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

оборудование для сборки и сварки перемещают по легкому рель­ совому пути, проложенному над траншеей. Трубы заранее разво­ зят и раскладывают вдоль трассы.

Проект полевого конвейера не получил практического приме­ нения. Дальнейшая разработка системы организации сварочных операций привела к созданию полевых баз.

В зависимости от технологии сварочных работ, от оборудова­ ния, а в некоторых случаях и от климатических условий создают

кладных кольцах).

3.Закрытые (поворотную сварку ведут без подкладных колец).

4.Открытые (сварку ведут совместно с механизированной сборкой).

Продукцию базы — сваренные секции — вывозят на трассу к местам укладки для последующей сборки в плети.

По мере удаления мест укладки от базы доставка секций на трассу вызывает все возрастающие транспортные расходы. По­ этому сварочные базы периодически со всем оборудованием и осна­ щением перемещают с одного участка на другой.

На рис. 35 дана схема расположения на трассе сварочных баз JSi, Бг, Б з или последовательность установки одной и той же базы по мере ее перемещения. Стрелки указывают направление раз­ возки секций по трассе.

Расстояние L между двумя соседними базами (или между оче­ редными положениями одной и той же базы) не всегда постоянно и определяется технико-экономическими соображениями (состоя­ нием дорог, наличием транспортных средств и т. п.).

Базы располагают в непосредственной близости от железно­ дорожных станций, на которые прибывают трубы. Но в некоторых случаях может оказаться более выгодным перевозить на большие расстояния трубы со станций, а не секции, имеющие значитель­ ный вес, с базы на трассу.

79

Сварку можно выполнять не только на стальной подкладке, привариваемой к стыку, но и на других подкладках, впоследствии удаляемых из трубы. Были опробованы удаляемые подкладки нескольких типов. Например, институт ВНИИСТ предложил мед­ ную разъемную подкладку секторного типа, которую перед свар­ кой вводят в трубу (на штанге) и разжимают против стыка. По окончании сварки подкладку отнимают от готового стыка и на штанге перемещают к следующему стыку.

Подкладки из бумажной массы, изготовляемые методом ва­ куумного осаждения, предложил автор настоящей книги. На внеш­ ней поверхности подкладки имеется кольцевая выемка шириной около 25 мм, заполняемая флюсом. Закрепляется флюс благо­ даря запрессовке и проклеивашпо жидким стеклом (или другим клеящим материалом). При сборке стыка подкладку помещают под него так, что ее флюсовая поверхность закрывает зазор. Ча­ стично деформированная и обгоревшая в процессе сварки под­ кладка легко удаляется при промывке или продувке трубопровода. Рекомендуется выпускать подкладку с наполнителями, способ­ ствующими ее дроблению при продувке.

Существуют также керамические подкладки, удаляемые, как и бумажные, при прочистке трубопровода.

Все перечисленные подкладки, кроме стальных остающихся, широкого распространения не получили.

Избавиться от внутренней кольцевой подкладки можно за счет комбинированного процесса, при котором первый слой (а иногда и второй) выполняют ручной дуговой сваркой, а последую­ щие слои — автоматической под флюсом. В этом случае подклад­ кой является первый слой.

Такой способ применили, например, при сооружении Транс­ канадского газопровода. На этом строительстве трубы длиной 12 м сваривали в звенья длиной 24 м. Сначала на одном стеллаже два сварщика, работая одновременно, накладывали на стык звена первый слой. Затем звено перекатывали на другой стеллаж, где два других сварщика накладывали второй слой. После этого пере­ мещали звено на стенд для поворотной автоматической сварки третьего и четвертого (усилительного) слоев. Для сварки под флюсом использовали двухдуговой автомат Линкольн, питающийся от двух агрегатов, дающих ток 600 а каждый.

Для наложения первого слоя применяют обычно высококаче­ ственные электроды типа 950А. Низкое качество первого слоя может оказать неблагоприятное воздействие на вышележащие слои наплавленного металла, вызвав в нем пористость и другие де­ фекты.

Сварочные базы

В начальный период использования сварочных баз их распо­ лагали в помещениях каркасного типа, легко разбираемых при перевозке на новое место. В дальнейшем в ряде случаев решили

отказаться от крытого помещения. Оказалось достаточным за­ щитить лишь место сварки передвижными будками, палатками и т. п. Во многих районах страны с умеренным климатом базы об­ легченного типа получили широкое распространение.

Однако в условиях Сибири применяют утепленные базы. В не­ которых случаях их создают в стационарных зданиях. Базы та­ кого типа оправдывают себя, если они расположены на узлах пепесечения нескольких тпчбоппопоттых

н и я п р и х в а т о к ; 4 — сбороч н ы й к о н д у к то р ; 5 — св ар о ч н ы й а гр е га т А С Д -3; 6 — со б р а н н ая

Трубы, доставленные на базу, складывают в штабеля и по мере надобности подают автокраном или трубоукладчиком на сборочные стеллажи.

Эти стеллажи, расположенные вдоль всей площадки базы, представляют собой единую горизонтальную металлическую раму (из стальных труб или профильного проката) или ряд труб, уло­ женных перпендикулярно к сборочному кондуктору.

На сборочных стеллажах выполняют подготовительные опе­ рации. Здесь же вставляют подкладные кольца в один из концов каждой трубы.

При осевом смещении (стяжке) секции на сборочном кондук­ торе подкладные кольца вдвигают в свободные концы соединяе­ мых труб.

8 2

Длина собираемых секций 18—48 ж. Чем больше эта длина, тем выше экономическая эффективность сварочной базы. Длина секции ограничивается грузоподъемностью и проходимостью тру­ бовозов.

Со сборочного кондуктора секцию подают на промежуточные стеллажи, где проверяют качество сборки.

Сварочный стенд па базе может быть разной конструкции. Наибольшая точность и равномерность вращения обеспечиваются при использовании стенда из отдельных роликоопор (рис. 38). Роликоопоры устанавливают непосредственно на отрнхтованный

Рис. 38. Роликоопора сварочного стенда.

грунт, на досчатый настил или на металлические балки. Число роликоопор определяется длиной и весом секции. Обычно уста­ навливают 4—10 опор.

Вращатель (см. рис. 37) на базах открытого типа в большин­ стве случаев торцовый, требующий мало времени на установку трубы и обеспечивающий достаточную равномерность хода.

Торцовым вращателем, помещенным в конце сварочного стенда, сварщик управляет со своего рабочего места. Пульт упра­ вления расположен на панели сварочного автомата.

Место сварки укрывают от дождя и солнца легкой палаткой, имеющей только боковые стенки. Палатку подвешивают на бло­ ках и перемещают на одном или двух тросах, туго натянутых вдоль сварочного стенда. Трос укрепляют на металлических опорах, установленных на концах стенда.

Палатка предохраняет одновременно два стыка секции: один свариваемый, а другой подсушиваемый электрическим нагрева­ телем.

Для сварки применяют автомат ПТ-6 (ПТ-56).

Питание автомата сварочным током, привод его двигателя, а также привод вращателя осуществляются от агрегата с двигате­ лем внутреннего сгорания. Обычно применяют сварочные агре­ гаты ЛСД-3, ПАС-400 и др.

Провода, идущие от сварочного автомата к вращателю, объ­ единены в общий пучок или гирлянду. Гирлянда подвешена на

VII л2

Рис. 39. Электрическая схема сварочной установки.

проволоке (натянутой над сварочным стендом) и перемещается

гателя автомата от добавочной щетки генератора и для питания двигателя вращателя. Для управления вращателем с пульта авто­ мата предусмотрена гирлянда V (семижильная).

84

Процесс сварки

Производительность сварки определяется сварочным режимом, формой шва (зависящей от угла скоса кромок и их притупления, а также от величины зазора) и числом его слоев.

Скос кромок и зазор между ними необходимы для оплавления дуговыми газами и кратером дуги поверхностей стыка по всей толщине стенок труб. Отсутствие достаточного проплавления хотя бы на небольшом участке кромок создает непровар — наи­ более опасный дефект шва. Кромки обычно скашивают под углом 30°, а зазор устанавливают 1,5—2,5 мм.

Количество наплавленного металла шва прямо пропорцио­ нально пйощади его поперечного сечения или углу раскрытия кро­ мок. Следовательно, при уменьшении угла раскрытия кромок или сокращении величины зазора в пределах, обеспечивающих нор­ мальный процесс сварки, уменьшается и количество наплавлен­ ного металла.

Исследования, проведенные в производственных условиях инж. Кшондзером [10], показали реальную возможность умень­ шения скоса кромок до 15—17,5°. При разделке стыка 30—35° сварку выполняют в один или полтора слоя. Расход материалов и продолжительность сварки сокращаются почти вдвое.

При обычной разделке стыка шов выполняют в два или в три слоя.

Если сваривают трубы из сталей с повышенным содержанием углерода или из низколегированных сталей, число слоев уста­ навливают из такого расчета, чтобы высота каждого из них пре­ вышала высоты зоны термического влияния.

Тепло сварочной дуги вызывает полезные структурные изме­ нения наплавленного металла нижележащего слоя (перекристал­ лизацию и измельчение зерна). Поэтому, если сваривают трубы из углеродистых и низколегированных сталей с обычной раздел­ кой кромок многослойным швом, высота одного слоя должна быть такой, чтобы перекристаллизация (глубина зоны термического влияния) простиралась в пределах нижележащего слоя. Излиш­ нее углубление зоны термического влияния в нижележащие слои приводит к переплавлению металла, что снижает технико-эконо­ мические показатели процесса.

Сварочный режим

Элементами сварочного режима являются: а) сварочный ток (в а); б) напряжение дуги (в в); в) скорость подачи электрода (в м/час)\ г) скорость сварки (в м/час); д) смещение электрода относительно зенита (в градусах дуги или в мм).

В табл. 34 приведены режимы для сварки труб разных диамет­ ров. Эти режимы, полученные на основе наблюдений за работой сварщиков, являются усредненными. Опыт сварщиков-новаторов

85

свидетельствует о том, что при усовершенствовании технологии сварки режимы могут быть более форсированными.

Таблица 34

Ориентировочные режимы при сварке труб на остающейся подкладке1

700 и 800 мм применяют ток 550—600 а. При этом скорость сварки на трубах диаметром 700 мм 42—48 м/час, а на трубах диаметром 800 мм около 52 м/час. Если бы использовались более мощные агрегаты, то сварку можно было бы вести на токе еще большей силы.

Производительность труда при сварке труб диаметром 500— 700 мм 28—35 стыков в смену, при сварке труб диаметром 800 мм 24—28 стыков. Некоторые сварщики выполняют до 45 стыков в смену.

Рассмотрим роль и значение отдельных элементов сварочного режима.

Н а п р я ж е н и е д у г и . Дуга, горящая под флюсом, пла­ вит сварочную проволоку, металл кромок и флюс. Напряжение дуги при автоматической сварке определяет форму шва. Повыше­ ние напряжения дуги сопровождается увеличением ее длины. Короткая дуга обеспечивает глубокое проплавление (провар), границей дугового пространства является в большей мере металл, чем флюс. Количество расплавляющегося флюса при этом невелико и нагрев его теплом наружных кромок незначителен. В резуль­ тате сварки короткой дугой валик шва получается узким.

8 6

При увеличении длины дуга горит над металлом, вследствие чего возрастают объем расплавленного флюса и объем газового пузыря, окружающего дугу. Тепло флюса и шлака передается кромкам н прилежащей к ним наружной поверхности трубы; это приводит к расширению зоны плавления, к увеличению ши­ рины шва и уменьшению его высоты.

С повышением напряжения увеличивается расход флюса, переплавляющегося в шлак. Влияние напряжения на глубину проплавления кромок сравнительно невелико при толщине сте­ нок, характерной для труб, из которых сооружают магистраль­ ные трубопроводы.

Напряжение при сварке очередного слоя может сохраняться неизменным. Хотя это и не создает оптимальных условий, но обеспечивает возможность не менять параметры режима через каждые несколько минут, т. е. предотвращает ошибки и наруше­ ния качества шва в начальный момент сварки.

рых зависят производительность сварки, форма поверхности шва и его качество. При увеличении тока повышается скорость расплавления электродной проволоки. Одновременно возрастает количество тепла, нагревающего металл труб.

Давление дуговых газов пропорционально квадрату величины тока. Поэтому при возрастании тока жидкий металл оттесняется с поверхности кратера под электродом и создаются условия для увеличения глубины проплавления.

Большое влияние на процесс сварки оказывает диаметр элек­ тродной проволоки. При использовании проволоки малых диа­ метров (например, 2 мм) плотность тока в дуге достигает 60— 80 а/ммг. Благодаря этому прекращается блуждание дуги по тор­ цовой поверхности плавящегося конца проволоки, так как катод­ ное пятно занимает практически всю площадь торца электрода. Жидкий металл оттесняется более интенсивно, и глубина про­ плавления возрастает.

Производительность сварочного процесса, выраженная весом наплавленного металла на единицу времени, определяется из

87

Формула (V.4) раскрывает зависимость между сварочным то­ ком и скоростью сварки.

Скорость сварки г?св, скорость подачи проволоки vnon, а также ее диаметр влияют на площадь поперечного сечения шва (валика наплавленного металла). Зависимость между этими величинами может быть выражена следующим соотношением:

Сварочный ток, как указывалось выше, влияет на глубину проплавления кромок основного металла. Последствия увеличенной глубины провара могут сказаться на механических свойствах шва, на его химическом составе и на структуре сварного соеди­ нения.

Механические свойства и химический состав шва опреде­ ляются не только сварочной проволокой и маркой флюса, но и количеством основного металла, расплавившегося и смешавше­ гося с присадочным металлом.

Качество металла труб и свойства присадочного металла, перешедшего через сварочную дугу, не равноценны. Материал труб представляет собой металл с ликвационными зонами, содер­ жащий большее количество серы, фосфора и растворенных газов, чем сварочная проволока. Поэтому, чем больше в шве трубного металла, тем его качество ниже.

Доля трубного материала в шве \ равна отношению площади проплавления основного металла (рис. 40) к площади всего свар­

где F0 — площадь проплавления в см2.

Величина £ зависит главным образом от глубины ироплавления ЛПр. Между глубиной проплавления и сварочным (рабочим) током существует следующая линейная зависимость:

где к — коэффициент пропорциональности в мм/100 а (табл. 35).

88