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

Головка для сварки второго слоя работает с расщепленными электродами, расположенными параллельно друг другу. Для управления электродами предназначены винтовые корректоры. Данные для настройки головки при сварке трубопровода диа­ метром 529 мм со стенкой толщиной 8 мм следующие (в мм):

Сварка с принудительным формированием шва из-за громозд­ кости аппаратуры и применения проходного вращателя требует создания полевых баз иного устройства, чем при сварке на под­ кладных кольцах.

Установку, состоящую из блоков центровки и вращения труб и двух сварочных головок, помещают в отдельном, специально оборудованном вагончике. Через отверстия в торцовых стенках вагончика проходит свариваемая секция.

На продольной оси установки монтируют роликоопоры, на которых вращаются трубы при сварке. На этой же оси устана­ вливают роликовое устройство и лебедку для перемещения труб в процессе сборки и продвижения секции для сварки очередного стыка.

ДВУСТОРОННЯЯ СВАРКА

Одним из способов соединения поворотных стыков без под­ кладных колец является двусторонняя сварка. Сущность ее заключается в том, что вначале сваривают шов изнутри трубы, используя для этого специальную сварочную головку. Сварку ведут на флюсовой подушке, расположенной на внешней ннжней поверхности стыка.

Второй слой выполняют, как н во многих других способах, с внешней стороны в верхней части трубы. При этом первый слой является как бы подкладкой.

По плавности очертаний внутренней и внешней поверхностей стыка, по неизменности проходного отверстия трубопровода в местах соединения и прочности швов этот способ можно считать одним из лучших. Отсутствие резко выраженных концентраторов напряжений (неизбежных в местах приварки подкладных колец) обеспечивает надежность швов в эксплуатации при низких температурах. Швы, выполненные этим способом, обладают значительным пределом выносливости при действии циклических нагрузок.

Применять двустороннюю сварку можно только на трубах большого диаметра (не менее 529 лш). При сварке труб диаметром 529—820 мм внутренним сварочным автоматом управляют дистан­ ционно. При сварке труб 1020 мм и более допустимо использо­ вание легких сварочных автоматов, снабженных простейшими на­ правляющими приспособлениями. В этом случае управлять

аппаратом сварщик может, находясь в трубе. Такая организация работы требует соблюдения особых правил по технике безопас­ ности.

Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал уста­ новку для двусторонней сварки труб диаметром 720 мм. Эта установка, предназначенная не только для сварочных операций, но и для механизированной сборки стыков, успешно прошла производственные испытания на строительстве первой очереди газопровода Ставрополь — Москва.

Важнейшей частью установки является проходной центраторвращатель, в котором происходит механизированная сборка стыков. Этот же центратор вращает секции в процессе сварки при наложении первого и второго слоев.

Концы труб при сборке зажимаются в двух проходных план­ шайбах, смонтированных на металлической станине (параллельно

Рпс. 48. Штанга для внутренней сварочной головки.

1 — маховичок; 2 — труба штанги; «з — трубчатая тяга для корректировки сварочной головки; 4 — опорные ролики для продольного перемещения; 5 — опорные ролики для вращения; 6 — система рычагов; 7 — корытце, закрывающее бункер; 8 — тяга.

друг другу) и кинематически связанных между собой. Управление зажимом труб осуществляется комбинированным способом — пневматически и при помощи электродвигателя, вращающего храповое и зубчатое колеса планшайб.

Между планшайбами укреплена сварочная головка с бункером для сварки наружного слоя шва. Здесь же расположен бункер для заполнения флюсовой подушки, необходимой при наложении внутреннего слоя.

Головка для сварки внутреннего слоя укреплена на трубчатой штанге. На этой же штанге смонтированы бункер для флюса (флюсаппарат пневматического действия) и кассета для проволоки. Длина штанги соответствует длине привариваемой трубы.

Штангу (рис. 48) со сварочной головкой вводят в трубу на ро­ ликах 4. Хвостовую часть штанги закрепляют специальным захватом для фиксации положения сварочной головки.

Перед сваркой штангу опускают на два поперечных ролика 5, благодаря которым она перемещается по окружности трубы. Ролики 4 при этом поднимают поворотом маховичка 1. Одновре­ менно с подъемом роликов 4 открывается заслонка бункера и флюс высыпается на внутреннюю поверхность стыка. В этот же момент начинается подача флюса из наружного бункера на флюсовую подушку (рис. 49).

100

Внутри штанги расположены электрические провода и пнев­

В процессе сварки секция находится на двух роликоопорах, расположенных по обе стороны центратора.

Роликоопоры позволяют вращать трубу и перемещать ее вдоль оси благодаря поперечным и продольным роликам 1 и 2 (рис. 50).

101

При перемещении секции вдоль оси поперечные ролики опу­ скаются. Когда осевое движение прекращается, траверса 3 выдви­ гается, поперечные ролики соприкасаются с трубой и поднимают ее до уровня, необходимого для сварки. Находясь в таком поло­ жении, труба не соприкасается с продольными роликами.

Подъем траверсы с роликами 1 осуществляется пневматически. В цилиндр 6 подается сжатый воздух. Движение поршня в ци­ линдре вызывает горизонтальное перемещение клина 7, подни­ мающего ползун через каток 9. Для уменьшения трения клин опирается на направляющие катки 8.

Сжатый воздух установка получает от компрессора автомо­ бильного типа, смонтированного на сварочном агрегате. Давление

102

и сварке. Концы труб на участке длиной 30 мм снаружи и внутри очищают от ржавчины, а внутреннюю полость по всей длине освобождают от грунта, снега и льда, которые могут помешать продвижению штанги. Кромки зачищают до металлического блеска.

Очередную трубу со стеллажа 1 подают на вспомогательную площадку 3 трубоукладчиком или другим механизмом и уклады­

вают на две тележки 2. На этих тележках труба передвигается к центратору-вращателю 6 при помощи канатной электрической

НЕПОВОРОТНАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

В Институте электросварки им. Е. О. Патона разрабатывали способы, технологию и аппаратуру для автоматической сварки под флюсом неповоротных стыков трубопроводов. Один из таких

103

способов основан на применении принудительного формирования шва [16].

Стык сваривают аппаратом, надеваемым на трубопровод. Сварку выполняют по полуокружностям стыка (рис. 52). Начи­ нают процесс в самой нижней точке трубы и ведут его вверх по одной полуокружности до верхней ее точки. Затем так же накладывают один слой шва на второй полуокружности. Сварку выполняют в несколько слоев.

При этом способе сварку ведут в разных пространственных положениях — от потолочного в нижней части стыка до нижнего в верхней части. В таких сложных условиях обычная система

было достаточно высоким. Поэтому описанный способ не получил практического применения.

СВАРКА ЛЕЖАЧИМ ЭЛЕКТРОДОМ

Если в разделку кромок свариваемых элементов положить изолированный электрод и возбудить на его конце дугу, будет происходить электрическая дуговая сварка (рис. 53). При сварке труб в разделку помещают кольцевой толстообмазанный электрод, предварительно изогнутый по радиусу стыка.

Сварочный ток, проходя по электроду, создает магнитное поле, замыкающееся через металл труб. Наблюдения показали, что это поле оттесняет газовый столб дуги от кратера, уменьшая глубину провара.

Для устранения этого явления используется вспомогательное магнитное поле, силовые линии которого направлены поперек шва. Вспомогательное поле (рис. 54) создается электромагнитами со скошенными башмаками, расположенными по всей длине

104

нпй центратор. После проверки зазора в разделку укладывают изогнутый электрод, устанавливают и закрепляют магнитный пояс и подключают ток.

Дуга возбуждается угольным стержнем (касающимся концов электрода и кромок трубы), или зажигательными капсюлями.

Отключается ток автоматически, после чего снимают магнит­ ный пояс, зачищают концевые участки шва и укладывают следую­ щий электрод.

Для ускорения процесса сварки можно использовать одновре­ менно несколько электродов (многодуговая сварка), но при этом для каждой дуги потребуется отдельный сварочный агрегат.

Из литературных источников [171 следует, что качество сварных швов, выполненных этим способом, вполне удовлетво­ рительно.

НЕПОВОРОТНАЯ ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВАРКА

При газоэлектрической сварке защитный газ подается из сопла н струей обтекает электрод, покрывая сварочную зону.

В качестве защитных газов, как уже указывалось, применяют аргон (Аг), гелий (Не) и углекислый газ (СОг). Аргон и гелий используют при сварке алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Из-за высокой стоимости этих газов их не применяют при сварке низколегированных сталей. Между тем углекислый газ находит все более широкое распространение в качестве защит­ ной среды.

Сварка в струе углекислого газа сопровождается меньшим перегревом расплавленного металла (вследствие интенсивного теплоотвода и лучеиспускания), чем сварка под флюсом. Быстрый теплоотвод от металла шва и его высокая вязкость позволяют использовать газоэлектрическую сварку с защитой углекислым газом для неповоротных стыков магистральных трубопроводов.

Методы неповоротной сварки стыков труб в защитной газовой среде и аппаратуру разрабатывают МВТУ им. Баумана, НИАТ, ВНИИАвтоген, ЦНИИТМАШ, ВНИИСТ и другие организации.

По способу, предложенному ВНИИСТ, сварочная дуга пи­ тается постоянным током от источника с жесткой характеристикой (источники тока с падающей характеристикой для этой цели непригодны), например от генератора ЗД-7,5/30, изготовляемого Ярославским электромеханическим заводом и дающего ток 300 а.

При сварке неповоротных стыков движение дуги может быть сверху вниз и снизу вверх. По методу, разработанному МВТУ им. Баумана, слои шва накладывают сверху вниз. Формирование шва хорошее [18]. Однако исследование большого числа стыков, выполненных таким способом, показало, что при зазоре 2,0— 2,5 мм нередко бывают непровары корня шва и кромок, а также несплавление между слоями, резко снижающие механические свойства сварных соединений [19].

106

Более надежные результаты получаются при наложении первого и второго слоев снизу вверх. Разработанные ВНИИСТ для сварки таким способом режимы приведены в табл. 37. Этими режимами предусматривается применение проволоки Св08Г2СА и СвЮГСМ диаметром 1 мм.

Таблица 37

Режимы для газоэлектрической сварки

На процесс формирования шва при сварке в разных пространственных положениях влияет химический состав электродной проволоки. Например, при сварке труб из стали 14ХГС марган­ цево-кремнистыми проволоками лучшие результаты достигаются в том случае, когда в проволоке содержится больше кремния. В табл. 38 приведены механические свойства металла швов и сварных соединений, выполненных электродной проволокой раз­ личных марок.

107

Данные табл. 38 отражают результаты испытания образцов, взятых из разных участков стыков.

Для ускорения процесса сварку ведут двумя головками (рас­ стояние между электродами 150 мм), что требует повышенного внимания со стороны сварщика.

При газоэлектрической сварке должно предотвращаться сдувание газовой струп, иначе нарушится защита и возникнет брак. Поэтому над свариваемым стыком устанавливают брезен­ товую палатку или другое приспособление.

СВАРКА АЛЮМИНИЕВЫХ ТРУБ

Сварка алюминия и его сплавов обладает рядом особенностей.

Впроцессе сварки на расплавленных поверхностях металла ванны

иэлектрода образуется пленка окисла АЬОз. При температуре расплавления ванны эта пленка твердеет, так как температура плавления чистого алюминия 658,7°, а окисла АЬОз 2050°. Удельный вес АЬОз выше, чем алюминия и его сплавов. Поэтому

окисел погружается в расплавленный металл, загрязняет его и снижает прочность сварного соединения. Сварка алюминиевых сплавов без специальной защиты, предупреждающей образование окислов или удаляющей их, недопустима.

Трубы из алюминиевых сплавов сваривают газоэлектрической сваркой в защитной среде аргона или углекислого газа и газовой сваркой. Разрабатываются способы сварки под флюсом.

Наиболее часто применяют аргоно-дуговую сварку плавя­ щимся или неплавящимся (вольфрамовым) электродом. Плавя­ щиеся электроды используют для поворотной сварки труб со стенками толщиной более 5 мм. Поскольку алюминиевые сплавы при температуре, близкой к температуре плавления, легко теряют прочность и нагретые участки под действием собственного веса могут разрушиться, рекомендуется применять внутренние под­ кладные кольца.

Аргон для сварки алюминия должен быть высокой чистоты (Аг не менее 99,9%). Сварочную проволоку подбирают в зависи­ мости от марки основного металла. В табл. 39 приведены рекомен­

Сварочную проволоку изготовляют из алюминия марок АД и АД1 и алюминиевых сплавов АМц, АМг, АМг5п, АК, АМгЗ и АМг5В диаметром от 1,0 до 12,0 мм.