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

Г л у б и н н ы й ( р а д и а л ь н ы й ) н а г р е в осуществ­ ляется индуктором, расположенным над заранее сцентрованным стыком. Прогрев происходит на всю толщину стенки трубы. Соот­ ветственно этому и следует выбирать частоту тока. Исходя из формулы (VIII. 17), частота должна быть невысокой.

Исследованиями, проведенными в НИИТВЧ, установлено, что при глубинном нагреве соотношение между мощностью W u, индуктируемой на наружной поверхности трубы, и мощностью

Исходя из этих данных, можно определить оптимальную частоту при глубинном нагреве.

Принимая, что при высокой температуре трубная сталь будет в аустенитном состоянии с магнитной проницаемостью ц = 1 , получим глубину проникновения, соответствующую фор­ муле (VIII. 20).

Для труб со стенками толщиной 10 мм глубина проникновения при оптимальном распределении мощности (согласно табл. 44) составит

Оптимальную частоту тока определим из формулы (VIII. 20) при подстановке значения глубины проникновения:

600217“ = 1250 щ.

Частоты такого порядка лучше всего получать от машинного генератора. Сварочные установки при глубинном нагреве следует комплектовать машинными, а не ламповыми генераторами.

Мощность, необходимая для нагрева, зависит от объема нагре­ ваемого металла, т. е. диаметра н толщины стенки трубы, при­ нятой ширины разогреваемого участка и времени нагрева до температуры сварки.

Исследованиями, проведенными во ВНИИСТ [25], устано­ влено, что для нагрева трубы диаметром 325 мм со стенкой тол­ щиной 10 мм при ширине нагрева 40 мм в течение 80 сек. тре­

150 кет с током 2000 гц. В качестве емкости применяли батарею из бумажно-масляных конденсаторов на 93,6 мкф. Понижающий трансформатор был принят системы В. И. Вологдина с коэффи­ циентом трансформации 15 : 1.

Исследования показали, что температура стенки трубы вна­ чале резко возрастает. При достижении точки изменения магнит­ ных свойств стали повышение температуры замедляется, а затем прекращается. В этом случае максимальная температура 1100°. Если подключить дополнительную емкость в момент, когда ак­ тивная мощность начинает уменьшаться, нагрев труб ускоряется и температура достигает 1300° в течение 75—80 сек. при затрате мощности 90—100 кет.

Оборудование и рзжтм этекгропрзвсовой сварки

Аппарат для электропрессовон сварки представляет собой

трассе. Сварочная головка подвешена на стреле крана, а на трак­ торе смонтированы: а) генератор переменного тока промышленной частоты для питания цепей управления; б) конденсаторная бата­ рея; в) гидравлическая система, состоящая из масляного насоса, золотников с электрическим дистанционным управлением, мано­ метров и трубопроводов; г) система принудительного охлаждения

180

индуктора и понижающего трансформатора, состоящая из насоса

итрубопроводов и др.; д) радиатор.

Ин д у к т о р представляет собой два медных полукольца, раскрывающихся вместе с осадочно-зажимным механизмом. Ин­

дуктор прочно прикреплен к корпусу сварочного аппарата, что обеспечивает строго определенное расстояние между поверх­ ностью трубы и внутренней поверхностью медного кольца.

Втеле индуктора имеется канал, по которому подается ох­ лаждающая вода.

Определяя количество охлаждающей воды, протекающей через индуктор, необходимо иметь в виду, что максимальная мощность, которая может быть передана от меди к воде, составляет около 100 вт/см2. При обычной удельной напряженности выделяемой энергии охлаждающая вода начинает испаряться, образующаяся паровая рубашка препятствует теплоотводу и медь индуктора плавится.

Внагревательных индукторах омываемая водой поверхность

составляет не более половины всей поверхности, на которой происходит выделение тепла.

В теле индуктора имеются также отверстия для подачи в зону сварки защитного газа, предотвращающего окисление нагретого металла.

Р е ж и м электропрессовой сварки по данным ВНИИСТ воз­ можен в следующем варианте.

Концы соединяемых труб скошены под углом 10—15°. Зазор между трубой и индуктором 7—10 мм. Нагрев труб диаметром 377 мм со стенкой толщиной 10—11 мм длится 90—100 сек. при мощности 130 кет. Нагрев ведется в защитной среде пропана, подаваемого через отверстия в индукторе. Жидкий пропан нахо­ дится в баллонах под давлением. При уменьшении давления пропан выходит из баллона в виде газа.

После сварки стык нормализуют с индукционным нагревом. Для нормализации используют сварочный индуктор или вспомо­ гательный индуктор другого диаметра.

Такой режим обеспечивает высокие механические свойства шва. Однако защита нагретого металла в зоне сварки недоста­ точна, из-за чего не создается необходимая стабильность качества сварного соединения.

Метод индукционной электропрессовой сварки требует еще серьезной доработки.

ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПРЕССОВАЯ СВАРКА

При электродуговой прессовой сварке нагревателем является быстро перемещающаяся по кромкам электрическая дуга (одна или несколько). Дуга возбуждается между металлом трубы и угольным электродом. Обычно применяют 1 —4 электрода (в зави­ симости от диаметра трубопровода).

181

Угольные электроды закрепляют в специальном круговом суппорте, являющемся частью сварочной установки. Суппорт расположен концентрично относительно стыка и может вращаться со значительной скоростью вокруг своей оси. Расстояние между поверхностью труб и концом электрода 1 — 2 мм.

При вращении суппорта дуги быстро перемещаются и равно­ мерно нагревают поверхность труб до пластического состояния. После этого трубы сдавливаются осадочным усилием.

Исследования показали [26], что этот метод дает возможность нагревать стык с затратой минимальной энергии и использовать источники сварочного тока сравнительно небольшой мощности.

Каждая дуга питается от отдельного источника тока. Мощ­ ность сварочных агрегатов примерно такая же, как и при обычной сварке плавлением. Сварочный ток 350—500 а.

Для электродуговой сварки труб диаметром 529 мм со стенкой толщиной 8 мм и поперечным сечением стенки 108 см2 необходима мощность 118 кет, а для контактной сварки труб таких же раз­ меров 295 кет.

Мощность, потребляемая при электродуговой сварке, почти в два с половиной раза меньше мощности для электроконтактной сварки.

Время нагрева стыка до момента осадки зависит от тока и скорости перемещения дуг при вращении суппорта. Скорость перемещения оказывает решающее влияние на продолжитель­

Сварной шов при электродуговой сварке получается с дву­ сторонним усилением. Форма усиления зависит от разделки кромок п технологических параметров сварки.

Описанный метод нельзя считать до конца разработанным,

При газопрессовой сварке кромки труб нагреваются ацети­ лено-кислородным пламенем. Одновременный нагрев всего пери­

от друга, обеспечивающем достаточную равномерность нагрева. Предварительное осевое сжатие и осадка труб механизированы.

Агрегат для сварки передвигается от стыка к стыку самоходом. В передвижном агрегате имеются: а) газопрессовый сварочный аппарат с кольцевой горелкой, подвешенный на стреле трактора; 6) гусеничный трактор с боковой стрелой и лебедкой для подъ­ ема и опускания сварочного аппарата (на тракторе смонтированы

182

также масляный насос и система управления сварочной голов­ кой; в) одноосный прицеп, на площадке которого установлены ацетиленовый генератор высокого давления, кислородные бал­ лоны (6 —8 ) и пресс для испытания образцов сварки.

Г а з о п р е с с о в ы й а п п а р а т представляет собой кон­ струкцию в виде шарнирного хомута, охватывающего концы свариваемых труб и создающего их радиальное сжатие. Шар­ нирный хомут перемещает концы труб в осевом направлении и

боковину аппарата и имеет приемно-смесительную камеру, а также рабочий мундштук.Для подачи в горелку газов поворачивают на один оборот рычажок сдвоенного крана, находящегося на головке.

Зажигается горелка от вспомогательной однопламенной воздупт- но-ацетиленовой горелки, включенной в общую газовую линию. Вспомогательная горелка горит в течение всего рабочего времени.

В процессе сварки торцы труб нагреваются до температуры, близкой к температуре плавления стали (до точки, лежащей возле линии «солидус» на диаграмме состояния «железо—углерод»), или до более высокой. При этой температуре могут образоваться окислы не только в виде твердых частиц, но и в виде жидкой эвтектики системы FeO — Fe, имеющей температуру плавления ~1350°. Попадание в шов неметаллических включений снижает его пластичность. Жидкая эвтектика, если она полностью не

из разделки кромок. На частицу, зажатую между фасками, дей­

183

Полное удаление включений происходит, если соблюдается условие

где R — сопротивление, оказываемое удаляемыми частицами. Поскольку размеры, характер, а также соотношение различ­

ных частиц в жидкости трудно установить, величину R точно вычислить нельзя; можно оценить лишь порядок этой величины. В связи с тем, что неравномерность нагрева кромки возрастает с увеличением толщины стенки трубы, сопротивление, оказы­ ваемое удаляемыми частицами, также зависит от толщины стенки б, т. е.

щении частицы по кромке, от противодавления газов пламени, а также от вязкости жидкопластичного металла и окислов, заполняющих пространство между фасками.

должительности сварки, поскольку с течением времени меняются физические условия на кромках.

Наблюдения за процессом сварки дали возможность установить,

стыка до осадки не прерывают, чтобы не произошло окисление металла. При сварке труб со стенкой толщиной 8 —10 мм про­

зацию, заключающуюся в нагреве стыка пламенем кольцевой го­ релки до температуры, немного превышающей верхнюю крити­

184

ческую точку (900—950° для малоуглеродистых сталей), и в по­ следующем охлаждении иа воздухе.

На рис. ИЗ показано изменение микроструктуры участка трубы (находящегося в непосредственной близости от места сое-

Рис. 112. График технологического ироцесса газопрессовой сварки.

а — при ступенчатом приложении давления; б —при непре­ рывном приложении давления: в — при ступенчатом прнлонании давления с нормализацией стына; Iq — начало при­

f* — начало нагрева для нормализации; /ц — конец нагрева.

динения) в результате нагрева при сварке и последующей норма­ лизации.

Расход газов (ацетилена и кислорода) зависит от диаметра и толщины стенки свариваемого трубопровода. Например, при сварке трубопровода диаметром 325 мм со стенкой толщиной 10 мм ацетилена потребляется 700 л на один стык, а кислорода

670 л.

Ацетилено-кислородное пламя при избытке кислорода может окислять нагретый металл, а при избытке ацетилена насыщать

185

Глава IX

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ СМАРКА

Стыковая электроконтактиая сварка относится к прессовым методам. Нагрев при электроконтактной сварке осуществляется теплом, выделяющимся в процессе прохождения электрического тока через сопротивления сварочной цепи.

Общее сопротивление R участка сварочной цепи между токоиодводящими башмаками представляет собой сумму контактного сопротивления R K между кромками свариваемых труб, активного сопротивления металла труб R a п переходного сопротивления Rn между внешней поверхностью труб и токоподводящими баш­ маками.

Количество тепла, выделяющегося в сварочной цепи, опре­

где 1 — ток, протекающий в сварочной цепи, в а; t — время прохождения тока в сек.

Тепло используется не полностью вследствие неизбежного рассеивания в окружающую среду, уноса с брызгами распла­ вленного металла и т. п. Поэтому в технологических расчетах принимают во внимание термопотери и другие факторы, влия­ ющие на генерацию и рассеивание тепла.

Электроконтактиая сварка ведется на переменном токе. Поэтому

трубном участке вторичного контура. Активное и индуктивное сопротивления ферромагнитной части сварочной цепи зависят от длины выступающих концов и плотности тока. Зависимость от плотности тока весьма своеобразна: при небольшом вылете, например 140 мм, влияние плотности тока почти прекращается. При вылете, например, 440 мм сопротивление с ростом плотности тока уменьшается.

188