Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

Таблица 3.20

Значения удельных сопротивлений грунта резанию и копанию, МПа

209

Продолжение табл.3.20

3.7. Сварочно-монтажные работы

Сварочно-монтажные работы в значительной степени определяют конечное качество сооружения, его эксплуатационную надежность. Во многих странах мира, в т.ч. в России, применяется двухстадийная схема выполнения сварочных работ: на первой стадии отдельные трубы с заводской длиной 12 м и менее на полустационарных трубосварочных базах сваривают с поворотом в 24-, 36- и даже 48-метровые секции. На второй стадии из этих вывезенных на трассу длинномерных секций сваривается непрерывная нитка трубопровода.

Разнообразие условий строительства трубопроводов определяет применение различных методов сварки в их сочетании. Поэтому наряду с дуговыми методами сварки успешно развивается и электроконтактная сварка, используется в промышленных масштабах принудительное формирование шва как средство повышения производительности сварки плавлением неповоротных стыков. При этом в качестве сварочного материала применена самозащитная порошковая проволока.

Развитие механизированной сварки, которая в сочетании с совершенствованием геометрии свариваемых труб обеспечивает высокую стабильность технологических программ и высокое качество сварных соединений, не исключает применения ручной дуговой сварки трубопроводов,

втом числе при выполнении так называемых специальных работ. К таким работам относится сварка крановых узлов, криволинейных участков, захлестов, катушек и других особо ответственных сварных соединений, при подготовке которых зачастую используют термическую резку кромок в процессе их подгонки.

Сборка и сварка труб на трубосварочной базе охватывает комплекс работ,

вкоторый входят следующие трудовые процессы:

•подготовка и обработка торцов труб для автоматической сварки;

•сборка и двухсторонняя автоматическая сварка под флюсом трехтрубных секций.

210

Сборка и сварка секций труб на трассе выполняется, как правило, поточнорасчлененным методом и охватывает комплекс работ, в который входят следующие трудовые процессы:

•подготовка стыков секций труб к сборке и сварке;

•сборка и сварка корневого слоя шва;

•сварка второго слоя шва – «горячего» прохода;

•сварка заполняющего и облицовочного слоев шва.

Сварка секций труб на трассе поточно-расчлененным методом осуществляется в три технологических этапа:

I этап – подготовка стыков секций труб к сборке и сварке.

Всостав работ входят: правка или обрезка дефектных кромок стыков; очистка внутренней полости секций; зачистка кромок стыков; выкладка секций труб вдоль трассы для центровки.

II этап – сварка первого (корневого) и второго («горячего» прохода) слоев шва.

Всостав работ входят: центровка стыка и установка зазора; предварительный подогрев кромок стыков секций; сварка корневого слоя шва и «горячего» прохода.

III этап – сварка заполняющего и облицовочного слоев шва.

необходимо выбрать оптимальный способ сварки, оборудование для сварки, сварочные материалы, конструктивный тип соединения и форму разделки кромок, режима сварки, методы и нормы контроля сварных швов, предусмотреть мероприятия по предупреждению или уменьшению сварочных деформаций, при этом можно рассчитывать все или только отдельные промежуточные и выходные характеристики:

•температуру и скорость охлаждения металла шва и зоны термического влияния, длительность его выдержки;

•долевое участие основного металла в формировании шва;

•химический состав металла шва для всех легирующих элементов;

•геометрические размеры шва – глубину проплавления, ширину, высоту усиления; коэффициенты формы провара и валика;

•механические свойства металла шва: предел прочности , предел текучести; относительное удлинение, относительное поперечное сужение; ударную вязкость.

Внастоящее время строгое математическое обоснование имеют только формулы по расчету процессов нагрева и охлаждения металла при сварке. Остальные параметры режима сварки выбирают по различным экспериментальным зависимостям, представленным в виде таблиц и номограмм.

211

3.7.1.1. Ручная электродуговая сварка

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной электродуговой сварке – это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжения дуги, площадь поперечного сечения шва, выполненного за один проход дуги, число проходов и др.

Последовательность расчета режимов и размеров шва такова. 1.Назначаем диаметр электрода (табл.3.21) [3]

Таблица 3.21

Зависимость диаметра электрода от толщины стенки детали

где F1– площадь поперечного сечения первого слоя, равная (6–8) dэ, мм2; Fn – площадь сечения последующих слоев, равная (8–12) dэ, мм2.

При сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (рис.3.23) рассчитывают по формуле:

где α – угол разделки кромок; b – зазор между кромками труб; δ – толщина стенки трубы; hу1 – высота усиления шва; с – притупление кромок; hу11 – высота усиления подварочного шва.

212

почти до нуля и после возбуждения дуги поддерживается в пределах 15-30 В в зависимости от длины дуги и марки электрода.

3.7.1.2. Механизированная электродуговая сварка

Основными параметрами режима механизированной сварки под флюсом и в защитных газах, оказывающие существенное влияние на размеры и форму шва являются: сила сварочного тока, плотность тока в электроде, напряжение дуги, скорость сварки, химический состав и грануляция флюса, род тока и его полярность.

Порядок расчета режима сварки двусторонних швов стыковых соединений следующий.

1.Устанавливают требуемую глубину провара при сварке с одной стороны:

где k – величина перекрытия слоев, k= 2–3 мм.

2.Выбирают силу сварочного тока, обеспечивающую заданную глубину проплавления:

где Н – необходимая глубина провара при сварке с одной стороны, мм;

kh – коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от условий проведения сварки (табл. 3.23).

3.Выбирают диаметр электродной проволоки

где j – допустимая плотность тока, при автоматической сварке стыковых швов без скоса кромок зависит от диаметра электрода (табл.3.24).

4.При выборе скорости сварки можно воспользоваться формулой:

214

Таблица 3.23

Значения kh в зависимости от условий сварки

215

Таблица 3.24

Значения j в зависимости от диаметра электрода

Экспериментально установлено, что для получения швов требуемой формы, обладающих высокой технологической прочностью, значения А в формуле (3.68) следует принимать по табл. 3.25.

Таблица 3.25

Значения А в зависимости от диаметра электрода

3.7.1.3. Электроконтактная сварка

Расчет оптимальных режимов сварки и конструктивных параметров установок для электроконтактной сварки оплавлением (ЭКСО) [75; 90; 108; 135] начинают с выбора мощности электростанции, питающей сварочный трансформатор. Мощность электростанции потребляется сварочным трансформатором, гидроприводом и другими вспомогательными агрегатами

где Nсв – мощность, потребляемая сварочным трансформатором, кВт, равная

где k = 1,28 – коэффициент, учитывающий случайные перегрузки при сварке; F - площадь сечения свариваемой трубы, см2, равная

216

η = 0,95 коэффициент полезного действия электростанции.

Для дальнейшего расчета необходимо задаться напряжением на вторичной обмотке сварочного трансформатора U2 или сопротивлением сварочного трансформатора при коротком замыкании. Исходя из практического опыта ЭКСО, вторичное напряжение U2 выбирают в пределах от 5 до 8 В. При этом большие значения вторичного напряжения относятся к большим сечениям трубы (свыше 20000 мм2). Тогда максимально допустимое сопротивление сварочного трансформатора при коротком замыкании [75]:

оплавлении оно изменяется. В первом приближении для начала процесса его можно считать постоянным и для углеродистой стали при температуре +20°С равным ρ =17· 10-6 Ом·см.

Среднюю скорость оплавления определяют из выражения:

Исходя из потребляемой мощности, вторичного напряжения и коэффициента мощности определяем ток во вторичной обмотке

Для определения тока в первичной обмотке трансформатора найдем предварительно коэффициент трансформации:

где U1=380 В – напряжение в первичной обмотке трансформатора. Тогда первичный ток в процессе оплавления

217

Минимальное время оплавления, необходимое для достижения в стыке перед осадкой температуры плавления металла и покрытия каждого из сваренных торцов жидкой пленкой металла толщиной, равной 1,0 мм, можно найти по формуле:

где τs – время достижения температуры плавления в стыке, с; τж – время,

необходимое для образования на оплавляемых торцах жидкой пленки металла толщиной 1 мм, принимается τж = 10 с.

Для условий ЭКСО трубопроводов большого диаметра на машинах с трансформатором, имеющим малое сопротивление при коротком замыкании (15-30 мкОм), время, необходимое для достижения температуры плавления в стыке определяют по эмпирической формуле [75]:

Величину оплавления определим из зависимости:

Расход электроэнергии W1 (квт·ч) для сварки одного стыка найдем из произведения мощности, потребляемой в процессе оплавления на время оплавления

Расход электроэнергии W11 (кВт·ч) на привод маслонасоса и компрессора за этот период времени

где Νпр – мощность привода механизма осадки, кВт:

Р – усилие осадки, Н:

m – заданное удельное давление в стыке, рекомендуется значение m выбирать в пределах 40 –60 МПа;

η2– коэффициент полезного действия привода осадки, принимается

η2=0,95.

218