Сварка трубопроводов

порошкового сердечника. Сердечник представляет собой смесь порошков минералов, руд, ферросплавов и металлических порош­ ков. Используя в металлургическом процессе при сварке такую смесь, защищают металл сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, раскисляют и легируют металл шва, получают легкоудаляемый шлак, в результате образуется высококачественный шов. Сварку порошковой проволокой производят открытой дугой, под флюсом или в защитных газах.

Для получения более широкого слоя наплавленного металла и увеличения производительности наплавки вместо порошковой проволоки применяют порошковую ленту (рис. 4.3). Ее можно сво­ рачивать в рулоны, использовать для наплавки автоматами, снаб­ женными специальными устройствами для подачи ленточных электродов.

Широкое распространение получили проволоки, не требую­ щие при сварке дополнительной защиты (самозащитные), и про­ волоки, используемые с газовой защитой зоны сварки (газозащит­ ные). Благодаря высокой производительности и низкой чувстви­ тельности к внешним условиям сварка порошковой проволокой часто применяется при изготовлении и монтаже строительных конструкций на строительно-монтажной площадке. Наибольшее применение получили проволоки малого диаметра (1,6 —2,4 мм)

Рис. 4.3. Схема изготовления порошковой ленты:

а — отбортовка нижней ленты; б — заполнение порошком и укладка верхней ленты; в —завальцовка кромок нижней ленты; г —выдавлива­ ние углублений для уплотнения порошка и придания гибкости порошко­ вой ленте

марок ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН7, ПН-АНН, ПП-1, ДСК, ПП2ДСК и др. Они позволяют получить сварные швы с высокими ме­ ханическими свойствами.

Разработан и успешно применяется способ сварки самозащитной проволокой, т. е. сплошной легированной проволокой без защитной среды (открытой дугой). Металл специальных электрод­ ных проволок, применяемых для этого способа, содержит раскис­ ляющие и стабилизирующие элементы. При сварке происходит компенсация выгорания марганца и кремния за счет повышенного содержания их в металле проволоки. Имеющиеся в электродной проволоке алюминий, титан, цирконий и церий обеспечивают хорошее раскисление сварочной ванны, образуя соединение, переходящее в шлак. Кроме того, эти элементы связывают азот, нейтрализуя его вредное действие на пластичность и вязкость ме­ талла. Введение церия и циркония повышает ударную вязкость и пластичность металла шва. Они также способствуют устойчиво­ сти процесса сварки и уменьшению разбрызгивания металла. Этим способом можно производить сварку в углекислом газе по­ стоянным током прямой полярности, что позволяет значительно повысить коэффициент наплавки и производительности сварки. Для этого способа применяют проволоки марок Св-20ГСТЮА и Св-15ГСТЮА.

Входной контроль сварочной проволоки производят в соответ­ ствии с требованиями ГОСТ 2246 —70. Проволоку поставляют свернутой в мотки диаметром 200 —500 мм. Каждый моток перевя­ зывают мягкой проволокой не менее чем в трех местах. На каж­ дый моток проволоки крепят металлическую бирку с указанием завода-изготовителя, условного обозначения проволоки, номера партии. Моток заворачивают в непромокаемый материал. Кал^дая партия проволоки состоит из проволоки одной марки, плавки, диа­ метра, назначения и одного вида поверхности. При приемке партии проволоки контролируют:

1.Наличие сертификатов соответствия.

2.Внешний вид поверхности. Поверхность проволоки должна быть чистой, гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, ра­

ковин, забоин, окалины, масла и других видов загрязнений. по­ верхности проволоки допускаются риски, царапины, местная рябь и отдельные вмятины. Глубина указанных дефектов не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки.

3. Диаметр проволоки с точностью до 0,01 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Предельное отклонение диа­ метра проволоки составляет:

4.Химический состав.

4.2.МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОДЫ

Металлические электроды для дуговой сварки изготовляют следующих размеров:

Таблица 4.2

По качеству электроды подразделяют на три группы [1, 12]. До начала производства основных сварочно-монтажных работ

на трассе трубопровода службами производственно-технической комплектации и технического надзора проводится входной конт­ роль сварочных электродов.

Технические требования к электродам определены в ГОСТ 9466-75, ГОСТ 9467-75. Электроды поставляются завер­ нутыми в водонепроницаемую бумагу, полиэтиленовую пленку или упакованными в пачки или картонные и вакуумные коробки массой 3 —8 кг. Электроды поставляют партиями, состоящими из электродов одной марки , одного диаметра и изготовленных по од­ ной технологии.

При входном контроле партии электродов контролируют:

1.Наличие сертификатов соответствия.

2.Целостность упаковки.

3.Внешний вид покрытия электрода. На одном электроде до­

пускается:

наличие пор — не более трех на длине 100 мм, при этом диа­ метр пор не должен превышать 2 мм, а глубина — половины тол­ щины покрытия;

наличие волосяных трещин — не более двух, при этом длина каждой трещины не более 12 мм;

местные вмятины — не более трех, длина вмятины не более 12 мм, глубина — не более половины толщины покрытия;

продольные риски и отдельные задиры глубиной не более 0,25 толщины покрытия и суммарной длины не более 25 мм.

4.Адгезию электродного покрытия. Адгезию проверяют мето­ дом падения. Покрытие не должно разрушаться при свободном па­ дении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты 1 м для 5 < 4 и 0,5 м для 5 > 4 мм. Допускается частичное откалывание покрытия общей длиной не более 5 % длины покрытой части элект­ рода.

5.Концентричность электродного покрытия. Концентрич­ ность проверяют микрометром в трех местах, смещенных относи­ тельно друг друга на 50—100 мм по длине электрода и на 120 градусов

по окружности. Концентричность — разность толщин покрытия ■— не должна превышать 0,08 мм при d = 2 мм; 0,15 мм — при d = 3 мм; 0,2 мм — при d = 4 мм.

6.Отсутствие ржавчины на стержне электрода.

7.Сварочно-технологические свойства: легкость возбуждения

истабильность горения дуги; равномерность плавления обмазки

истержня без образования козырьков и отваливания кусков; лег­ кость удаления шлака; отсутствие трещин, надрывов и пор в свар­ ном шве.

Качество поверхности покрытия контролируют визуально, без применения увеличительных приборов. Длину электрода, раз­ меры поверхностных дефектов определяют штангенглубиномере. ми, штангенциркулями, линейками с погрешностью не более 0,1 мм.

На каждой пачке имеется этикетка, содержащая наименова­ ние завода-изготовителя, условное обозначение электрода, о§-

ласть применения, режимы сварки, обработки и механические по­ казатели сварного шва, свойства наплавленного металла и коэф­ фициент наплавки.

Электроды, изготовленные по ГОСТ, обеспечивают устойчи­ вое горение дуги и спокойное равномерное плавление покрытия. Шлак ровным слоем покрывает наплавляемый металл и легко уда­ ляется после остывания. Трещины, газовые поры и шлаковые включения в сварном шве не образуются. Химический состав ме­ талла шва и допустимое содержание серы и фосфора указывают в паспорте электрода. Содержание серы и фосфора в металле сварного шва при сварке низкоуглеродистых и низколегирован­ ных сталей должно быть не более 0,05 %, при сварке легированных сталей повышенной прочности — не более 0,04 %. Сварные швы высоколегированных сталей должны содержать не более 0,025 % серы и 0,03 % фосфора.

Для сварки углеродистых и низколегированных конструкци­ онных сталей предусмотрены девять типов электродов: Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60; для сварки легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности пять типов: Э70, Э85, Э100, Э125, Э150. Кроме того, предусмотрены де­ вять типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей.

Тип электрода обозначается буквой Э и цифрой, указываю­ щей гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм2. Буква А в обозначении указывает, что металл шва, наплавленный этим электродом, имеет повышенные пластические свойства. Та­ кие электроды применяют при сварке наиболее ответственных швов. Для изготовления стержней большинства электродов, пред­ назначенных для сварки углеродистых и легированных конструк­ ционных сталей, применяют проволоку марок Св-08 и Св-08А.

Тип электрода выбирают исходя из условия обеспечения равнопрочности сварного шва и основного металла. Характеристика металла сварного шва, выполненного электродами различных типов, приведена в табл. 4.3, 4.4.

Каждому типу электрода соответствует несколько марок элек­ тродов. Например, типу Э42 соответствуют электроды ОМА-2, АНО-б, МЭЗ-04 и др. Марка электрода — это его промышленное обозначение, как правило, характеризующее стержень и покрытие.

Электродные покрытия делят на две группы: тонкие (стабили­ зирующие и ионизирующие) и толстые (качественные). Назначе-

Механические свойства металлов шва, наплавленного при дуговой сварке металлическими электродами для конструкционных сталей

ние тонкого покрытия — облегчить возбуждение дуги и стабили­ зировать ее горение. Для этого покрытие составляют из вещества, атомы и молекулы которого обладают низким потенциалом иони­ зации, т. е. легко ионизируются в воздушном промежутке дуги. Такими веществами являются калий, натрий, кальций, барий, ли­ тий, стронций и др. Они применяются, как правило, в виде угле­ кислых солей: мел (СаСОэ), поташ (КСОэ), углекислый барий (ВаСОэ) и др. В качестве связующего вещества применяют жидкое стекло, представляющее собой силикат натрия. Покрытие наносят на стержень электрода слоем 0,1 —0,25 мм, что составляет 1,5 —2% от массы электрода. Тонкое покрытие не создает защиты для рас­ плавленного металла шва, и поэтому при сварке происходит окис­ ление и азотирование наплавленного металла. Шов получается хрупкий, пористый, с различными неметаллическими включения­ ми. Поэтому электроды с тонким покрытием используют при вы­ полнении неответственных сварных швов.

Таблица 4.4

Механические свойства металлов шва, наплавленного при дуговой сварке металлическими электродами для легированных теплоустойчивых сталей

Примечания: 1. В таблице даны механические свойства металла после терми­ ческой обработки по режимам, регламентированным техническими условия­ ми или паспортами на электроды конкретных марок. 2. Механические свой­ ства соединений, сваренных электродами, диаметр которых меньше 3 мм, должны соответствовать техническим условиям и паспортам на электроды конкретных марок.

Материалы, используемые для изготовления электродных по­ крытий, должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов или ТУ (приложение 1, табл. П1.2.).

Наиболее простым тонким покрытием является меловое. Оно состоит из мелкопросеянного чистого мела, разведенного на жид­ ком стекле. На 100 массовых частей мела берут 25 —30 массовых частей жидкого стекла и полученную смесь размешивают в воде до сметанообразного состояния. Электродные стержни окунают в этот раствор и сушат при комнатной температуре или в сушиль­ ных шкафах при температуре 30 —40 °С. Такие электроды дают при сварке швы очень низкого качества и поэтому применяются очень редко. Более качественные сварные швы дают электроды с тонким покрытием марок К-3 и А-1. Основной составляющей этих покрытий является титановый концентрат. Покрытие К-3 содержит 57,8 % титанового концентрата и 42,2 % марганцевой руды, а жидкое стекло составляет 25 —35 % к массе концентрата и руды. Покрытие А-1 содержит 86,6 % титанового концентрата,

10,2 % марганцевой руды и 3,2 %калиевой селитры. Жидкое стек­ ло берут в количестве 30 —35% к массе остальных компонентов. При сварке тонкостенных изделий хорошие результаты дает по­ крытие МТ, состоящее из 62 % титанового концентрата, 31 % поле­ вого шпата и 7 % хромовокислого калия. Жидкое стекло составля­ ет 30 % к массе остальных компонентов. Кроме этих покрытий применяют и ряд других, имеющих различные назначения.

Электроды с толстым покрытием применяют для получения сварных соединений высокого качества, поэтому эти покрытия называют качественными. Качественное покрытие выполняет следующие функции: обеспечивает устойчивое горение дуги, защищает расплавленный металл шва от воздействия кислорода и азота воздуха, раскисляет в металле шва оксиды и удаляет невосстанавливаемые оксиды в шлак, изменяет состав наплавляемого металла вводом в него легирующих примесей, удаляет серу и фос­ фор из расплавленного металла шва, образует шлаковую корку над металлом шва, замедляет его охлаждение и тем самым способ­ ствует выходу газов и неметаллических включений на поверх­ ность металла шва.

Теория сварочных процессов дает возможность точно рассчи­ тать состав электродных покрытий в зависимости от состава сва­ риваемого металла и требований, предъявляемых к сварочному шву. Для выполнения перечисленных выше функций электродное качественное покрытие должно содержать следующие компоненты:

ионизирующие вещества для снижения эффективного потен­ циала ионизации, что обеспечивает стабильное горение дуги. В ка­ честве ионизирующих компонентов в покрытия вводят такие вещества, как мел, мрамор, поташ, полевой шпат и др.;

газообразующие вещества, которые при сварке разлагаются или сгорают, выделяя большое количество газов, создающих в зоне дуги газовую оболочку. Благодаря этой оболочке металл шва предохраняется от воздействия атмосферного кислорода и азота. Такими газообразующими веществами являются крахмал, древесная мука, целлюлоза и др.;

раскисляющие вещества, которые обладают большим срод­ ством к кислороду и поэтому восстанавливают металл шва. Раскислителями служат ферросплавы, алюминий, графит и др.;

шлакообразующие вещества, создающие шлаковую защиту расплавленного металла шва, а также капель электродного метал-

да, проходящих через дуговой промежуток. Кроме того, шлаки ак­ тивно участвуют в металлургических процессах при сварке и спо­ собствуют получению качественного шва. В качестве шлакообра­ зующих веществ применяют полевой шпат, кварц, мрамор, рутил, марганцевую руду и др.;

легирующие вещества, которые в процессе сварки переходят из покрытия в металл шва и легируют его для придания тех или иных физико-механических качеств. Хорошими легирующими веществами являются ферромарганец, ферросилиций, ферро­ хром, ферротитан. Реже применяют различные оксиды металлов (меди, хрома и др.);

связующие вещества, предназначенные для замеса всех ком­ понентов покрытия в виде пасты, а также для связывания пасты на сердечнике электрода и придания определенной прочности после высыхания покрытия. Таким веществом является жидкое стекло. Реже применяется декстрин. По видам покрытия электро­ ды подразделяют: с кислым покрытием — условное обозначение А;

срутиловым — Р; с целлюлозным — Ц; с основным — Б; с покры­ тием смешанного типа — двойное обозначение (например, АЦ);

спрочими видами покрытий — П.

Кислые покрытия (АНО-1, СМ-5) содержат руды в виде окси­ дов железа и марганца. При плавлении они выделяют кислород, способный окислить металл ванны и легирующие примеси. Для ослабления действия кислорода в покрытие вводят раскислители в виде ферросплавов. Однако наплавленный металл имеет относи­ тельно малые вязкость и пластичность, пониженное содержание легирующих примесей.

Рутиловые покрытия (АНО-3, АНО-4, МР-3, ОЗС-4) имеют ос­ новным компонентом рутил (ТЮ2 — диоксид титана). Шлакообра­ зующими служат рутил, а также полевой шпат, магнезит и др. В качестве раскислителя и легирующего компонента применяют ферромарганец.

Целлюлозные покрытия (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОМА-2) содержат главным образом органические компоненты в качестве газообра­ зующих и связующих веществ. В качестве раскислителей введены ферромарганец, ферросилиций.

Основные покрытия (УОНИ-13, ДСК-50) составлены на осно­ ве плавикового шпата (CaF) и мрамора (карбонат кальция СаСОэ). Отсутствие в составе этого покрытия оксидов железа и марганца

позволяет широко легировать наплавляемый металл. При сварке можно получить металл шва заранее заданного химического со­ става с хорошими механическими свойствами. В качестве раскислителей покрытие содержит ферротитан, ферромарганец и фер­ росилиций.

Составы покрытий приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Составы наиболее распространенных видов электродных покрытий

производи­

тельный

Условное обозначение электродов включает марку электрода, диаметр стержня, группу по качеству и номер ГОСТ (рис. 4.4),

Электроды покрытые металлические для сварки и наплавки сталей классифицируют следующим образом.

По назначению:

для сварки углеродистых и низколегированных конструкци­ онных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 МПа — У (условное обозначение);

для сварки легированных конструкционных сталей с времен­ ным сопротивлением разрыву более 600 МПа — Л;

для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т;