книги из ГПНТБ / Лившиц Л.С. Сварка легированных сталей на монтажных работах в строительстве

регулировать ее. Нельзя также нагревать изделия с большой поверхностью или большой протяженностью швов. Правда, в этом случае можно прибегнуть к одновременному нагреву несколькими горелками, но это также не гарантирует равномер­ ности распределения температуры на нагреваемой поверхности.

нагревом до 850—950°. Подогреву перед сваркой горелками мо­

гут подвергаться практически любые по форме и размерам изде­ лия. Увеличение размеров и толщины подогреваемого изделия может потребовать лишь применения не одной, а нескольких горелок, а также непрерывного подогрева с небольшим опере­

жением движения сварочного электрода или электродной про­ волоки.

Нормализацию сварных соединений с нагревом пламенем сварочной горелки можно производить для очень небольших

изделий, как правило, для стыков труб небольшого диаметра (до 100 мм). В этом случае удобно пользоваться приспособле­ нием, приведенным на рис. 53, которое обеспечивает повышение равномерности нагрева стыка по периметру.

Мосэнергомонтаж Министерства строительства электростан­

ций СССР разработал и применил на практике работающую на пропано-бутановой смеси газовую кольцевую горелку (рис. 54),

которая может также работать и на природном газе. Горелка предназначена для термической обработки труб большого диа­ метра, с большой толщиной стенки (15—20 мм и даже более). Установка горелки на стыке, центровка и крепление производят­ ся специальными винтовыми фиксаторами. Горелка состоит из двух частей с большим количеством завальцованных на внутрен­

ней поверхности сопел; она снабжена системой подачи газа и

воздуха, смешения их и распределения по соплам.

Такая многосопловая кольцевая горелка (особенно, если тор­

цовые промежутки с трубой закрыты асбестом) представляет

134

собой газовую печь, аналогичную тем, которые применяются в

заводских условиях для термообработки. Температура и интен­ сивность нагрева могут регулироваться подачей газа. Такая

горелка при необходимом наблюдении за процессом и контроле за температурой может применяться и для операции высокого отпуска сварных соединений.

Рис. 54. Газовая кольцевая горелка для нагрева стыков труб при тер­ мообработке (конструкция Мосэнергомонтажа)

Нагрев обрабатываемого участка переносными печами элек­

тросопротивления используется только для стыковых соединений

Питание печей производится через обычные сварочные тран­ сформаторы типа СТЭ-23 и СТЭ-34. Для печей № 1 и 2 подклю­ чение производится к одному трансформатору, для печей № 3 и 4, имеющих более высокую мощность, — к двум параллельно подключенным трансформаторам. Нагрев по достижении в печи требуемой температуры регулируется либо при помощи вклю­ ченного последовательно в цепь сварочного дросселя, либо без дросселя периодическим выключением и включением печи ру­ бильником или магнитным пускателем.

135

Таблица 53

Техническая характеристика печей конструкции А. С. Молчанова для нагрева стыков труб разных диаметров [39]

Рис. 55. Съемная муфельная печь конструкции А. С. Молчанова для термо­ обработки стыков труб [39]

/ керамика; 2 — стальной корпус; 3—-теплоизоляция; 4 — асбестовый лист; 5 — под­ вески; 6 нихромовый нагреватель; 7 — замок; 8 — медная перемычка; 9 — контакты токоподвода; 10— листовой асбест; 11 — стальные листы; 12 — шпильки: 13 — уста­ новочные полукольца

Очень удобно для регулировки температуры пользоваться специальными терморегуляторами ЭРМ-47 или ЭПД-17.

Переносными печами можно пользоваться для предваритель­ ного и сопутствующего подогрева концов труб при сварке и для различных видов термической обработки.

136

Для предварительного подогрева печь надевают на сближен­ ные концы труб, нагревают их до нужной температуры и затем (после отключения тока) сдвигают в сторону. Для сопутствую­

щего подогрева во время сварки нужны две печи: их помещают

на каждой из свариваемых труб на таком расстоянии от свари­ ваемых торцов, при котором они не мешают вести сварочные рабо­

ты.

Переносными печами могут производиться самые различные виды термической обработки — отпуск, стабилизирующий отжиг, нормализация, аустенизация. Ес­ ли после нагрева требуется за­

Продолжительность нагрева печами сопротивления труб диа­

метром 194—273 мм до температуры 920°—1,25—2 часа, а до температуры 710° — 0,75—1,25 часа. Расход электроэнергии при высоком отпуске (680—700°) стыка труб диаметром 194—273 мм составляет около 40—60 квт-ч.

Съемная муфельная печь является довольно тяжелым нагре­

вательным прибором, способным прогнуть прогретую часть тру­ бы. Чтобы предупредить деформацию во время термообработки, трубу следует подпереть по обе стороны от печи какими-либо стойками или специальными опорами или подвесить печь на спе­ циальном приспособлении.

При термической обработке довольно удобен и прост индук­ ционный способ нагрева. Основное достоинство его состоит в том, что тепло выделяется непосредственно в нагреваемом ме­ талле. Это уменьшает .перепад температуры по толщине стенки и ускоряет нагрев. В простейшем, наиболее примитивном виде

этот способ .не требует никакого оборудования, кроме сварочных

трансформаторов и многожильного гибкого неизолированного

медного кабеля сечением 75—120 мм2.

При индукционном нагреве токами промышленной частоты (рис. 57) трубу или обечайку небольшого диаметра (до 500 мм)

на длине около 1 м (по 0,5 м на каждую сторону от стыка) обер­ тывают листовым асбестом толщиной 8—12 мм. Поверх асбеста наматывается гибкий многожильный (обязательно медный) ка-

137

бель, не имеющий изоляции. Шаг намотки должен обеспечить

расстояние между витками примерно 15 мм. Сечение кабеля за­

висит от величины тока. Чаще всего для такого способа индук­

ционного нагрева используется кабель сечением от 75 до 120 мм2.

Намотка кабеля производится по возможности туго, с постуки­ ванием молотком по неровностям.

Тугая намотка кабеля необходима для того, чтобы во время включения его в цепь возникающие магнитные силы не могли

Рис. 57. Схема индукцион-

— переключатель

сдвинуть витки. Первый и последний виток должны быть закреп­ лены на трубе (поверх асбеста) специальными хомутами. Общее число витков зависит от диаметра и толщины стенки нагревае­ мой трубы. Для труб внешним диаметром 150—160 мм со стен­ кой 15 мм нагрев хорошо протекает при 16—18 витках; для труб большего диаметра число витков может доходить до 30.

Питание такого нагревателя осуществляется либо от парал­ лельно соединенных сварочных трансформаторов СТ-150-8 или

СТЭ-34 с регуляторами РСТЭ-53 и РСГЭ-34 соответственно, ли­ бо от специальных понижающих трансформаторов ТПИН-650.

Во всех случаях при нагреве необходимо регулирование вторич­ ного напряжения в пределах 30—60 в (лучше 20—60 в).

Для повышения эффективности нагрева и увеличения его скорости параллельно нагревательным виткам может быть под-

. ключена батарея бумажно-масляных конденсаторов емкостью до

800 мф.

Мощность нагрева определяется массой нагреваемого изде­ лия и необходимой скоростью нагрева. При определении мощ­ ности можно исходить из опытных данных НИИТВЧ, согласно которым для индукционного нагрева 1 т стали до температуры

150 квт-ч. Эти данные применимы для индукционных установок с хорошо скомпенсированной индуктивностью нагревательного индуктора. При отсутствии такой компенсации подключенной емкостью расход электроэнергии следует удвоить, что обуслов­

138

лено также и общим несовершенством нагревательного устрой­

ства, и теплоотводом в холодные участки изделия. Так, для на­ грева 1 м трубы диаметром 245 мм с толщиной стенки 14 мм

300

(вес 80 кг) на 700° потребуется около ɪθɑθ 80=24 квт-ч электро­

энергии Если нагрев должен продолжаться 0,5 часа, потребуется соответственно мощность нагревательного оборудования 48 кет. Мощность источника питания должна подбираться с учетом потерь в проводе, контактах и т. д. Для указанной цели доста­

Рис. 58. Индуктор с воздушным охлаждением для индук­ ционного нагрева труб диаметром до 190 мм [39]

точно иметь один сварочный трансформатор CT-150-8, потребля­

емая мощность которого составляет около 65 кет.

Описанный способ подогрева пригоден только для тех слу­ чаев, когда требуемая при обработке температура не превышает

700—800°. Для более высокой температуры индуктор в виде не­

изолированного медного кабеля непригоден, во-первых, из-за возможного сильного окисления меди, а во-вторых, B СВЯЗИ C тем, что нагрев может приближаться к температуре плавления меди (1083°).

Более удобным для всех случаев и особенно при высоких нагревах является использование специальных индукторов кон­ струкции ЦНИИТЛТАШа, Оргэнергостроя или других организа­ ций. Эти индукторы либо изготовляются из медных или даже алюминиевых шин и размещаются на некотором расстоянии от нагреваемого изделия, либо в них используется водяное охлаж­ дение, что позволяет избежать чрезмерного перегрева прибора.

В индукторах из медных или алюминиевых шин, например ПИ-19, ПИ-32 (рис. 58), используется принцип воздушного, ра-

139

диационного охлаждения шин, поэтому при температуре нагрева обрабатываемой трубы около 700° температура индуктора сос­ тавляет около 200°. Для меди такая температура безвредна, однако алюминий при этой температуре окисляется, в связи с чем неооходимо защитное покрытие контактных поверхностей,

например, никелем. Ин­ дукторы типа ПИ состоят из двух одинаковых сек­

ций по 10—11 витков в каждой. Индуктор ПИ-19 предназначен для нагре­ ва труб диаметром от 83

до 190 мм, а ПИ-32 —ди­

аметром 190—325 мм.

При увеличении зазора между нагреваемой тру­ бой и витками индуктора

уменьшается эффектив­

разно для труб каждого размера иметь соответствующий по ди­

аметру индуктор.

В индукторах с водяным охлаждением нагрев может произ­ водиться более интенсивно, поскольку при этом по кабелю или шине можно пропускать больший ток, не допуская их сильного разогрева. Возможность увеличения тока в индукторах с

водяным охлаждением позволяет уменьшить число витков индуктора и тем самым сократить подвергаемый нагреву

участок трубы.

Московским филиалом Оргэнергостроя и ЦНИИТМАШем разработано несколько конструкций индукторов с водяным ох­ лаждением для индукционного нагрева стыков труб. Наиболее простым является использование описанного ранее гибкого не­

изолированного многожильного кабеля, наматываемого по ас­ бесту вокруг нагреваемого участка трубы (рис. 59). Кабель по­ мещают в льняной рукав (шланг), по которому проходит про­

точная охлаждающая вода, и наматывают на трубу в один слой;

число витков 5—6, но не более 10. Следует иметь в виду, что при таком способе нагрева толщина асбеста между трубой и кабе­

лем должна быть больше 15—20 мм.

Вариант индуктора с водоохлаждаемыми шинами (конструк­ ции Московского филиала Оргэнергостроя) приведен на рис. 60. Индуктор изготовлен из профилированной медной трубки сече-

140

Рис. 60. Индуктор Московского филиала Оргэнергостроя с водоохлаждае­

мыми шинами

а — общий вид; б — во время нагрева

141

ниєм 20XlO мм с толщиной стенки 1 мм. Для нагрева труб диа­ метром от 108 до 465 мм рекомендуется несколько типоразмеров индукторов с различным внутренним диаметром. Индуктор разъ­ емный и благодаря имеющимся шарнирам может раскрываться

инадеваться на трубу. Состоит индуктор из двух секций с тремя

ис восемью витками и промежутком между ними, что позволяет

использовать индуктор не только для термообработки, но и для

предварительного ,и сопутствующего 'подогрева при сварке. В этом случае свариваемый стык помещается между секциями индуктора. Водяное охлаждение позволяет вести нагрев при тер­ мической обработке на токе до 3000 а- Практически нагрев труб диаметром 273 мм осуществляется при токе 1200—1600 а. При токе 1200 а продолжительность нагрева до 750° составляет 45 мин., а при токе 1600 а — 20 мин.

Индукционный нагрев осуществляется за счет возникающих в нагреваемом металле вихревых токов и потерь на перемагничи­

вание, поэтому нагрев немагнитных аустенитных сталей проте­ кает значительно менее активно, чем магнитных, к которым

относятся стали перлитного и ферритного класса. Это вызыва­ ется тем, что в аустенитных сталях при величине магнитной про­ ницаемости, близкой к единице, отсутствует составляющая на­ грева, связанная с потерями гистерезиса. Чтобы интенсифици­ ровать индукционный нагрев при термообработке аустенитных сталей, ЦНИИТМАШем предложено осуществлять его на боль­ шой частоте тока — 2500 гц, при этом в качестве источников питания используют специальные мотор-генераторы токов повы­ шенной частоты. Для индукционного нагрева при термической обработке сталей рекомендуется преобразователь мощностью

100 кет типа ПВО-100/2500.

Конструкция индукторов при нагреве токами повышенной частоты принципиально не отличается от рассмотренных выше; разница лишь в том, что для повышенных частот индуктор вы­ полняется из 2—6 виктов. Нагрев токами повышенной частоты

происходит с более высоким общим к. п. д. нагрева (0,5) и с

большой скоростью нагрева (до 3000 град/час). Легче и плавнее осуществляется регулировка мощности за счет изменения тока на обмотке возбуждения генератора. Используя токи повышен­ ной частоты, нагреву можно подвергать и более тонкостенные трубы (до 4—3 ділі), чем при использовании токов промышлен­ ной частоты (до 8—6 мм).

Выше были рассмотрены индукционные устройства, предназ­ наченные для нагрева труб. Индукционный нагрев труб является удобным и эффективным, поскольку труба находится во внут­ реннем, наиболее плотном, магнитном поле нагревательного кон­ тура. Этот способ нагрева широко применяется при монтажно­ сварочных работах на строительстве тепловых электростанций, химических, нефтехимичских и других заводов.

142

Значительно сложнее применять индукционный нагрев для

фасонных и листовых конструкций, которые нельзя поместить во внутреннее поле индуктора. В этом случае приходится делать плоскую индукционную катушку с магнитопроводом и нагрев производить в магнитном поле боковой стороны такого индукто­ ра. Магнитное поле в этой области оказывается значительно менее плотным, с большим рассеиванием и нагрев протекает ме­ нее интенсивно, поэтому в промышленном применении индук­

ционный метод для нагрева листовых конструкций может быть использован в основном для подогрева перед сваркой, когда не требуется получения высоких температур и можно ограничиться нагревом до 150—300°.

Внешний вид одного из таких индукторов (типа ИНА-9), предназначенного для подогрева перед сваркой элементов ли­ стовых конструкций, приведен на рис. 61. Индуктор сконструи­ рован Уральским филиалом АН СССР совместно с трестом Уралстальконструкция. Индуктор питается однофазным током про­

мышленной частоты (50 гц) от источника напряжением 60 в при токе 150 а; мощность прибора 9 ква, вес его 30 кг. Площадь ли­ ста под индуктором, подвергаемая наиболее сильному нагреву, составляет 800—900 см2 (10×80 см при каждой установке аппа­ рата). При нагреве плоского листа из перлитной стали толщи­ ной 10—14 мм скорость нагрева составляет 70—80 градімин. Питание прибора производится от сварочного трансформатора с напряжением во вторичной обмотке 60—-65 в.

Большое значение при термической обработке имеет измере­ ние и регулирование температуры. Важно также соблюдение

температурного режима при подогреве торцов свариваемых эле­ ментов перед сваркой.

Обычно для монтажных условий температуру подогрева пе­ ред сваркой и в процессе сварки проще всего контролировать термокарандашами, представляющими собой набор восковых (или парафиновых) палочек, содержащих разные химические

вещества. Каждый из термокарандашей, входящих в набор, из­

меняет цвет при нагреве на определенную температуру (до 400°).

По изменению цвета следа от соответствующего карандаша, на­ несенного на нагреваемую поверхность, судят о достижении требующейся температуры.

При термической обработке металла невозможно использо­ вать термокарандаши, так как нагрев ведется до высоких темпе­ ратур. Кроме того, при термической обработке требуется значи­ тельно большая точность контроля температуры, чем при исполь­ зовании термокарандашей.

Для контроля температур при термообработке с индукцион­ ным нагревом или с нагревом электропечами сопротивления сле­ дует пользоваться термопарами.-Наиболеелриемлемыми для при­ менения в монтажных условиях являются хромель-алюмелевые

143