Сварка трубопроводов

Таблица 3.24

Техническая характеристика сварочных источников питания постоянного токаг применяемых на трубосварочных базах

*При жестких внешних характеристиках. ** При падающих внешних характеристиках.

Примечания: 1. ВД-306УЗ — выпрямитель с механическим регулированием сварочного тока; 2. ВДУ-1201УЗ — выпрямитель с тиристорной схемой. Вклю­ чение нагрузки и регулирование сварочного тока (напряжения) осуществля­ ются дистанционно.

3.3. СТЫКОВАЯ КОНТАКТНАЯ СВАРКА ТРУБОПРОВОДОВ

3.3.1. Технология и организация стыковой контактной сварки трубопроводов

Контактная сварка широко используется в ма­ шиностроении. Накоплен значительный опыт по использованию контактной сварки при строительстве магистральных трубопрово­ дов, в том числе большого диаметра, с использованием комплексов "Север", ПЛТ и др.

Но в настоящее время стыковая контактная сварка при строи­ тельстве трубопроводов практически не применяется.

Специфические условия строительства трубопроводов требу­ ют нового, по сравнению с машиностроением, подхода к разработ­ ке технологии стыковой сварки оплавлением, при которой удель­ ная потребляемая мощность должна быть не более 0,7 —1 кВт/см2.

При условии модернизации существующих комплексов и тех­ нологии работ за стыковой контактной сваркой трубопроводов большое будущее.

Контактная сварка — это сварка, при которой свариваемые детали нагреваются теплотой, выделяемой проходящим в месте их контакта электрическим током, и сдавливаются (осаживаются). Сварное соединение образуется в результате пластической де­ формации металла в зоне контакта и установления межатомных связей между поверхностями соединяемых деталей. При этом спо­ собе на зажатые в зажимах свариваемые детали подают напряже­ ние, после чего начинают их медленно сближать. При соприкосно­ вении даже ровно обрезанных торцов деталей контакты между ними возникают в отдельных местах по имеющимся микронеров­ ностям [16, 24].

Сущность стыковой сварки оплавлением заключается в том, что наибольшее количество теплоты (в соответствии с законом Джоуля-Ленца) выделяется в контактах при касании деталей. Они нагреваются до температуры плавления, металл вскипает, и кон­ такт взрывается. По мере сближения деталей образуются и взры­ ваются все новые и новые контакты, создающие впечатление не­ прерывного потока искр, вылетающих из зазора. Зазор между сва­

риваемыми деталями называют искровым промежутком, а про­ цесс, во время которого образуются и разрушаются контакты — оплавлением.

Врезультате процесса оплавления детали не только обгорают

иукорачиваются за счет выброса части расплавленного металла при взрыве образующихся контактов, но и прогреваются на неко­ торую глубину. Температура нагрева торцов деталей — важней­ ший параметр процесса, влияющий на формирование соедине­ ния, его структуру и свойства. Для получения качественного свар­ ного соединения нагревают поверхности оплавляемых деталей до температуры плавления, создают на торцах слой расплавленного металла и обеспечивают прогрев деталей в глубину.

После нагрева деталей сварочный трансформатор выключа­ ют, и происходит вторая стадия процесса — образование сварного соединения с требуемыми свойствами в результате установления межатомных связей между свариваемыми деталями.

Процесс осадки состоит из трех этапов: закрытие зазора меж­ ду оплавляемыми торцами, удаление из стыка жидкого окислен­ ного металла и пластическая деформация чистых от оксидов по­ верхностей соединяемых деталей для образования между ними межатомной связи. При этом первые два этапа необходимо прове­ сти быстро, чтобы жидкий металл, и тем более жидкие оксиды, не успели закристаллизоваться. Для низкоуглеродистых и низко­ легированных сталей, из которых в основном изготовляют трубы для магистральных трубопроводов, минимальная скорость осадки 20 —30 мм/с.

Участок металла деталей, подвергающийся в процессе сварки нагреву, пластической деформации и последующему охлажде­ нию, называется зоной термического влияния.

Совокупность контролируемых параметров, определяющих

условия сварки, называется режимом сварки.

Режимы сварки конкретных труб, обеспечивающие доброка­ чественные сварные соединения, рассчитывают на основе взаи­ мосвязи параметров сварки с потребляемой мощностью и с уче­ том полученного в результате оплавления температурного поля в свариваемых трубах.

Поскольку для расчета скорости и времени оплавления в зави­ симости от площади сечения свариваемых труб, припуска на осад­ ку требуется выполнить довольно сложные математические дей­

ствия, для удобства определения указанных параметров можно воспользоваться специальной номограммой (рис. 3.31) [28].

Для предупреждения охлаждения жидкого металла на торцах труб перед осадкой за 7 —15 с до конца процесса оплавления ско­ рость оплавления повышают до 0,8—1,2 мм/с. Этот период назы­ вается форсировкой. С этой же целью в течение 0,1 —0,5 с после подачи команды на осадку процесс осадки проводят без выключе­ ния сварочного трансформатора, т. е. при протекании через сва­ риваемые трубы тока.

Для примера определим режим сварки труб диаметром 325 мм с толщиной стенки 9 мм на установке ПАТ-321 со сварочной маши­ ной К-584М, которая имеет вторичное напряжение U2 = 7 В. По номограмме для площади поперечного сечения трубы 325x9 мм, равной 89,3 см2, определим среднюю скорость оплавления. Для этого сносим отметку на шкале площади, равную 89,3 см2, на шка­ лу v, мм/с и получаем 0,224 мм/с. Время оплавления, определенное по той же номограмме, равно 130 с. Тогда припуск на оплавление

Рис. 3.31. Номограмма для определения скорости, времени оплавления и величины осадки

будет равен /опл = vtonA = 0,22x130 = 29 мм. За 10 с до конца оплав­ ления, т. е. через 120 с после его начала, скорость оплавления по­ вышают до 1 мм/с. За этот период/опл = 1x10 = 10 мм.

По номограмме определим необходимый припуск на осадку. Для этого отметку на шкале времени оплавления tc = 130 с сносим на шкалу /ос и получаем 7,5 мм. Часть этой осадки в течение 0,1 с должна проходить без выключения трансформатора.

Стыковую контактную сварку оплавлением широко использо­ вали при строительстве магистральных трубопроводоя в 1980-е годы. Рассмотрим применявшуюся организацию сварочно-мон­ тажных работ и технологию процесса сварки.

Технология стыковой контактной сварки оплавлением трубо­ проводов независимо от того, применялась ли она на трубосвароч­ ных базах или использовалась при сварке в непрерывную нитку трубопровода, предусматривала следующие основные операции: подготовку труб к сварке; зачистку поверхностей труб под контак­ тные башмаки сварочной машины; центровку труб в сварочной машине; сварку труб, выполняемую автоматически по заданной программе; удаление внутреннего и наружного грата.

Трубосварочную базу, независимо от диаметра свариваемых труб (рис. 3.32), оснащали следующими агрегатами: приемным стеллажом, где трубы, подлежащие сварке, проверяют на соответ­ ствие ГОСТам и ТУ, очищают от грязи, снега, посторонних пред­ метов; зачистной линией для зачистки поверхностей труб под кон­ тактные башмаки сварочной машины; рольгангом для перемеще­ ния труб к сварочной машине и сваренных трубных секций в на­ копитель; сварочной машиной для центровки и сварки труб; внутренним и наружным гратоснимателями; электростанцией для питания сварочного трансформатора и вспомогательного электро­ оборудования. При наличии электрической подстанции необходи­ мой мощности питание трубосварочных баз можно осуществлять от промышленной сети переменного тока напряжением 380 В.

Трубосварочную базу обслуживает трубоукладчик, который разгружает трубовозы и подает трубы на приемный стеллаж, на­ гружает сваренные секции на плетевозы для вывозки на трассу. Базу располагают на площадке, которую при необходимости пла­ нируют бульдозером.

Рольганг размещают так, чтобы трубовозы и плетевозы делали минимальное число разворотов.

ния с трубой 11. В сварочной машине 5 трубы центрируют, а затем сваривают и удаляют наружный грат. По окончании сварки в зону стыка автоматически подается внутренний гратосниматель 6, ко­ торый в горячем состоянии удаляет внутренний грат, после чего сваренная двухтрубная секция перемещается по рольгангу вправо до тех пор, пока ее левый конец не займет положение справа от приемного стеллажа и таким образом освободит место на рольган­ ге для трубы 13. Процесс повторяется, и секция становится трех­ трубной. Сваренная трехтрубная секция выводится рольгангом из сварочной машины, перемещается влево до тех пор, пока ее левый конец не совпадет с левой стороной стеллажа 7 готовых секций и сбрасывателями 4 подается с рольганга на этот стеллаж (позиция V).

Снятие наружного грата на трубах диаметром до 530 мм осу­ ществляется автоматически гратоснимателем, расположенным в сварочной машине, через несколько секунд после окончания процесса сварки. На трубах диаметром более 530 мм снятие наружного грата осуществляется специальными гратоснимателями на готовых трехтрубных секциях на стеллаже готовых секций. Сваренные секции вывозят на трассу, раскладывают вдоль тран­ шеи и затем сваривают в непрерывную нитку трубопровода пере­ движными установками. Передвижные установки для стыковой контактной сварки можно использовать и для сварки отдельных труб в непрерывную нитку трубопровода. Бригада, обслуживаю­ щая передвижные установки при сварке труб диаметром до 530 мм, состоит из сварщика-оператора б-го разряда, помощника оператора 5-го разряда (он же управляет внутренним гратоснима­ телем), оператора зачистной машины 5-го разряда, машиниста электростанции 6-го разряда, трех машинистов трубоукладчиков 6-го разряда, двух слесарей-трубоукладчиков 3-го разряда. При сварке труб диаметром более 530 мм бригаду дополняют еще од­ ним машинистом трубоукладчика 6-го разряда, операторами агре­ гатов зачистки концов труб и снятия наружного грата 5-го разря­ да, электриком 6-го разряда, машинистами бульдозера и тракторатягача 5-го разряда.

Передвижные установки для сварки труб диаметром до 530 мм состоят из подвесного рольганга, закрепленного на крюке грузо­ вой стрелы трубоукладчика. На рольганге последовательно уста­ новлены направляющий ролик, зачистная машина, сварочная ма­ шина, еще один направляющий и прижимной ролик. Внутренний

гратосниматель является автономным агрегатом и находится в свариваемом трубопроводе. Установленные на подвесном роль­ ганге зачистная и сварочная машины имеют индивидуальный привод перемещения вдоль оси трубы для точной установки их на стык.

Привариваемую трубу или секцию подают трубоукладчиком и укладывают на подвесной рольганг таким образом, чтобы торец трубы находился в зоне зачистной машины. При необходимости с помощью индивидуального привода производят точную установ­ ку зачистной машины на стык и его зачистку. Затем трубу с помо­ щью трубоукладчика подают в сварочную машину, центрируют, осуществляют сварку и снятие наружного грата. Сразу после окончания сварки помощник оператора включает двигатель внут­ реннего гратоснимателя и снимает внутренний грат [24].

Передвижные установки для сварки труб диаметром более 530 мм состоят из отдельных автономных агрегатов: сварочной ма­ шины, расположенной внутри трубы и имеющей привод самосто­ ятельного перемещения и гратосниматель для снятия внутреннего грата, электростанции агрегатов для снятия наружного грата и за­ чистки концов труб (рис. 3.33). Трубы или секции труб расклады­ ваются трубоукладчиком 10 вдоль трассы (рис. 3.34). На внутрен­ ней поверхности трубы с двух сторон до металлического блеска аг­ регатом 9 зачищают пояски под контактные башмаки сварочной машины. Трубоукладчиком 8 зачищенную трубу подают к нитке трубопровода, стыкуют и центрируют с ней с помощью сварочной машины 2. Зазор между торцами сцентрированных труб должен

Рис. 3.33. Схема работы передвижных установок для контактной сты­ ковой сварки оплавлением труб большого диаметра:

1 — агрегат для снятия наружного грата; 2 — сварочная машина; 3,8,10 —трубоукладчики; 4 —бульдозер; 5 —кузов саппаратуройуправ­ ления; 6 —электростанция; 7 —трактор-тягач; 9 —агрегат для зачистки концов труб

ние продольного шва внутри трубы на участке 370 мм от торца трубы. В процессе проведения сборочно-сварочных работ контроли­ руют качество центровки свариваемых труб. Смещение кромок при центровке труб допускается до 20 % от толщины стенки трубы, но не более 2 мм, большие смещения приводят к недопустимым смещениям в сваренном стыке. Зазор между торцами сцентрован­ ных труб желательно иметь равномерным и минимальным. Одна­ ко в результате возможной косины торцов соединяемых труб воз­ можно образование неравномерного зазора по периметру, кото­

рый не должен превышать 7 мм.

В процессе сварки на диаграмме самопишущего прибора реги­ стрируют изменение основных параметров процесса. Диаграмма является основным документом, по которому устанавливается со­ ответствие фактического режима сварки заданному соответству­ ющими разделами технологической инструкции и дается общая оценка качества по стыку — годен или не годен. Оператор должен расшифровать полученные диаграммы, сравнить результаты запи­ си с данными режима сварки, приведенными в инструкции, и под­ писать их. На диаграммах должны быть указаны: номер стыка

иклеймо бригадира, толщина стенок свариваемых труб, темпера­ тура окружающего воздуха и дата сварки. Этот вид контроля про­ водят для всех стыков.

После снятия внутреннего и наружного грата контролируют форму получившегося сварного соединения. Стыки, выполнен­ ные стыковой сваркой оплавлением, после снятия внутреннего

инаружного грата должны иметь усиление высотой не более 3 мм. При снятии внутреннего и наружного грата не допускается умень­ шение толщины стенки трубы. Смещение кромок после сварки не должно превышать 25 % от толщины стенки, но не более 3 мм. До­ пускаются местные смещения на 20 % периметра стыка, которые не превышают 30 %толщины стенки, но не более 4 мм. Этому виду контроля подвергают 100 % стыков. Проверку осуществляют с по­ мощью специальной линейки. Результаты контроля и заключение по обмеру стыков составляют по специальной форме, которая приводится в технологической инструкции. При контроле каче­ ства удаления внутреннего грата проверяют 100 %стыков, сварен­ ных в течение первой смены после запуска установки в работу (но не менее 10 стыков) и при изменении режима сварки. Эту провер­ ку осуществляют также с помощью специальной линейки или ме­