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

шихты, состоящей из марганцевой руды, кварцевого песка и пла­ викового шпата. Остывший сплав дробят до получения зерен размером в поперечнике 3,0—0,5 мм. Цвет зерен светло-серый или светло-бурый.

Физико-механические свойства флюса ОСЦ-45 такие же, как

уфлюса АН-348А.

Впроцессе сварки для защиты металла от окисления в свароч­ ную ванну должен вводиться шлак определенного молекулярного состава. При ручной дуговой сварке этот шлак образуется из компонентов электродной обмазки, поступающих в сварочную зону по мере расплавления электрода. Под влиянием тепла свароч­ ной дуги компоненты сплавляются, превращаясь в шлак.

Плавленный флюс представляет собой готовый сплав компо­ нентов. В дуге он только расплавляется и в этом состоянии выпол­ няет свои защитные функции. В отличие от обмазки электродов

плавится не весь флюс. Нерасплавившаяся часть играет роль термоизоляции (препятствует проникновению воздуха к сварочной ванне и остывающему шлаку).

Керамический флюс представляет собой смесь компонентов плавленого флюса (или обмазки), скрепленных в единый конгло­ мерат жидким стеклом. В состав керамического флюса входят тщательно измельченные нтлакообразующие компоненты и фер­ росплавы. В процессе приготовления флюс гранулируют для полу­ чения частиц определенного размера.

При сварке керамический флюс плавится и образует шлак так же, как электродная обмазка. Однако флюс, подаваемый в избыт­

Таким образом, керамический флюс сочетает в себе качества электродной обмазки и плавленого флюса. Недостатком его яв­ ляется гигроскопичность.

Керамический флюс первых марок (К-1 и К-2) был разработан акад. К. К. Хреновым.

Для сварки стыков трубопроводов можно применять керами­ ческий флюс КВС-19, позволяющий получать беспористые швы на металле, покрытом незначительным слоем ржавчины или влаги. Склонность этого флюса к образованию пор при сварке ме­ талла, покрытого ржавчиной, в два-три раза меньше, чем флюса АН-348А.

Наплавленный металл, полученный при сварке с керамическим флюсом КВС-19, имеет порог хладноломкости —50°.

Для изготовления керамического флюса КВС-19 используют следующие компоненты (в весовых частях): марганцевую руду 54%, кварцевый песок 30%, плавиковый шпат 7%, 75%-ный ферромарганец 7% и алюминиевую пудру 2%, растворимое на­ триевое стекло составляет 15—17% от общего веса смеси. Приго­ товленную смесь прокаливают в печи при температуре 600°.

39

ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ

В последние годы получила распространение дуговая электро­ сварка стальных изделий в среде защитного газа (аргона, угле­ кислого газа п др.). Для стыков стальных трубопроводов перспек­ тивной является сварка в струе углекислого газа, обладающего небольшой стоимостью и обеспечивающего эффективную защиту. Трубы из алюминия п его сплавов сваривают под защитой аргона или гелия (последний применяют редко).

а — при сохранении температуры 20° (малый отбор); б — при периодическом расходе rasa 1200—1500 л/час;

1,97686 г!л.

Углекислый газ, доставляемый к месту работ в стальных бал­ лонах, находится в сжиженном состоянии. Сжижение осущест­ вляется на заводах под давлением. Сжиженную двуокись угле­ рода часто называют жидкой углекислотой.

Жидкая углекислота бесцветна. Ее удельный вес зависит в зна­ чительной степени от температуры.

Углекислота занимает 60—80% объема баллона. В стандарт­ ный баллон емкостью 40 л заливается около 25 кг углекислоты. По нормам степень заполнения баллонов должна быть не более 1 кг углекислоты на каждые 1,34 л емкости. При испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л газа (при 0° С и 760 мм рт. ст.). Следовательно, в одном баллоне содержится 12,7 ж8 угле­

кислого газа.

Давление в баллоне зависит от режима отбора газа (рис. 11а). При температуре ниже 11° С углекислота тяжелее воды, при температуре выше 11° С — легче. Это приводит к тому, что со­

4 0

держащаяся в углекислоте вода скопляется на дне баллона. К концу расходования кислоты газ содержит много влаги, что способствует пористости сварных швов. Чтобы удалить воду,, баллон опрокидывают (при соответствующей температуре) и осторожно открывают вентиль. Выпускать воду можно лишь через 15 мин. после опрокидывания баллона.

Для сварки используют пищевую углекислоту. В ней содер­ жится СОг не менее 98,5% (по объему). Допускается содержание газов, не поглощающихся едким калием: N2, О2 и других не бо­ лее 1,5%, а также окиси углерода СО не более 0,05%. Применяют и осушенную углекислоту, поставляемую по ТУ.

Углекислый газ, используемый для сварки, обязательно осу­ шают. Для этого между вентилем баллона и редуктором ставят осушитель, наполненный силикагелем или прокаленным меднымкупоросом.

Аргон (Аг) — одноатомный инертный газ. Получают его из воздуха. Содержание аргона в воздухе 0,9325% по объему или 1,2862% по весу. Температура кипения аргона —185,8° С.

Для промышленных целей аргон получают методом сжижения атмосферного воздуха при глубоком охлаждении (с последующей ректификацией жидкого воздуха и очисткой сырого аргона). Чистота аргона, применяемого для сварки, 99,8%.

Аргон хранится в газообразном состоянии в стальных балло­ нах под давлением 150 кПсм2.

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Сварной шов при электросварке формируется из металла электрода, переплавленного электрической дугой и смешанного с некоторым количеством основного металла. Качество шва, как указывалось выше, не определяется полностью электродной про­ волокой. Однако чем совершеннее защита дуги, тем меньше раз­ личие между металлом электрода и наплавленным металлом.

Химический состав наплавленного металла зависит не только от происходящих в дуге физико-химических взаимодействий, но и от глубины провара. Чем глубже провар, тем больше в сварном шве основного металла. При значительном различии химического состава и механических свойств основного и присадочного (элек­ тродного) металлов влияние глубины провара на результаты сварки может быть существенным. Поэтому глубину провара учи­ тывают при назначении сварочного режима.

Электрод для ручной электродуговой сварки представляет со­ бой прямой металлический стержень из проволоки, покрытой слоем обмазки, состав и количество которой оказывают влияние на свойства шва. Электроды условно можно разделить на две группы: толстообмазанные п тонкообмазанные.

At

от веса сварочной проволоки. Шлак и газы, образующиеся из обмазки, предотвращают попадание в шов кислорода и азота, снижающих пластичность сварного соединения.

Стандартом предусматриваются электроды, удовлетворяющие ■определенным механическим свойствам наплавленного металла или сварного соединения в целом.

В зависимости от назначения электроды разделяются на три группы:

1) электроды для сварки конструкционных углеродистых и низколегированных сталей;

2) электроды для сварки легированных сталей с особыми свой­ ствами;

3) электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (режущих инструментов, износостойких и эрозион­ ностойких поверхностей).

Типы электродов первой группы обозначаются буквами Э и двузначной цифрой, указывающей минимальный предел проч­ ности при растяжении металла шва или сварного соединения, выраженный в кГ/мм2. Например, электроды типа Э-42 обеспе­ чивают продел прочности шва не менее 42 кГ/мм2. Электроды, обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного ме­ талла, обозначаются шифром, в котором после цифр стоит буква А, например, Э42А.

Каждому стандартному типу электродов соответствует зна­ чительное число промышленных марок. Поэтому, если в техни­ ческих условиях на сварочные работы указан только тип, можно использовать электроды той марки данного типа, которая подхо­ дит по технологическим соображениям.

Для сварки магистральных трубопроводов из углеродистых сталей применяют электроды типов Э42 и Э42А, из низколегиро­ ванной стали — электроды типа Э50А или Э55А.

Типы и марки электродов для сварки магистральных трубо­ проводов, а также прочностные характеристики металла швов и сварных соединений, выполненных этими электродами, приведены в табл. 2 2 .

Электроды УОНИ-13

Шифром УОНИ-13 обозначается группа электродов несколь­ ких марок (табл. 23), отличающихся механическими свойствами наплавленного металла и предназначенных в связи с этим для различных целей. Для магистральных трубопроводов можно применять электроды УОНИ-13/45 (соответствующие типу Э42А), или УОНИ-13/55 (соответствующие типу Э50А).

Для изготовления электродов УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55 используют проволоку Св-08А диаметром 2, 3, 4 и 5 мм. В состав покрытия этих электродов входят следующие компоненты (в % вес.): мрамор 53, плавиковый шпат 18, кварц 9, ферромарганец 2, ферросицилий 3, ферротитан 15. Жидкое стекло составляет

42

Таблица 22

Электроды для сварки магистральных трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей

30% от общего веса остальных компонентов. Толщина покрытия зависит от диаметра металлического стержня (табл. 24).

После нанесения покрытия электроды сначала сушат в течение 24 час. при температуре 15—20°, а затем прокаливают в течение

30мин., при температуре 350—400°.

Электроды УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55 предназначены для

сварки на постоянном токе обратной полярности. Однако при не­ котором изменении состава обмазки их можно применять для сварки на переменном токе. Один из вариантов изменения состава

43

Размеры электродов У0Ш1-13/45 и УОНН-13/55

обмазки сводится к замене кварца полевым шпатом и добавке около 4% поташа. Свойства электродов могут меняться, поэтому по истечении двух месяцев со дня изготовления их проверяют таким же способом, как новые.

44

Наплавленный металл при сварке магистральных трубопро­ водов электродами этих марок отличается высокими и стабильными механическими свойствами, в частности значительной ударной вязкостью.

Электроды СМ-11

Электроды марки СМ-11, соответствующие типу Э42А, приме­ няют для сварки конструкций из малоуглеродистых и низколеги­ рованных сталей в любом пространственном положении. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности или на перемен­ ном токе.

В состав покрытия электродов СМ-11 входят следующие ком­ поненты (в % вес.): мрамор 28,5; плавиковый шпат 20,4; дву­ окись титана 3,5; ферромарганец 3,5; ферросилиций 7,9; железный порошок 33,0; поташ 1,2; целлюлоза 2,0. Жидкое стекло составляет 23,0% от общего веса остальных компо­ нентов.

Жидкое стекло представляет собой смесь из 75% калиевого и 25% содового стекла плотностью 1,40—1,43. Количество жид­ кого стекла, входящего в обмазку, можно менять в зависимости от температуры замеса. Вес покрытия составляет 40—42% от веса стержня; толщина 1,05—1,15 мм (значительно меньше, чем у электродов других марок), что облегчает сварку в разных пространственных положениях.

Особенность покрытия электродов СМ-11 состоит в том, что оно не содержит дефицитных и трудно обрабатываемых ферро­ сплавов. Количество используемых ферросплавов в нем в два раза меньше, чем в покрытии электродов УОНИ-13. Чистый железный порошок, имеющийся в покрытии, улучшает технологические качества электродов: коэффициент наплавки составляет 9,5— 10,5 г/а-ч; коэффициент перехода достигает 108%.

Многочисленные испытания свидетельствуют, что покрытие электродов СМ-11 обеспечивает хорошее раскисление, рафиниро­ вание и легирование (марганцем и кремнием) металла сварочной

ломкости) шва ниже —65°, поэтому электроды СМ-11 можно при­ менять для сварки ответственных металлоконструкций, работаю­ щих при очень низких температурах.

Эксперименты показали, что после искусственного термиче­ ского старения механические свойства металла шва почти не изме­ няются; лишь незначительно повышается предел прочности и сни­ жаются ударная вязкость и относительное удлинение.

Предел выносливости (усталости) сварного соединения равен 27 кГ/мм2 (при числе циклов свыше 5 000 000), что характери­ зует его высокую стойкость при действии знакопеременных на­ грузок.

45

Механические свойства наплавленного металла при сварке электродами СМ-11 следующие.

Механические свойства сварного соединения указаны в табл.25. Об изменении ударной вязкости металла шва в результате терми­

Электроды УП-1 и УП-2

Электроды марки УП-1/45 и УП-2/45 соответствуют стандарт­ ному типу Э42А, а электроды УП-1/55 и УП-2/55 — стандартному типу Э50А.

46

Эти электроды, имеющие известковую обмазку, применяют для сварки среднеуглеродистых и большинства других конструк­ ционных сталей на постоянном и переменном токе в любом про­ странственном положении.

Механические свойства наплавленного металла приведены в табл. 27, где в числителе указаны максимальные, а в знамена­ теле минимальные значения, полученные при 20 испытаниях. На растяжение испытывали образцы Гагарина диаметром 6 мм, длиной 30 мм. Ударную вязкость определяли на образцах Менаже размером 10 X 10 X 55 мм.

Таблица 27

Механические свойства наплавленного металла при сварке электродами У11-1 и УИ-2

Электроды УП-1/45 и УП-1/55 предназначены для сварки с небольшим проплавлением и, следовательно, с высоким нагре­ вом свариваемого металла. Электроды УП-2/45 и УП-2/55 исполь­ зуют для сварки с глубоким проваром.

Технико-экономические характеристики электродов этих ма­

47 •

Хранение электродов

Большинство электродных обмазок легко поглощает влагу из воздуха. Многочисленными наблюдениями было установлено, что одной из причин пористости наплавленного металла является повышенная влажность обмазки.

Чрезмерная влажность, появляющаяся в результате продол­ жительного хранения при неблагоприятных условиях, вызывает трещины в обмазке и ее осыпание, что делает электроды не при­ годными для сварки.

Для электродов каждого типа имеется оптимальный предел влагосодержания, в большинстве случаев составляющий 4—6 %

Однако перед сваркой рекомендуется электроды всегда под­ сушивать в муфельных нагревателях, исключающих непосред­ ственное воздействие на обмазку пламени, высокотемпературного излучения и т. п.

На трассе и строительных площадках, где применяют свароч­ ные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания, используют для подсушки электродов простое и эффективное приспособление. К выхлопной трубе сварочного агрегата концентрически привари­ вают трубу диаметром 150 мм, высотой 450—480 мм. Электроды помещают в кольцевом пространстве между выхлопной и прива­

Газовая резка кислородной струей является вспомогательной технологической операцией при сварке и монтаже магистральных трубопроводов больших диаметров.

Для газовой резки малоуглеродистых и низколегированных сталей используют в качестве основных материалов кислород и горючий газ.

Из применяемых для газовой резки и сварки горючих газов

Выход ацетилена из 1 кг технического карбида кальция зави* сит от чистоты последнего и размера (грануляции) его кусков.

48