13.2.Сварка в защитных газах

Сварка в защитных газах (С0₂ или СО₂ + Аr) вследствие меньшей вероятности стекания расплавленного металла широко применяется при монтаже трубопроводов. Более узкая раз­делка кромок, характерная для этого метода, обеспечивает увеличение производительности сварочных работ.

При сварке неповоротных стыков на трассе приме­няют механизированную или автоматическую сварку. Подготовка кромок под сварку выполняется двумя станками, подвешенными на стре­лах трубоукладчиков. Каждый станок закрепляют на внутренней поверхности трубы, после чего его шесть рез­цовых головок обрабатывают торец трубы, а стальные проволочные щетки зачищают кромки в зоне сварки. После зачистки кромок на некотором расстоя­нии от торца трубы устанавливают и закрепляют ленту-пояс, по кромкам которой будут перемещать­ся отжимной и неподвижный ролики сварочных голо­вок при сварке наружных слоев шва.

Стык труб под сварку собирают с помощью трубо­укладчика и внутреннего самоходного гидравлического центратора. Центратор оснащен шестью свароч­ными головками, размещенными между двумя ряда­ми центрирующих элементов. Эти головки выполня­ют корневой шов с внутренней стороны трубы, перемеща­ясь по направляющим неподвижного центратора. Каждая сварочная головка сваривает 1/6 часть окружности сты­ка. Защитный газ в зоны сварки подается из баллона. Сварку одновременно ведут три головки одной (правой или левой) половины стыка, начиная от зенита и пе­ремещаясь в направлении сверху вниз от своих исход­ных позиций. Затем три автомата другой поло­вины завершают сварку корня шва.

Еще до окончания сварки корневого слоя на участ­ках стыка с проваренным изнутри корнем шва начинают сварку двумя автоматами первого наружного слоя. Сварка производится в направлении сверху вниз без колебаний электродной проволоки. После сварки первого слоя наружные сварочные автоматы снимают и переносят к очередному стыку. Трубоукладчик опускает трубу на монтажную опору и переходит к месту сборки с ниткой трубопровода следующей трубы. Места соединения отдельных участков одного слоя шва (замки) зашлифовывают абразивными кругами, а весь слой зачи­щают металлическими щетками. Сварку последующих заполняющих и облицовочных слоев ведут аналогичным образом. На направляющий пояс поочередно устанавли­вают автоматы для сварки каждого наружного слоя, настроенные постоянно на определенный режим сварки.

13.3.Контактная сварка труб

При контактной сварке стыков труб оплавлением сварное соединение получается одновременно по всему периметру стыка, что создает лучшие условия для механизации и достижения высокой производительности сварочных работ.

Применяются два способа сварки стыков труб; базо­вый и трассовый. На полевых базах производят сварку труб в трехтрубные секции стационарными трубосвароч­ными контактными установками типа ТКУС (рис. 121).

Рис.121. Схема трубосварочной базы с использованием контактной сварки типа ТКУС

Тру­бы, укладываемые трубоукладчиками 2, с наклонного стел­лажа 1 подаются отсекателем 3 на место 4 зачистки по­верхности труб контактной кольцевой полосы. Зачищенная труба перегружателем подается на роликовый конвейер 5 (рис.121) и затем роликами продольного пере­мещения на роликовый конвейер 11, надеваясь при этом на штангу 10 с гратоснимателем 8. Конец трубы зажимает­ся в сварочной головке 16, соединенной с гидропневмосистемой 15. Место сварки укрыто палаткой 9. Управление процессом сварки осуществляют с пульта 13. На базе име­ется передвижная электростанция 14. Вторая труба после зачистки тоже подается в сварочную головку, и произво­дится сварка. В горячем состоянии удаляют внутренний грат при помощи гратоснимателя 8, включая механизм продольного хода 12. Затем секция перемещается к меха­низму 7 удаления наружного грата и в конец стенда. На роликовый конвейер 11 подается еще одна труба и при­варивается к двухтрубной секции. Готовая трехтрубная секция поступает на стеллаж 6 готовой продукции.

Сварочная головка обеспечивает зажим трубы, центровку труб, перемещение трубы в осевом направлении при оплавлении и осадку при сварке. Головки разделяются на: наружные, сварочный трансформатор и все механизмы ко­торых расположены снаружи свариваемых труб; комби­нированные, в которых силовые механизмы центровки и осадки располагаются внутри трубы, а сварочные транс­форматоры и токоподводящие механизмы — снаружи; внутритрубные, в которых все силовые механизмы и сва­рочный трансформатор располагаются внутри свариваемых труб. Наружные головки (машины) применяют для свар­ки труб относительно малых диаметров (от114 до 530мм). Для сварки труб большого диаметра наружные головки делаются громоздкими и тяжелыми. Доступ для осмотра свариваемого стыка становится затруднительным. Комби­нированные головки применяют для сварки труб средних диаметров (от 720 до 1020мм) в стационарных условиях. Внутритрубные машины применяют для сварки труб боль­ших диаметров (больше 1220мм) как в стационарных, так и в трассовых условиях, когда машина последователь­но передвигается от стыка к стыку.

Сварочный трансформатор наружных головок имеет кольцевой сердечник; первичную обмот­ку, равномерно или дискретно распре­деленную на сердечнике; вторичный виток, служащий также и для защиты первичной обмотки от брызг расплав­ленного металла. Концы вторичного витка прикреплены к медным контактным токоподводящим башмакам, при­жимающимся к наружной поверхности труб. Сварочный ток проходит по вторичному витку через металл труб и стык между ними.

Зачистку поверхности трубы для обеспечения надеж­ного электрического контакта между поверхностью транс­форматора и токоподводящими башмаками осуществля­ют абразивным инструментом зачистной маши­ны. Она имеет полый ротор, электродвигатель с редук­тором, рычаги с абразивным инструментом, повора­чивающиеся относительно оси, противовесы и пружи­ны. Противовесами регулируется сила прижатия абра­зивного инструмента. При остановке ротора абразивный инструмент под действием пружин отходит от поверхнос­ти трубы. Зачистные машины установок типа ТКУС обес­печивают зачистку до металлического блеска полосы шириной 60-80мм на расстоянии 100-200мм от кон­цов труб.

Образовавшийся при сварке грат снаружи и внутри трубы удаляют на установках типа ТКУС в горячем состоя­нии при температуре 800-1400 °С. Внутренний гратосниматель состоит из водила, на котором укреп­лены бойки, удерживающиеся пружинами. Грат сби­вается бойками, прижимающимися к поверхности грата центробежными силами при вращении вала. Удаление на­ружного грата осуществляется аналогичным устройством . Принцип действия устройства такой же, как и у машины для зачистки контактных полос.

Для сварки труб большого диаметра (1420мм и больше) целесообразно использование сварочных голо­вок, расположенных внутри трубы. Такие внутритрубные машины имеют кольцевой транс­форматор с магнитопроводом, вторичным витком и контактными башмаками. Передвижная установка "Север-1" (рис.122).

Рис.122. Внутритрубная установка “Север-1” для сборки и сварки стыков магистральных трубопроводов большого диаметра

Сконструированная по такому принци­пу, имеет механизм перемещения 1, внутренний гратосниматель 2 и электродвигатели 3 с насосной установкой 4, смонтированные в заднем блоке, соединенном с передней сварочной частью шарниром, закрытым кожухом 6. Хо­довая часть состоит из приводных роликов, расположен­ных по окружности и прижимаемых к внутренней поверх­ности трубы для создания тягового усилия. Поддержи­вающие ролики 5 расположены равномерно по длине. Внутритрубный центратор с распорными патронами 7 и 8 создает суммарное радиальное усилие 10-14 МН, что обеспечивает передачу усилия осадки при сварке до 4 МН.

Сварка труб осуществляется следующим образом. Ма­шина заводится в свариваемую трубу так, чтобы торец трубы располагался посередине зазора между токоподво­дящими вкладышами 6 (рис.123).

Рис.123. Сварочная головка внутритрубной машины

При срабатывании ци­линдров 12 корпус цилиндра перемещается вместе с тележ­кой 11 и распорным кольцом 9, поворачивает серьгами 8 рычаги 10 в радиальном направлении, и прижимные вкладыши 7 зажимают изнутри свариваемую трубу. Коль­цевой сварочный трансформатор 5 жестко установлен на штанге 3, в полости которой расположены токоподводя­щие силовые кабели трансформатора и кабели управле­ния. Вторичный виток трансформатора гибкими шинами соединен с токоподводящими вкладышами 6, которые в этот момент тоже прижимаются к трубе.

Вторая труба надвигается до упора в торец первой. Зажатие вторым зажимом происходит аналогично, только штоки цилиндров отталкиваются не от неподвижного бло­ка, а от фланца обоймы 2. Затем включается сварочный трансформатор, срабатывает цилиндр 1 осадки, и подвиж­ный зажим 4 подает трубу к трубе. Под воздействием сварочного тока торцы труб оплавляются и разогреваются. После достаточного разогрева, определяемого программой сварки, происходит осадка. После сварки механизмы воз­вращаются в исходное положение, и машина с помощью своего механизма перемещения передвигается к следую­щему стыку. Внутренний грат удаляется при подходе гратоснимателя 2 (см. рис.122) к стыку. Наружный грат удаляют навесным агрегатом, имеющим шесть фрезерных головок, каждая из которых очищает свой сектор трубы. Агрегат подвешивается на стреле трубоукладчика.

Зачистка контактных полос перед сваркой осущест­вляется отдельным агрегатом, подвешенным на стреле трубоукладчика и имеющим четыре рабочих головки с иглофрезами. Время очистки полосы 80 с. Производитель­ность внутритрубной машины 6 стыков в час.

При работе внутритрубной машины на трас­се участок оснащен тракторами с подъемной стрелой, трубоукладчиком, передвижной электростанцией, трактором с подвесной машиной для зачистки контакт­ной полосы на внутренней поверхности трубы и индукто­ром для термообработки стыков. Для подключения внутритрубной машины к электростанции предусмотре­ны кабель, штепсельный разъем и кабель-удлини­тель.