиевое покрытие в ЗТВ сохраняется высокая коррозиошюстойкостъ.

-шУ

£00 760 720 ДО 040 600

760

720

-тУ 680

640

603

Рис 9. Завнсн-■ мосгъ электродного потенциала алюминиевого покрытия от расстояния от торца шва в щелочной среде для вари-■л~ аитов 1,2,3.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Расстояние от имитированного шва (мм)

Рис. 10. Зависимость электродного потенциала алюминиевого покрытия от расстоянии от ториа шва в центральной сргдс 11Н вариантов 1.2,3.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Расстояние от имитированного шва (мм)

Глава 4. В четвертой главе с целью получения данных, необходимых .ц»

расчетов срока службы алюминиевого протектора, было проведено исследование зависимости срока службы протектора от толщины покрытия, размеров протектора и сварного шва, а также от условий эксплуатации сварного соединения.

• Для обеспечения максимальной антикоррозионной защиты сварного соединения протектор должен обеспечить достаточное защитное напряжение. Для этого необходимо," чтобы соотношение площади нанесенного протекторного слоя (фиксированной толщины) к площади сварного шва было бы не меньше допустимого значения. В среде нейтрального типа (рН~ 6-8) для пары алюминиевого протектора и стального сзарного соединения этот минимальное допустимое значение составляет 10:1.

Толщина покрытия практически не влияет на эффективность протекторной защита (при сохранении сплошности протекторного слоя), однако прямо влияет на срок службы протектора.

В работе показало, что проницаемость покрытий в значительном мере определяется ж толщиной на основном металле. По мере увеличения толщины наносимого слоя, открытке поры перекрываются и покрытие становится непроницаемым. Результат показали, что алюминиевое покрытие становится непроницаемым при толщине, большей 230 мкм. Таким образом для эффективной коррозионной защиты толщина алюминиевого покрытия должна быть больше 230 мкм.

С учетом влияния термического цикла свзркид минимальной толщины непроницаемости покрытия и сохранности анодности покрытия, срок службы протектора может быть определены по зависимости Т=(8щ-230)/у.

где Т—срок службы протектора; 510[ — толщина алюминиевого покрытия; V, — скорость коррозии алюминиевого покрытия, мхм/год V, выражается из уравнения здесь — соответственно ширима покрытия и З ГН

для покрытия.

Для внутренней протекторной зашиты следует рекомендовать, чтобы место положения протектора было максимально приближено к шву ио до такого расстояния, чтобы при сварке алюминий не переходил в ванну шва.

Срок службы протектора в значительной степени зависит от конкретных условий эксплуатации протектора, например, от состава среды, скорости движения, температуры жидкости и качества покрытия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведены термоэлектрические 'и коррозионные исследования сварных соединений Сталь 20 'с алюминиевым покрытием, полученных двухслойной сваркой. Установлено, что при односторонней сварке низкоуглеродистых сталей с алюминиевым металлизационным покрытием происходит переход алюминия и его оксидов в металл шва, что приводит к повышению электродного потенциала металла шва, повышению прочности, снижению ударной вязкости (особенно при низкой температуре) и пластичности сварных соединений. Для снижения негативного влияния алюминиевого покрытия на свойства металла шва предложено осуществлять ряд меры: а. перед сваркой рекомендуется зачищать свариваемые кромки на 3-4 мм от алюминиевого покрытия; б. применять многослойную сварку.

2. Исследованы электрохимические и механические свойства сварных соединений Сталь 20 с алюминиевым покрытием, выполненных 'по предлагаемой технологии. Установлено, что негативного влияния алюминиевого покрытия на свойства шва можно избежать за счет применения предложенной технологии сварки, включающей напыление алюминиевого протектора на некотором расстоянии от свариваемых кромок. Предложено наносить алюминиевого покрытия на внутреннюю поверхность трубы на таком расстоянии до шва, чтобы с одной стороны, протектор обеспечивал максимальную защиту сварных соединений, а, с другой стороны, при осуществлении сварки алюминий не переходил в металл шва. Получено, что при применении данного метода на-

иесения протекторного слоя, удовлетворительное качество

антикоррозионной защиты реализуется даже для сварных соединений, выполненных углеродистыми электродами.

3. Проведено исследование влияния термического цикла сварки на коррозионные свойства алюминиевого покрытия. Установлена зависимость снижения коррозионных свойств алюмшшевого покрытия от расстояния до шва для различных способов сварки. Получено, что загнсимость коррозионных свойств алюминиевого покрытия от расстояния до шез для различных способов сварки имеет вид кривой с максимумом. Установлено, что перегрев алюминиевого покрытия в пределах исследуемых величин погонной энергии сварю) принципиально не изменяет его аноднссть по отношению к металлу шва. Устансзлена загнсимость ширины ЗТВ на алюминиевое покрытие, в которой происходит ухудшение его коррозионных свойств от погонной энергии сварки, т.е. от способа сварки. Получено, что это расстояние для ручной дуговой СЕ2рлИ составляет - 15 мм, для механизированной сварки - 20 мм, для электрошлаксвой сварки -30 мм.

4. Изучено влияние коррозионной среды на коррозионные свойства алюмшше-г.ого покрытия. Установлено, что в нейтральной среде покрытие обладает наиболее высокой коррозионном стойкостью.

5. Проведено исследосанне влияния размера алюминиевого покрытия на срок службы протектора. Установлено, что для эффективной защиты алюминиевого протектора в течение проектного срока эксплуатации трубопроводов в нейтральной среде ширина напыленного протектора должна соотноситься с шириной сварного шва как 10:1. При этом эффективность протекторной защиты практически не зависит от толщины протекторного слоя при условиях сохранения сплошности покрытия.

6. Исследована зависимость срока службы протектора от толщины покрышя. Показано, что срок службы протектора пршщишмлыю записи I <н общего объема алюминиевого протектора при \слсч'.пн, ти-- толщина нршекшршнп

-го-

слоя будет больше 230 мкм. Ширина и толщнна протектора могуч взаимосвязанно варьироваться исходя из технологических условий нанесения протектора.

Основные положения диссертации отражены в работах публикаций:

1. Ли Гаочао, Сгой Шиго, Кармазинов Н.П. Реакция покрытия на термический цикл сварки. В "Тсзисы докладов" Международного Конгресса "Защита 95".

2. Ли Гаочао. Предотвращения коррозионных разрушений сварных соединений трубопроводов из низколегированных сталей. В сб. "Тезисы докладов" Конференции для молодых ученых "Новые технологии в газовой промышленности", ГАНГ, 1595.,

3. Ли Гаочао. Предотвращения коррозионных разрушений сварных соединений трубопроводов из низкоуглеродистых сталей. В книге " Труды СНО за 1995", ГАНГ, 1995.

4. Стеклов О.И., Сюй Шиго, Ли Гаочао, Лошаков A.M., Кармазинов Н.П., Пет-русенко Е.В., Технология сварки трубопроводов с двусторонним эмалевым покрытием, Сварочное производство, (в печати 1993).

5. Реакция алюминиевого покрытия ка термический цикл сварки. Тезисы докладов конференции для молодых ученных "Новые технологии б газовой промышленности", Москва, ГАНГ, 1997, сентябрь.

Заказ № 1009

fOOlKj,

Отдел оперативной полшрафии ГАНГ им. И. М. Губкина