Мустафин Ф.М. - Сварка трубопроводов

пытки сварщика избавиться от козырька, повернув электрод или энергично "воздействуя" на него, приводят к образованию зашла­ кованных "карманов" и пор под "карманами". Другим важным по­ казателем качества электродов являются требования к обеспече­ нию минимальной влажности при сварке электродами с основным видом покрытия и поддержание ее в определенных пределах при сварке электродами с целлюлозным видом покрытия.

В случае использования электродов с основным видом покры­ тия повышенная влажность приводит к образованию холодных трещин в металле шва и зоне термического влияния, способствует порообразованию, вызывает дефекты формы шва в связи с ухуд­ шением технологичности электродов (нестабильное горение дуги, разбрызгивание, ухудшение отделимости шлака).

Наиболее действенным средством обеспечения перед началом работ допустимого уровня влаги основного электродного покры­ тия является прокалка электродов непосредственно перед свар­ кой. Однако требования к режимам термообработки весьма про­ тиворечивы и колеблются в довольно широких пределах как по температуре (от 250 до 450 °С), так и по времени выдержки (от 0,5 до 2,5 ч).

Естественно, что на эффективность того или иного из выбран­ ных режимов прокалки могут влиять самые различные факторы, начиная с условий производства (рецептура покрытия, характери­ стики связующего, режимы заводской термообработки, вид упа­ ковки) и кончая условиями транспортировки и хранения; Однако в настоящее время при сварке стыков газонефтепроводов призна­ но целесообразным использовать сушильно-прокалочные устрой­ ства с единым, заранее установленным режимом термообработки электродов.

При монтаже используется весьма широкая номенклатура электродов с основным видом покрытия, различающихся как по технологии производства, так и по типу упаковки.

За критический уровень влаги основного покрытия перед употреблением электродов чаще всего принимают величину 0,3 %. Что же касается влажности электродов с целлюлозным видом по­ крытия, то требования к ней неоднозначны. Если электроды пере­ сушены (на заводе, при повторной сушке или в процессе сварки — отсутствие огарков), то в металле шва возникают поры. Если элек­ троды переувлажнены, то их технологичность резко ухудшается

75

(нестабильное горение дуги, потеря втулкой прочности, сильное разбрызгивание). Поэтому влажность целлюлозного покрытия должна поддерживаться в определенных пределах. Если упаковка электродов герметична, например жестяные банки запаяны, то их можно использовать без предварительной термообработки. Если эти условия нарушаются, то перед сваркой необходимо их слегка просушить по режиму, указанному в табл. 3.3.

В зависимости от типа электродов и прочностного класса сва­ риваемых сталей регламентируется допустимое время выдержки электродов перед сваркой и возможное число повторных термо­ обработок (табл. 3.4).

Существуют различные методы организации сварочно-мон- тажных работ при строительстве магистральных и промысловых трубопроводов. Эти методы предусматривают сварку трубопрово­ да в нитку из трехтрубных секций, заранее сваренных на трубо­ сварочной базе, или присоединением отдельных труб. Перечис­ лим основные:

Метод последовательного наращивания. Бригада сварщиков состоит из одного звена. Каждый сварщик обычно сваривает один слой шва (корневой, "горячего" прохода, заполняющий, облицо­ вочный) . При малых диаметрах трубопровода и небольшой толщине труб каждый сварщик может сваривать весь стык от начала до конца.

Поточно-групповой метод. Бригада сварщиков состоит из двух или трех звеньев. Первое звено выполняет корневой слой шва и "горячего" прохода. Остальные звенья выполняют заполня­ ющий и облицовочный слои шва.

Поточно-групповой метод сварки с расчленением операций

сварки корневого слоя шва и "горячего" прохода, т. е. при работе по этому варианту головная группа состоит из двух звеньев свар­ щиков: одно звено, выполнив сварку только корневого слоя шва, переходит к следующему стыку, а на его место приходит другое

76

Таблица 3.4

Поточно-расчлененный метод сварки с расчленением опера­ ций не только в головной группе, но и при выполнении заполняю­ щих и облицовочного слоев шва. При работе по этому методу каж­ дый сварщик при выполнении сварки заполняющих и облицовоч­ ного слоев шва сваривает на каждом стыке только "свой" опреде­ ленный сектор данного слоя и, закончив эту работу, сразу же переходит на следующий стык. Для этого метода характерна мак­ симальная специализация сварщиков. Данный метод целесооб­ разно применять только при условии расчленения операций в го­ ловном звене.

На практике наибольшее распространение получил поточнорасчлененный метод. Сборка и сварка секций труб на трассе по- точно-расчлененным методом охватывает комплекс работ, в кото­ рый входят следующие трудовые процессы:

77

подготовка стыков секций труб к сборке и сварке; сборка и сварка корневого слоя шва; сварка второго слоя шва — "горячего" прохода;

сварка заполняющего и облицовочного слоев шва.

Сварку секций труб на трассе поточно-расчлененным мето­ дом осуществляют в три технологических этапа:

I этап — подготовка стыков секций труб к сборке и сварке.

В состав работ входят: правка или обрезка дефектных кромок стыков; очистка внутренней полости секций; зачистка кро­ мок стыков; выкладка труб или секций труб вдоль трассы для цент­ ровки.

II этап — сварка первого (корневого) и второго ("горячего" прохода) слоев шва.

В состав работ входят: центровка стыка и установка зазора; предварительный подогрев кромок стыков секций; сварка корне­ вого слоя шва и "горячего" прохода.

III этап — сварка заполняющего и облицовочного слоев шва. Технологические этапы подразделяют на пять характерных

зон выполнения операций:

подготовка стыков секций труб к сборке и сварке; предварительный подогрев кромок стыка секций, подготов­

ленных к сборке; центровка стыков секций с ниткой трубопровода и сварка

корневого слоя шва; сварка "горячего" прохода;

сварка заполняющего и облицовочного шва.

При строительстве нефтепровода Каспийского трубопровод­ ного консорциума (КТК) сварку неповоротных стыков труб в ли­ нейном потоке осуществляли по двум технологическим вариантам ручной дуговой сварки:

Вариант № 1 (комбинированная технология). Корневой слой шва и "горячий" проход выполняли электродами с целлюлозным видом покрытия, последующие слои — электродами с основным видом покрытия.

Вариант № 2. Корневой слой и все последующие слои шва — электродами с основным видом покрытия.

Первый вариант сварки был наиболее предпочтительным, так как позволял значительно увеличить темп сварки и производи­ тельность работы бригады при высоком качестве выполнения корне-

78

вого слоя шва. Использовали как для сварки неповоротных стыков труб на линейной части нефтепровода, так и для сварки захлестов.

Второй вариант сварки применяли для сварки неповоротных стыков на линейной части нефтепровода в случае невозможности применения электродов с целлюлозным видом покрытия по объективным причинам. Его также использовали для сварки захлесточных соединений.

Комбинации сварочных электродов, использованных для руч­ ной дуговой сварки неповоротных стыков труб из стали класса Х65 и Х70, приведены в табл. 4.7 и 4.8.

Ручная дуговая сварка осуществлялась от источников тока, обеспечивающих специальные характеристики дуги. Сварку элек­ тродами с целлюлозным видом покрытия производили только от современных источников тока: выпрямителей с тиристорным уп­ равлением, например моделей Idealarc DC-400, RCR-500, LHF или их аналогов; инверторных источников тока, например Invertec V300-1; автономных дизельных источников Commander 400 или их аналогов.

3.1.2. Оборудование для ручной дуговой сварки

3.1.2.1. Источники питания для ручной дуговой сварки

Качество и производительность сварки стыков магистральных и промысловых трубопроводов в значительной степени зависят от технологических характеристик и конструкции источников сварочного тока. В качестве сварочных источников тока в монтаж­ ных условиях применяют коллекторные генераторы, вентильные бесколлекторные генераторы и выпрямители. Для удобства эксп­ луатации сварочные источники тока компонуют в однопостовые или многопостовые сварочные агрегаты (см. рис. 3.11), которые выпускаются промышленностью в передвижном (на прицепе) и самоходном (на тракторе) исполнении. Многопостовые агрега­ ты, помимо сварочного источника тока, имеют источник электри­ ческой энергии для питания электрического инструмента и осве­ щения, электропечи для термообработки электродов. Имеются также устройство для намотки кабелей, емкости для хранения ин­ струмента.

79

Рис. 3.11. Сварочный агрегат:

1 — генератор; 2 — двигатель; 3 — регулятор скорости вращения; 4 — бак с горючим

3.1.2.2. Требования к источникам тока при сварке трубопроводов

Для повышения стабильности процесса ручной дуговой свар­ ки покрытыми электродами источники тока должны иметь круто­ падающую вольт-амперную характеристику. Для применяемых в трубопроводном строительстве электродов требуется также

ипостоянный ток. Выполнение этих двух требований — крутопа­ дающей вольт-амперной характеристики и постоянного тока до недавнего времени вполне удовлетворяло сварщиков. Однако с ростом давления транспортируемого по трубопроводу продукта, его химической активности возросшие требования к трубным ста­ лям потребовали применения специальных электродов, которые должны обеспечивать соответствующие свойства различных сло­ ев шва и в целом сварного соединения. Ужесточаются требования

ик допустимым дефектам в шве. В этих условиях, помимо свароч­ ных материалов, решающее значение приобретают технологиче­ ские свойства сварочных источников тока и квалификация свар­ щика. Взаимосвязь между источником тока и сварщиком заклю­ чается в том, что на манипулирование электродом и длиной дуги источник питания должен соответствующим образом реагиро-

80

вать, регулируя энергию сварочной дуги, а соответственно, и плав­ ление электродов. Так, при сварке корневого слоя шва, когда име­ ют место неточности сборки стыка, притупления кромок и зазора по периметру, сварщику для обеспечения качества необходимо

дуги и наклоняя электрод, при условии, что источник тока имеет небольшой наклон статической вольт-амперной характеристики в рабочей точке. Как видно на рис. 3.12, при увеличении длины дуги ее нормированная характеристика из начального состояния 2 перейдет в положение 3. При этом рабочая точка А горения дуги переместится по вольт-амперной характеристике источника тока в точку Б. Соответственно, сварочный ток уменьшится на величи­ ну А/ = 1А — 1С. Таким образом, можно существенно уменьшить или увеличить (при сокращении длины дуги) сварочный ток, реа­ гируя на изменение зазора или притупления кромок труб в стыке при сварке корневого слоя шва, добиваясь качественного его фор­ мирования. В случае крутопадающей вольт-амперной характери­ стики источника питания (рис. 3.12, кривая 4), при изменении длины дуги ее рабочая точка переместится из Л в Си изменение сварочного тока AI = 1А — 1С значительно меньше, чем при сварке на пологопадающей характеристике, поэтому сварщик не может

Рис. 3.12. Схема изменения режима сварки при различных наклонах вольт-амперных характеристик

•at

отработать возмущения, связанные со сборкой стыка и притупле­ нием кромок. Следовательно, источник тока для сварки корневого слоя шва должен иметь пологопадающую вольт-амперную харак­ теристику в области рабочих токов.

При сварке заполняющих и облицовочного слоев шва, когда сварщик совершает продольные и поперечные колебания элект­ родом, необходимо обеспечить минимальное изменение свароч­ ного тока для равномерного проплавления кромок. Это требова­ ние выполняется, если источник питания имеет крутопадающую вольт-амперную характеристику в области рабочих токов. Чем круче наклон вольт-амперной характеристики в точке А (см. рис. 3.12), тем меньше ток отличается от первоначального при изменениях дли­ ны дуги. В идеальном случае, когда кривая вольт-амперной харак­ теристики перпендикулярна к оси токов, происходит стабилиза­ ция сварочного тока, т. е. он не зависит от длины дуги. Следова­ тельно, для сварки заполняющих и облицовочного слоев шва ис­ точник тока должен иметь крутопадающую вольт-амперную характеристику.

Кроме того, для качественной сварки неповоротных стыков трубопроводов в условиях непрерывно изменяющегося простран­ ственного положения сварочной ванны источник тока должен иметь хорошие динамические свойства, обеспечивать быстрый рост напряжения при переходе от короткого замыкания к горе­ нию дуги, оптимальную скорость изменения тока для снижения разбрызгивания, связанного с переходом капель расплавленного электрода в сварочную ванну, и выполнение других требований, которые регламентируются ГОСТ 25616 —83. Источники питания для дуговой сварки. Методы испытания сварочных свойств.

3.1.2.3. Агрегаты с коллекторными генераторами

Генератор постоянного тока (рис. 3.13) — основной узел сва­ рочных агрегатов. В трубопроводном строительстве в составе сва­ рочных агрегатов используют однопостовые коллекторные генераторы ГСО-300-5, ГД-310, ГД-3120, а также двухпостовой генератор ГСМ-500 [26, 28].

Коллекторные генераторы ГСО-300-5, ГД-3120 и ГД-310 имеют одинаковую электромагнитную схему и различаются пределами

82

Плавная

регулировка внутри диапазона

Диапазон

больших

токов

U, В Ступенчатое переключение переключателем П

Диапазон

больших

токов

Рис. 3.13. Сварочный генератор:

а — с независимым возбуждением; б — с самовозбуждением; ОН — об­ мотка намагничивающая; ОР — обмотка размагничивающая; Фн — маг­ нитный поток намагничивающей обмотки; Фр — магнитный поток раз­ магничивающей обмотки

83