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

ш -

?ис. 136. Приспособление для удаления внутреннего грата.

Центробежный механизм имеет три радиальных кронштейна, в которых закреплены оси. На каждой оси насажено по семь бойков 8 (один боек весит 115 г). Внутри вращающегося корпуса центробежного механизма установлены два шарикоподшипника. К передней крышке корпуса прикреплен медный диск 7 для за­ щиты приспособления от брызг расплавленного металла. При вращении корпуса бойки под влиянием центробежной силы при­ жимаются к поверхности грата и сбивают его.

К кожуху электродвигателя приварены кронштейны с роли­ ками 9 диаметром 180 мм. Благодаря роликам приспособление легко передвигается в трубе. Ток напряжением 220 в от вспомо­ гательного генератора подводится к двигателю по бронирован­ ному кабелю, проложенному внутри штанги.

В полевых условиях гратосниматель используют следующим образом. При центровке в трубу, привариваемую к нитке трубо­ провода, вкатывают приспособление и фиксируют бойки против стыка по положению штанги. Затем гратосниматель откатывают немного назад, чтобы во время оплавления на него не попали брызги металла.

Сразу же после осадки гратосниматель ставят против сварен­ ного стыка и включают двигатель. Грат в это время еще не успе­ вает остыть и находится в пластическом состоянии. Бойки при вращении не достают до поверхности трубы. Между ними и стен­ кой трубопровода имеется зазор 2—3 мм. Грат сбивается двумятремя бойками. Остальные бойки вращаются вхолостую. Это позволяет применять электродвигатель небольшой мощности. После снятия грата с очередного стыка штангу вводят в следую­ щую трубу. Во время перекатывания приспособления конец бронированного кабеля отсоединяют.

Рассчитаем приспособление для удаления грата в трубопро­

G = hlb -7,8 = 115 г.

Набор состоит из семи бойков, насаженных на общую ось. Ширина набора 10 мм, что обеспечивает даже при не совсем точной установке приспособления расположение бойков против шва.

Будем считать, что в работе участвует по два бойка каждого из трех наборов, так как ширина грата у основания 15—20 мм.

Силу удара бойков F определим по формуле центробежной силы:

R — радиус нращения центра тяжести (R = 235 мм);

где п —скорость нращения дпигателя (я = 1450 об/мин).

Рис. 137. Схема бойков центробежного гратоснимателя и рас, пределение сил при удалении грата.

Из равенства моментов сил F и h\ но отношению к шарниру О имеем

1,5/Д = 2,5 F,

С такой силой бойки давят на поверхность грата. Учитывая, что операция проводится непосредственно после сварки, когда грат еще не остыл и находится в пластическом состоянии, коэф­ фициент трения бойка по грату можно принять / = 0,05. Под влиянием центробежной силы грат будет как бы выдавливаться бойками.

212

Глава X

СТРУКТУРА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Электродуговая и прессовая сварки связаны с нагревом ме­ талла до высокой температуры. Нагрев стали и последующее охлаждение вызывают глубокие изменения ее структуры и меха­ нических свойств. Поскольку в тонкостенных трубах эти измене­ ния распространяются на всю толщину стенки, в магистральном трубопроводе образуются узкие кольца металла с иными свой­ ствами, чем весь трубопровод.

Современная техника сварки позволяет получить сварные соединения с показателями механических свойств, превышаю­ щими эти показатели для основного металла труб.

СТРОЕНИЕ ШВА, ВЫПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКОЙ

Сварной шов, выполненный электродуговой сваркой (ручной или автоматической), состоит из трех основных зон: 1) зоны

214

Микроструктура наплавленного металла, взятого на расстоянии 1,5—2,0 мм от границы плавления, показана на рис. 140. Увели­ чение в обоих случаях одинаковое. Сравнивая эти микрострук­ туры, можно установить меньшую дифференциацию фаз во внут­ ренних частях наплавленного металла.

При исследовании под микроскопом наплавленного металла малоуглеродистой и л и низколегированной стали обнаруживается его вторичная структура, образовавшаяся в результате фазовых превращений при охлаждении в области критических температур. Первичная структура, т. е. форма и границы первичных дендрит­ ных образований аустенита, возникающих в процессе сварки, может быть выявлена лишь специальными металлографическими способами. Явным признаком первичной структуры является распределение мелких неметаллических включений (выделив­ шихся при затвердевании металла) в межкристаллитных про­ слойках. Первичную структуру выявляют для научно-исследо­ вательских целей; при оценке же качества и свойств шва в произ­ водственных условиях этого обычно не делают.

Вторичная структура характеризуется вытянутыми феррит­ ными прослойками, между которыми находятся дифференцирован­ ная смесь феррита с цементом (близкая по структуре к перлиту) и мелкораздробленные неметаллические включения.

Вторичная структура зависит от условий охлаждения металла после сварки и характера строения первичной структуры.

Последовательность в кристаллизации и перекристаллизации наплавленного металла определяется диаграммой состояния си­ стемы железо — углерод. Однако следует иметь в виду, что интен­ сивность термических процессов в наплавленном металле приво­ дит к значительному смещению критических точек диаграммы.

Доэвтектоидный феррит выделяется из твердого раствора (аустенита) ниже точки Ас3. Началом или центром кристалли­ зации феррита на границе плавления являются обычно обрывки ферритной сетки переходной зоны (см. рис. 139): Доэвтектоид­ ный феррит, как известно, выделяется преимущественно на гра­ ницах зерен дендритов аустенита. Поэтому его дендритная струк­ тура сохраняется и после перекристаллизации.

Микроструктура части валика шва, непосредственно примы­ кающей к границе плавления (к переходной зоне), показывает, что оси дендритов располагаются по нормалям к этой границе. Ха­ рактерное расположение кристаллов обусловлено их ростом в направлении температурного градиента при охлаждении свар­ ного шва. Тепловой поток охлаждающегося валика направлен по нормали к изотерме, представляющей границу плавления, т. е. переходную зону в холодный металл трубы.

На некотором отдалении от границы плавления вид дендритов изменяется: они теряют правильную ориентировку, часто распо­ лагаются беспорядочно и длина их уменьшается. Это объясняется тем, что при кристаллизации внутренних областей наплавленного

2)6

металла температурные градиенты в направлении переходной зоны резко сокращаются вследствие нагревания до высокой температуры прилегающих участков металла трубы. Направление отвода тепла из валика перестает быть строго ориентированным. Охлаждение валика лучеиспусканием и конвекцией становится сравнимым с теплоотводом в основной металл. Во внутренних областях наплавленного металла создаются одинаковые условия для возникновения центров кристаллизации и развития кристал­ лов. Этим и объясняются беспорядочное расположение и неболь­ шой размер дендритов.

В швах, особенно выполненных ручной сваркой, при которой скорость охлаждения значительна, дендриты имеют малую длину.

Дендритное строение сварных швов можно почти полностью ликвидировать термической обработкой, например нормализа­ цией, т. е. нагревом выше критической температуры Ас3 с после­ дующим охлаждением на воздухе (для мягкой углеродистой стали критическая температура Ас3 = 900°). Это вызовет перестройку кристаллической решетки из a-состояния в у-состояние.

В многослойных швах при наложении каждого последующего слоя предыдущий нагревается теплом сварочной дуги до темпе­ ратуры, превышающей критическую. Быстрый отвод тепла в ме­ талл трубы создает такой же эффект, как и специальная местная термообработка. Если накладывают слои, не превышающие 3— 4 мм, то они прогреваются до критических температур на всю толщину, что приводит к достаточно полному раздроблению ден­ дритной структуры. Только последний слой сохраняет дендритное строение. Учитывая это, сварочный процесс следует вести так, чтобы последний слой был минимальной толщины и находился в пределах галтели (усиления сварного шва). В этом случае тер­ мообработке при нагреве сварочным теплом подвергнется на­ плавленный металл по всей толщине трубы. На рис. 141 видна равноосная мелкозернистая структура в нижележащем слое, об­ разованная под действием тепла от наложения последующего

обычно является применение электродов с избытком или недо­ статком влаги в обмазке. В швах, выполненных автоматической сваркой, поры возникают при влажном флюсе или ржавчине на кромках труб. Дефекты могут появиться и в результате непра­ вильного технологического режима.

Газовые поры представляют собой углубления, имеющие вытянутую червеобразную форму. Длина, диаметр и расположе­ ние пор самые разнообразные.

При просвечивании стыка гамма-лучами или контроле электро­ магнитнымиметодами обнаруживаются одиночные газовые пу­ зыри, рассеянные по шву. Эти пузыри не вызывают разрушения стыка при статической нагрузке. Но при нагрузках, связанных

217