Тема 4 сварка и термообработка
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Наиболее распространенным способом сварки при монтаже и ремонте оборудования электростанций является ручная электродуговая сваркаплавящимся электродом с защитным покрытием. Этим методом свариваются трубопроводы высокого и низкого давления, трубы котлов, циркуляционные водоводы и различные резервуары из листовой стали, опорные конструкции, лестницы, площадки. При ручной дуговой сварке металлическим электродом источником нагрева является электрическая дуга, горящая между торцом электрода и изделием. Электродуговая ручная сварка позволяет выполнять швы во всех пространственных положениях.
Основными недостатками ручной электродуговой сварки являются относительно невысокая производительность и неоднородность сварного шва по длине. Качество шва в большой степени зависит от квалификации сварщика. Этих недостатков лишена автоматическая сварка под слоем флюса. При автоматической сварке образование сварного шва происходит под слоем флюса – крупногранулированного порошка, обеспечивающего защиту металла ванны от кислорода и азота, содержащихся в воздухе. Дуга утоплена под слоем флюса толщиной 50 – 60 мм и горит в газовом пузыре, который образуется в результате горения дуги. При автоматической сварке происходит глубокое проплавление основного металла. Высокое качество металла шва обеспечивается благодаря тому, что дуга горит в газовом пузыре между электродом и изделием в условиях полной изоляции от атмосферного воздуха. Возникает возможность повысить силу тока и производительность по сравнению с ручной электродуговой сваркой.
Ручная и автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом позволяет получить сварные соединения высокого качества при сварке углеродистых и легированных сталей. Аргонодуговая сварка обеспечивает полный провар корня шва с хорошим формированием обратного валика при сварке неповоротных сварных стыков. Зона термического влияния при этом способе сварки минимальная. Легирующие элементы почти не выгорают. Практически отсутствуют шлаковые включения. После формирования корня шва аргонодуговой сваркой последующее заполнение разделки осуществляется ручной электродуговой сваркой.
Ацетилено-кислородную газовую сваркуприменяют в основном при сварке трубопроводов, малых и средних диаметров (до 100 мм). Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок соединяемых деталей до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки, получаемом при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Газовая сварка обладает следующими преимуществами: сравнительно проста, имеется возможность получения сварных соединений в труднодоступных местах, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла. К недостаткам газовой сварки относятся меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке.
Сварные соединения трубопроводов, поверхностей нагрева могут подвергаться термической обработкес целью снятия остаточных напряжений, повышения пластичности и получения структуры, обеспечивающей высокую эксплуатационную надежность. Термообработка сварных соединений труб производится индукционным способом токами промышленной (50 Гц) и повышенной (до 8000 Гц) частоты, а также радиационным способом – электронагревателями сопротивления и газопламенными горелками. Основным способом нагрева при термообработке стыков трубопроводов диаметром 108 мм и более со стенкой толщиной свыше 10 мм является индукционный нагрев током промышленной и повышенной частоты. Термообработку сварных соединений радиационным способом с помощью гибких проволочных нагревателей и муфельных печей сопротивления можно применять при толщине стенок труб не более 60 мм, а газопламенным способом – не более 45 мм. Температура сварного соединения во время термообработки контролируется термоэлектрическими преобразователями с автоматическими самопишущими потенциометрами. Требования к термообработке сварных соединений изложены в РД 153-34.1-003-01 "Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования".
В сварных соединениях могут быть следующие дефекты: подрезы, непровары, несплавления, наплавы.
Подрезыпредставляют собой уменьшение толщины основного металла в месте перехода к направленному металлу. Получается при сварке горелкой большой мощности и выплавлении основного металла. Подрез является опасным местом, в котором прочность сварного соединения понижается.
Непроваринесплавленияобразуется из-за недостаточного плавления основного металла с металлом шва. Причина заключается в недостаточной мощности пламени, неполном прогреве кромок.
Наплывыобразуются в результате очень быстрого расплавления присадочного металла и натекании жидкого металла на недостаточно нагретую поверхность основного металла кромок шва. Этот дефект может сопровождаться скрытыми непроварами кромок, поэтому наплавы надо срубать, а место непровара подваривать.
Мероприятия по контролю качества сварных соединений включают в себя внешний осмотр; механические испытания образцов; испытания твердости металла; стилоскопирование металла шва; металлогафическое исследование; радиографическая, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия; гидравлические испытания.
Внешний осмотробязателен при проверке всех сварных швов. При осмотре обращают внимание на соответствие размеров шва проекту, отсутствие изломов, подрезов, непроваров, прожогов, трещин на поверхности металла шва и околошовной зоны. Для проведения внешнего осмотра поверхности сварного шва и прилегающей к нему основному металлу полоса шириной по 20 мм в обе стороны от шва должны быть очищена от шлака и других загрязнений до металлического блеска.
Механические испытанияпроводятся на металле сварных стыковых соединений с целью проверки соответствия их прочности и пластичности требованиям технических условий на изготовление изделий. Они включают в себя испытания на растяжение, на изгиб или сплющивание и испытания на ударную вязкость.
Испытание твердости металлашва производится с целью проверить качество термообработки сварных соединений. Испытанию подвергаются все сварные соединения, выполненные всеми видами дуговой и газовой сварки на трубах из перлитных и мартенситно-ферритной сталей с использованием соответствующих легированных присадочных материалов и подвергнутые термообработке. Твердость металла шва измеряется переносными твердомерами на зачищенных до металлического блеска участках его поверхности.
Стилоскопирование– качественный спектральный анализ на наличие легирующих элементов, которому подвергаются все элементы котла и трубопроводов, изготовленные из легированной стали, а также наплавленный металл сварных соединений этих элементов. Стилоскопирование металла шва выполняется до термообработки сварных соединений на зачищенных до металлического блеска участках (площадках) поверхности шва.
Металлографическому исследованиюподвергаются стыковые, тавровые и угловые сварные соединения, соединения шипов и ребер с трубами для выявления внутренних дефектов и участков структуры (непровары, трещины, поры, шлаковые включения), которые могут отрицательно влиять на свойства сварных соединений, а также для выявления микроструктуры металла. Образец для металлографического исследования вырезают из сварного соединения поперек оси шва. Образец должен включать в себя шов и зону термического влияния.
Рентгенографическая дефектоскопияоснована на применении рентгеновских и гамм-лучей для контроля стыковых сварных соединений барабанов и камер, а также соединений труб поверхностей нагрева, стыковых сварных соединений литых элементов с трубопроводами и между собой. Просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами можно определить внутренние дефекты сварных соединений: раковины, поры, шлаковые включения, трещины и непровары. Для просвечивания металлов сварных соединений применяются радиоактивные изотопы кобальта и цезия. Небольшие трещины и непровары лучше всего выявляются ультразвуком.
Ультразвуковой контрольприменяют при проверке стыков сварных барабанов, камер, трубопроводов и поверхностей нагрева. Этот метод основан на отражении ультразвуковых волн от дефектов сварного шва.
Магнитная дефектоскопияприменяется при контроле барабанов котлов на наличие трещин, при контроле литья арматуры, литых колен и пр. В основе метода магнитной дефектоскопии лежит рассеяние магнитных силовых линий около трещин, раковин и неметаллических включений в ферромагнитных сталях. Этот метод хорошо выявляет даже очень мелкие трещины, волосовины и надрывы, если они расположены на поверхности или на глубине до 10 – 12 мм. Чувствительность метода резко снижается по мере удаления от поверхности.
Все сварные соединения котлов и трубопроводов пара и горячей воды, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России проверяют на прочность и плотность гидравлическим испытанием. Пробное давление, технология проведения и оценка результатов гидравлического испытания устанавливаются соответствующими правилами Госгортехнадзора России. Величина пробного давления, если на это нет указаний в документах СНиП, должна быть равна 1,25 рабочего (избыточного), но не менее 0,2 МПа (2 кгс/см2). Результаты гидравлического испытания считаются удовлетворительными, если манометр не показывает падение давления, а в сварных швах не обнаружено течи, "слезок" и "потения" и изделие не получило видимых остаточных деформаций.
Для организации сварочного производства составляется технологическая карта сварки. В карте выбирается марка электрода, дается эскиз расположения швов, их размеры, режим сварки и другие сведения, необходимые для правильного ведения процесса.
ЗАДАЧА
На основе руководящего документа РД 153-34.1-003-01 "Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования" (РТМ-1с) заполнить технологическую карту сварки (таблица 4.1).
Таблица 4.1