книги из ГПНТБ / Таран, Владимир Деомидович. Технология сварки и монтажа магистральных трубопроводов

Зная радиальное усилие Рг, можно определить силу, дейст­ вующую на поршень цилиндра (благодаря которому осуществ­ ляется зажим труб башмаками) или на другой элемент этой силовой цепи. Из схемы на рис. 101 легко найти, например, нормальное усилие, приложенное к нажимному ролику.

Ролик давит на наклонную плоскость башмака с силой Qi. При радиальном перемещении башмака на его боковых стенках

169»

Таким образом, нажимной ролик давит на наклонную пло-

•скость зажимного башмака с силой Qi — 6000 кГ.

Одна из конструкций аппарата (головки) для газопрессовой сварки показана на рис. 103.

Аппарат (головка) состоит из двух боковин, соединенных трубчатым шарниром. Боковины раскрываются и охватывают концы свариваемых труб. Для упрощения операции захвата к соединительному шарниру со стороны зева прикреплены опор­ ные лапки. При установке аппарата в рабочее положение зев опускают до тех пор, пока опорные лапки не окажутся на поверх­ ности трубы. После этого зев закрывают и боковины скрепляют накидными хомутиками.

Аппарат фиксируют на стыке зажимными башмаками, встро­ енными во внутреннюю поверхность схватывающего зева. Баш­ маки располагаются вдоль обра­ зующей трубы. В некоторых ап­ паратах на каждой половине боко­ вины (рис. 104) имеется по пять

башмаков (всего 20 башмаков). Для передвижения башмаков

на каждой боковине предусмо­ трен вертикальный гидравлический цилиндр.

На верхней части штока цилиндра закреплен двухплечный рычаг (см. рис. 103), к концам которого присоединены тяги. Благодаря тягам сегменты перемещаются по дуге окружности. Вследствие этого происходят перемещение роликов и радиаль­ ный ход башмаков, зажимающих трубу. Применение одной гиб­ кой тяги позволяет беспрепятственно раскрывать зев аппарата. Для управления двумя цилиндрами предназначен один гидра­ влический кран.

Для осевого перемещения концов труб на каждой боковине предусмотрено по два горизонтальных гидравлических цилиндра. Поршни цилиндров связаны со штоками, проходящими вдоль всей боковины. Свободный конец каждого штока прочно закре­ плен в приливе на той половине боковины, где нет горизонталь­ ного цилиндра.

Управление сварочным аппаратом гидравлическое. На трак­

метры манифольда. Принципиальная схема гидравлической си­ стемы показана на рис. 105. Масло из резервуара 1 насосом 2 подается в распределительный манифольд и радиатор 5. В верти­ кальные и горизонтальные цилиндры сварочного аппарата масло поступает через трубки, смонтированные на стреле подъемного крана.

Масло находится под высоким и низким давлениями. Высокое давление необходимо для зажатия труб боковинами аппарата при

170

Чтобы создать осадочное давление, кран 8 поворачивают на] 180° и соединяют полость горизонтальных цилиндров с системой высо­ кого давления.

После окончания сварки поворотом крана 10 отделяют верти­ кальные цилиндры от системы высокого давления и соединяют их с радиатором. Закрывая кран 8, отделяют горизонтальные цилиндры от системы высокого давления и, открывая кран 11, соединяют эту систему с радиатором.

Зев сварочного аппарата раскрывается под действием масла, поступающего в обратные полости цилиндров из системы низ­ кого давления. Для этого поворачивают кран 9 так, чтобы он закрыл доступ к системе высокого давления.

Когда снизившееся давление снова поднимается, кран 9 пово­ рачивают, соединяя цилиндры сварочного аппарата с радиатором.

НАГРЕВАТЕЛИ

При прессовой сварке применяют два способа нагрева кромок: контактный и бесконтактный.

Впроцессе сварки с электрическим контактным нагревом вы­ деляется тепло в результате прохождения электрического тока через металл труб в месте их соединения. При сварке трением тепло выделяется в процессе относительного вращения сварива­ емых частей.

Втрубопроводном строительстве применяют только один ме­ тод сварки с контактным нагревом — стыковую электроконтактную сварку.

Для сварки с б е с к о н т а к т н ы м н а г р е в о м исполь­ зуют специальные нагреватели.

Бесконтактный нагрев осуществляется в газопрессовой сварке и в индукционной сварке токами высокой или повышенной ча­ стоты. Тепло подводится с поверхности кромок или непосред­ ственно в толщу металла (идукционный нагрев).

Нагреватели являются составной частью сварочного аппарата. Они бывают пламенные, электрические индукционные, электродуговые и электроконтактные. Пламенные и индукционные на­ греватели можно разделить на три группы: 1) торцовые, 2) ра­ диальные, 3) комбинированные.

Т о р ц о в ы е нагреватели сообщают тепло непосредственно поверхностям свариваемых кромок. Эти нагреватели (коль­

поверхности концов труб и к скошенным кромкам, создавая про­ грев на всю толщину стенки (рис. 107). Зазор между кромками почти отсутствует.

К о м б и н и р о в а н н ы е нагреватели осуществляют тор­ цовой и радиальный нагрев.

173

Торцовые нагреватели обеспечивают минимальный расход энергии, так как прогревают металл лишь на незначительную глубину. Однако практическое осуществление торцового нагрева связано с серьезными конструктивными и технологическими за­ труднениями. По окончании нагрева необходимо затратить неко­ торое время на удаление нагревателя из зазора и на сближение труб перед приложением осадочного давления. За это время металл охлаждается, а соединяемые кромки окисляются. Поэтому более распространен радиальный

ПЕРЕДВИЖНЫЕ УСТАНОВКИ

Передвижная установка для прессовой сварки состоит из сва­ рочной головки, привода, зажимного механизма и органов упра­ вления сварочным процессом. Сварочная головка подвешивается на крюке крана, установленного на тракторе, или на крюке тру­ боукладчика. На тракторе или платформе автомашины монтиру­ ются механизмы управления, насосы, питающие гидравлическую систему зажимного механизма, и другое оборудование.

Для питания установки электроэнергией используют пере­ движную электрическую станцию соответствующей мощности. Станции мощностью 75—200 ква обычно дизель-генераторные.

Газопрессовая установка снабжена передвижным ацетилено­ вым генератором и комплектом баллонов с кислородом.

ИНДУКЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОПРЕССОВАЯ СВАРКА

Теоретические и технологические основы электропрессовой сварки

Сварку трубопроводов с электрическим индукционным на­ гревом токами высокой или повышенной частоты будем называть индукционной электропрессовой сваркой.

1 74

Процесс электропрессовой сварки основан на следующих физи­ ческих явлениях.

Если на некотором расстоянии от поверхности металличе­ ского изделия, например трубы, поместить проводник и пропу­ стить по нему переменный ток, то в массе металла возникнут индуктированные вихревые токи, нагревающие изделие.

Рассмотрим процесс проникновения электромагнитной волны из воздушного пространства в металл (рис. 108). Для этого возь­ мем плоскую металлическую поверхность. Координатную си­

Допустим, что распространяющаяся в воздухе электромагнит­ ная волна длиной Я имеет синусоидальную форму. Амплитуды электрической и магнитной составляющих этой волны обозна­ чим соответственно через Е 0 и Н 0.

Зависимость напряженности поля Е от времени у поверхно­ сти металла будет выражаться уравнением

где / — частота тока в гц.

При прохождении волны внутрь металла характер ее ме­ няется. Интегрируя уравнение (VIII. 7), получим значение Ех на

175.

расстоянии z от поверхности раздела. Это будет уравнение за­ тухающей волны в направлении z:

Величину Я*получим при интегрировании уравнения (VIII. 6)-

•Эта величина также будет изменяться по затухающей синусоиде:

В уравнениях (VIII. 9) и (VIII. 10) первый множитель харак» теризует изменение амплитуды, второй — изменение волны по мере ее продвижения внутрь металла. Фаза магнитного поля от-

•стает от фазы электрического поля на 90° по мере проникновения в металл. Затухание волны приводит к поглощению подведенной энергии, т. е. к выделению тепла.

Абсолютное значение векторного произведения напряжен­ ностей электрического и магнитного полей

S0 = ЕпН0 (VIII. 11)

представляет собой поток энергии через поверхность металли­ ческого изделия.

Исходя из уравнений (VIII. 9) и (VIII. 10), можем вычислить поток энергии, протекающий в металле через поверхность, парал­ лельную граничной плоскости и находящуюся от нее на расстоя­ нии z:

Величина поглощаемой энергии (а следовательно, и количе­ ство выделяемого тепла) с углублением в металл уменьшается по экспоненциальному закону. Степень уменьшения характери­ зуется выражением

где d — величина, имеющая размерность длины.

176

Для той же стали при температуре выше 800°

(при низких частотах). Индуктируя при этом одинаковые мощно­ сти, можно менять время нагрева.

П о в е р х н о с т н ы й ( т о р ц о в ы й ) н а г р е в токами высокой частоты обеспечивает быстрый прогрев тонкого слоя кромок с незначительной затратой электрической энергии.

Однако нагрев токами высокой частоты имеет серьезные недо­ статки.

1.Индуктор необходимо помещать в межтрубном простран­ стве. Это препятствует полной сборке стыка до сварки. В случав применения специального осадочного механизма ход осадки слишком велик.

2.Осадочное давление должно быть приложено почти мгно­ венно по достижении нагрева, так как вследствие высокой тепло­ проводности и значительной массы материала труб, а также ма­ лого объема нагрева свариваемые поверхности остывают очень быстро.

3.Исключается возможность термообработки законченного соединения непосредственно после сварки.

Эти недостатки не позволяют рекомендовать нагрев труб то­ ками очень высокой частоты.

178