5 Индивидуальное задание

5.1 Технологический процесс

Технологический процесс состоит из следующих этапов:

• Ознакомление с требованием техники безопасности перед началом работы

• Ознакомление с требованием техники безопасности во время работы.

• Ознакомление с требованием техники безопасности по окончании работы.

• Ознакомление с противопожарными мероприятиями.

• Ознакомление с технической документацией.

• Заготовительные работы по изготовлению данной сварной конструкции.

• Обработка заготовок на механическом оборудовании.

• Предварительная сборка в кондукторе.

Способ сварки – полуавтоматическая в среде защитного газа и ручная дуговая сварка.

5.2 Характеристика данной сварной конструкции

Трубопровод предназначен для проведения системы водоснабжения при бурении скважин. Металлическая обсадная труба используются с целью предотвращения обвала стенок скважины. Также трубы препятствуют попаданию в скважину воды из верхних водоносных слоев.

Для изготовления трубопровода из нескольких сварных узлов необходимо:

1) соединение определенного количества труб в единый узел с помощью сварки;

2) нарезка резьбы на концах узла.

Обсадные трубы производят из черной стали. Толщина стенок изделия – 5 мм с учетом того, что скорость коррозии металла в среднем 0.1 мм в год. Таким образом, можно говорить о долговечности стальных обсадных труб: срок их службы – не менее 50 лет. Длина обсадных труб колеблется от 3 до 12 метров, в зависимости от глубины скважины. Между собой трубы соединяются методом сварки и при помощи резьбового соединения. И тот и другой метод обеспечивает полную герметичность.

Все швы свариваются в стыковом положении. Диаметр труб от 89 до 133 миллиметров в зависимости от используемого типа насоса. Протяженность трубопровода составляет от 20 до 250 метров.

Ассортимент обсадных труб определяется особым нормативным документом — ГОСТ 632-80, который определяет сортамент и габариты такого изделия, как труба обсадная. Согласно этому документу, основу классификации обсадных труб составляет способ стыковки элементов трубопровода.

Сам процесс монтажа труб в скважину выглядит следующим образом (см.рисунок 1):

На торец первого узла обсадного трубопровода наваривают специальную насадку – фрезер, которая будет подчищать ствол шахты, после чего первый отрезок узла подается в отверстие практически до самого конца.

У самого края скважины на резьбовой торец навинчивается муфта, в которую вкручивают следующую узел трубу и все повторяется заново.

Установка трубы в шахту скважины осуществляется после извлечения бура.

Рисунок 1 – Монтаж труб резьбового соединения

5.3 Материал на изготовление сварной конструкции

При сварной конструкции используется сталь марки СТ3. Характеристика стали СТ3 (см.таблицу 9)

Классификация:

Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Применение:

несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С. Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от —40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Химический состав в % материала стали СТ3

C	Si	Mn	Ni	S
0.14-0.22	0.05-0.17	0.4-0.65	до 0.3	до 0.05

P	Cr	Cu	As
до 0.04	до 0.3	до 0.3	до 0.08

Температура критических точек стали СТ3

Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835,  Ar1=680

Механические свойства при Т=20oС стали СТ3

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Прокат горячекатан.	до 20		370-480	245	26			Состояние поставки
Прокат горячекатан.	20-40			235	25			Состояние поставки

Технологические свойства стали СТ3

Свариваемость:	без ограничений.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

Механические свойства стали СТ 3:

sв	- Предел кратковременной прочности, [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
y	- Относительное сужение, [ % ]
KCU	- Ударная вязкость, [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю

Физические свойства стали СТ3

T	- Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

5.4 Порядок производственных работ

Производственные работы выполняются в следующей последовательности:

1. Трубы, поступившие на производство, изготовлены горячекатаным способом. Вся сталь должна быть проверена на соответствие ее действующему ГОСТу, рассортирована, замаркирована. Перед подачей в производство должна быть выправлена, очищена от окалины, ржавчины, масла, влаги и других загрязнении.

Вмятины на трубах из углеродистой стали допускается выправлять с помощью специальных приспособлений (винтовых, гидравлических) машинах, ручного инструмента при местном нагреве стенки трубы до 850-900°С.

Хранить стальные трубы необходимо в закрытом помещении с укладкой в установочные штабеля. При хранении на открытом воздухе следует придавать упор, обеспечивающий сток воды.

2. После транспортировки на предприятие, концы всех труб выравниваются специальной машиной P3-PG. Оснащаться может электрическим или пневматическим приводом. Вращением моховика происходит раздвижением кулачков, при этом агрегат закрепляется на внутренней поверхности трубы. Центрирование и выравнивание происходит автоматически. Для выравнивания торцов трубы, устанавливается торцовочный резец. После включения двигателя вращается моховик, плавно подводя резец к трубе.

3. Концы труб перед сборкой и сваркой, должны быть зачищены до металлического блеска по кромкам и прилегающих к ним наружной и внутренней поверхности на ширину 15-20 мм. Зачистка производится ручной шлиф-машинкой Makita9555.

4. На концах еще не сваренных узлов, нарезается резьба с помощью резбореза Ridgid 1224.

5. Для тонкостенных труб малого диаметра 51-150мм спроектирован центратор «Accu-Fit Clamp», который позволяет ровно и точно соединять и выравнивать трубы. Центратор сделан из высококачественной нержавеющей стали. Зажимные губки центратора работают независимо друг от друга, поэтому обе свариваемые трубы выравниваются относительно центральной оси, имея различные диаметры. Центратор идеально подходит для производства орбитальной сварки. Имеет достаточное количество свободного пространства между зажимами 73 мм и 121 мм.

6. Сборка стыковых соединений осуществляется РДС прихватками с учетом следующих норм (см.таблицу10).

Таблица 10 – Нормы прихваток стыковых труб

Диаметр трубы, мм	До 50мм	Свыше 50-100мм	Свыше 100-426мм
Число прихваток по периметру, шт	1-2	1-3	3-4
Протяженность одной прихватки, мм	5-20	20-30	30-40

Размеры сварного соединения выбираем исходя из толщины детали по данным ГОСТ 5264 (см.таблицу 11)

Таблица 11 Соединение сварных швов по ГОСТ 5264

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы		s = s1	e		g
	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва		Номин.	Пред. откл.	Номин.	Пред. откл.
С17			От 3 до 5	8	± 2	0,5	+ 1,5 - 0,5
			Св. 5 до 8	12

Прихватки выполняют с помощью сварочного выпрямителя ВД-306 на постоянных токах обратной полярности, электродами марки МР-3. Icв-140-160А.

6. Непосредственно сварка труб выполняется полуавтоматом ПДГ-516У3 в среде защитного газа. Режимы сварки Iсв-161А, dпр-1,0мм, Vсв-26м/ч, Uд-23...26В, Vпп-7м/мин.

В качестве защиты зоны сварки применяется двуокись углерода, что увеличивает вылет проволоки и приводит к увеличению массы капель и снижению частоты их перехода в сварочную ванну, сокращаются потери металла на разбрызгивание и снижается привариваемость брызг к металлу, также повышается производительность сварки на 35-40%. Кроме того углекислый газ по сравнению с другими более дешёвый.

Поскольку для получения швов высокого качества необходим углекислый газ высокой чистоты, для сварки используют двуокись углерода высшего и первого сортов. Двуокись углерода не должна содержать сероводород, кислоту, органические соединения, аммиак, ароматические углеводороды. Состав двуокиси углерода (см.таблицу 12).

Таблица 12 – Состав двуокиси углерода ГОСТ 8050

Показатель	Сорт
	Высший	Первый
Объемная доля двуокиси углерода,%	99,8	99,5
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей,%	0,1	0,1
Массовая концентрация водяных паров при нормальных условиях, г/м	0,037	0,184

При сварке в защитном газе происходит повышенное выгорание элементов, входящих состав основного металла, вследствие окисляющего действия кислорода. Чтобы подавить реакции окисления при сварке, в сварочную ванну необходимо ввести раскислители: марганец и кремний, которые восстанавливают образовавшиеся окислы, удаляя, таким образом, кислород из металла и переводя его в шлак. Исходя из этого, при сварке углеродистых сталей применяют кремне-марганцовистые проволоки. Наиболее распространённой из них является проволока марки Св-08Г2С. Химический состав проволоки Св-08Г2С (см.таблицу 13).

Таблица 13 – Химический состав проволоки Св-08Г2С ГОСТ 2246

C	Mn	Si	Cr	Ni	P	S	Cu
До 0,11	до 2,1	до 0,95	до 0,2	до 0,25	до 0,03	до 0,025	до 0,3