Автор статьи
Валерия
Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Введение
Выбор сборочно-сварочных оборудования и приспособлений (оснастки) производится в соответствии с предварительно избранными способами сборкисварки узлов. При разработке данного вопроса необходимо учитывать то, что выбор сборочно-сварочного оборудования и приспособлений должен обеспечить следующее: − уменьшение трудоёмкости работ, повышение производительности труда, хранение длительности производственного цикла; − облегчение условий труда; − повышение точности работ, улучшение качества продукции, сохранение заданной формы свариваемых изделий путём соответствующего закрепления их для уменьшения деформаций при сварке. Приспособления должны удовлетворять следующим требованиям: − обеспечивать доступность к местам установки деталей к рукояткам зажимных и фиксирующих устройств, к местам прихватов и сварки; − обеспечивать наивыгоднейший порядок сборки; − должны быть достаточно прочными и жёсткими, чтобы обеспечить точное закрепление деталей в требуемом положении и препятствовать их деформации при сварке; − обеспечивать такие положения изделий, при которых было бы наименьшее число поворотов, как при наложении прихваток, так и при сварке; − обеспечивать свободный доступ при проверке изделия; − обеспечивать безопасное выполнение сборочно-сварочных работ. В проекте для изготовления трубопровода выбрано стандартное сборочное оборудование и приспособления. Целью исследования является анализ сварочно-монтажных работ при сооружении магистральных трубопроводов. Задачи исследования: описание объектов исследования, сведения о порядке сооружения или ремонта объектов транспорта и хранения нефти, нефтепродуктов и газа, результаты расчетов. Описание технологий выполнения тех или иных работ, а также особенности их выполнения. Объектом исследования является сооружение магистральных трубопроводов. Предмет исследования – сварочно-монтажные работы. Методы исследования: теоретические (изучение, анализ и синтез литературы по рассматриваемой проблеме; анализ предмета исследования; обобщение результатов исследования); эмпирические (изучение нормативных документов, анализ документации, анализ результатов механических испытаний; экспериментальные (механические испытания сварных соединений). Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.Глава 1. Теоретические аспекты сварочно-монтажных работ при сооружении магистральных трубопроводов
1.1 Сварная конструкция
Магистральные трубопроводы — это трубопроводы и отводы от них диаметром до 1420 мм включительно с избыточным давлением среды свыше 1,18 МПа (12 кгс/см2 ) до 15 МПа (153 кгс/см2 ). Магистральные трубопроводы транспортируют: нефть и нефтепродукты (включая стабильный конденсат и стабильный бензин)от мест их добычи, производства или хранения до мест потребления. При этом к стабильному конденсату и бензину следует относить углеводороды (и их смеси), имеющие упругость насыщенных паров менее 0,2 МПа (2 кгс/см2 ) при температуре плюс 20°С; сжиженный углеводородный газ фракций С3 и С4 и их смеси, нестабильный бензин и конденсат нефтяного газа и другие сжиженные углеводороды из районов их добычи или производства до места потребления; товарную продукцию в пределах компрессорных и нефтеперекачивающих станций, станций подземного хранения газа, дожимных компрессорных станций, газораспределительных станций и узлов замера расхода газа; воду в системах отопления и прочих системах водоснабжения и пара с температурой до 250°С; импульсный, топливный и пусковой газ для компрессорных станций, станций подземного хранения газа, газораспределительных станций и узлов замера расхода газ, а также для пунктов редуцирования газа. Материалом для труб магистральных трубопроводов является сталь. По способу изготовления трубы для магистральных трубопроводов делятся на бесшовные, электросварные прямошовные и сварные со спиральным швом. Трубы диаметром до 500 мм включительно изготавливаются из спокойных и полуспокойных углеродистых и низколегированных сталей. Трубы диаметром до 1020 мм изготавливаются из спокойных и полуспокойных низколегированных сталей. А при изготовлении труб диаметром до 1420 мм применяются низколегированные стали в термически или термомеханически упрочненном состоянии. Сварное соединение труб должно быть равнопрочным основному металлу. При этом кривизна труб не должна быть больше, чем 1,5 мм на 1 м длины, а общая кривизна — не больше, чем 0,2 % длины трубы. Длина поставляемых заводом труб должна быть в пределах 10,5—11,6 м. В качестве материала для труб диаметром 1020 мм и более используется листовая и рулонная сталь, прошедшая 100%-ный контроль физическими неразрушающими методами (ультразвуком с последующей расшифровкой дефектных мест путём рентгеновского просвечивания). Трубопровод представляет собой замкнутую оболочку, изготовленную из листового проката. Он состоит из соединенных сваркой труб, ограниченных между собой промежуточными запорными арматурами, нагнетающими насосами. Трубопровод относится к сварным конструкциям со стенками из листов средней толщины от 2-12 мм, соединенных между собой стыковыми продольными, кольцевыми швами, выполняемыми с разделом кромок. Трубы изготавливаются по ГОСТ 10705-79. К сварным соединениям предъявляются высокие требования по плотности и прочности, поэтому стыковые швы должны быть сварены с гарантированным проваром металла по всей его толщине. Сварка продольных швов производиться с одной стороны. Давление рабочее в трубопроводе – не более 300 МПа, максимальная температура стенки – не более 475°С. Трубопровод относится к металоконструкциям со стенкой средней толщины (2 … 12 мм). Участок магистрального трубопровода (рисунок 1) состоит из линейной части и соединительных деталей, необходимых для подведения трубопровода к насосной станции. Линейная часть (позиция1,2,3,4) состоит из стальных прямошовных труб диаметром 720 мм и толщиной стенки 10 мм, сваренных в непрерывную нитку. Соединительными деталями линейной части трубопровода являются отвод (позиция 6), патрубок (позиция 8), концентрический переход (позиция 5) для соединения труб разного диаметра и фланец (позиция 7,9). Рисунок 1.1 − Эскиз трубопровода Трубопровод состоит из соединенных сваркой труб, ограниченных между собой промежуточными запорными арматурами, нагнетающими насосами. Стандартные электросварные прямошовные трубы, диаметром до 820 мм и толщиной стенки 7-12 мм из углеродистой и низколегированной стали.1.2 Выбор способа сварки
Ручная дуговая сварка Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием в настоящее время остается одним из самых распространенных методов. Используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой и мобильностью применяемого оборудования, возможность выполнения сварки в различных пространственных положениях и в местах, труднодоступных для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой сварки покрытым электродом – малая производительность процесса и зависимость качества сварного шва от практических навыков сварщика. К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный и переменный сварочный ток. Дуга 1 расплавляет металлический стержень электрода 2, его покрытие и основной металл 3 [6]. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель 4, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну 5. В сварочной ванне расплавленный металл электрода и основного металла смешивается, а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя шлаковую корку 6, как показано на рисунке 2. Рисунок 1.2 − Ручная дуговая сварка покрытым электродом При сварке низкоуглеродистой низколегированной стали используются электроды АНО – 1, СМ – 11, ОЗС – 2, ОК-46, УОНИ-13/55. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина 8 – 15 мм, длина 10 – 30 мм. Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет (15 – 35%). Преимущества ручной дуговой сварки − возможность сварки в любых пространственных положениях; − возможность сварки в местах с ограниченным доступом; − сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому; − возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов; − простота и транспортабельность сварочного оборудования. Недостатки ручной дуговой сварки − низкие КПД и производительность по сравнению с другими технологиями сварки; − качество соединений во многом зависит от квалификации сварщика; вредные условия процесса сварки. Автоматическая сварка в среде защитных газов Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промышленности. Этим способом можно соединять в различных пространственных положениях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей миллиметров до десятков миллиметров. В зону сварки защитный газ может подаваться центрально (рисунок 3), а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбоку. Для экономии расхода дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя раздельными потоками газов; наружный поток — обычно углекислый газ. Рисунок 1.3 – Схемы сварки в защитных газах а – неплавящийся электрод; б — плавящийся электрод; 1 – сварочная дуга; 2 – электрод; 3 — защитный газ; 4 – горелка; 5 – присадочная проволока Смесь инертных газов с активными рекомендуется применять и для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления и изменения формы шва, металлургической обработки расплавленного металла, повышения производительности сварки. При сварке в смеси газов повышается переход электродного металла в шов. Смесь аргона с 1—5% кислорода используют для сварки плавящимся электродом низкоуглеродистой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критический ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва. Смесь аргона с 10—25% углекислого газа применяют при сварке плавящимся электродом. Добавка углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образование пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла. Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) и с не более 5% кислорода используют при сварке плавящимся электродом углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупреждают пористость. Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке плавящимся электродом углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму, предохраняет шов от пористости. Тепловой дугой расплавляется основной металл и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны кристаллизуется, образуя сварной шов. В качестве защитного газа применяется аргон (гелий). Сварку выполняют проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм. Структура и свойства металла шва и околошовной зоны зависят от марки использованной проволоки, состава и свойств основного металла и режима сварки На свойства металла шва значительное влияние оказывает качество углекислого газа. При повышенном содержании азота и водорода, а также влаги в швах могут образовываться поры. Сварка в углекислом газе менее чувствительна к отрицательному влиянию ржавчины. Оптимальное расстояние от сопла горелки до изделия лежит в пределах 15- 25 мм. Если вылет электрода больше, то может нарушиться газовая защита сварочной ванны. При меньшем вылете электрода быстро изнашивается токоподводящий мундштук и ухудшаются условия формирования шва. Недостатками данного способа сварки являются: − дефицитность и высокая стоимость инертных защитных газов; − необходимость защиты сварщика от светового и теплового излучения. Достоинства способа: Основные преимущества сварки в среде защитных газов (по сравнению со сваркой под флюсом и сваркой электродами): − повышенная степень защиты металлов от окисления на открытом воздухе; удобство в использовании данного типа сварочного аппарата при работе в различных пространственных положениях; − при использовании в качестве защиты смеси газов К-18, на поверхности сварочного шва не возникает шлаковых включений и оксидов; − при использовании сварки в среде защитных газов возможно наблюдение за процессом формирования сварочного шва и его регулирование; − большая производительность и эффективность, чем при использовании дуговой сварки; − низкое разбрызгивание присадочного металла в смеси газов К-18. Области применения: Область применения сварки в среде защитных газов чрезвычайно широка. Её используют для соединения узлов летательных аппаратов, трубопроводов, для сварки тугоплавких (титана, ниобия и т.п.) и цветных металлов (алюминий, медь). Автоматическая сварка под слоем флюса Оптимальной особенностью данного способа сварки является то, что сварочная дуга горит не на открытом воздухе, а под слоем флюса, как показано на рисунке 1.4 Рисунок 1.4 − Автоматическая сварка под слоем флюса Под действием тепла дуги 1 расплавляется основной металл 2, электродная проволока 3 и часть флюса 5, непосредственно прилегающая к зоне сварки. Электродная проволока подается в зону сварки со скоростью ее плавления и переходит в сварочную ванну 4 в виде капель 6. Расплавленный флюс образует плотную эластичную оболочку – газовый пузырь 7, созданный слоем жидкого флюса 8. Внутри газового пузыря создается избыточное давление паров, которое и удерживает жидкий флюс и оттесняет часть расплавленного металла в противоположенном относительно направления сварки. После кристаллизации сварочной ванны образуется сварной шов 9, покрытый шлаковой коркой 10. Высокая производительность при сварке под слоем флюса достигается за счет использования больших токов и высоких плотностей тока в электроде. Благодаря плотному слою флюса, окружающему зону сварки, высокие значения сварочного тока и плотностей тока, потери электродного металла на разбрызгивание и угар не составляют, а так же не ухудшают условия формирования шва, кроме того предотвращается выдувание жидкого металла из сварочной ванны. Это позволяет производить сварку металла без разделки кромок на высоких скоростях. Основное назначение флюса – защита сварочной ванны от вредного воздействия кислорода и азота атмосферы. Для сварки низкоуглеродистых, низколегированных сталей в настоящее время применяют флюсы АН-17, АН-15, АН-42. Электродную проволоку выбирают по марке свариваемого металла. Сварку под слоем флюса можно выполнять как на переменном так и на постоянном токе. При сварке постоянном токе на процесс обычно ведут на обратной полярности. Существенным недостатком сварки под слоем флюса является возможность ее выполнения только в нижнем положении, т.к. при наклоне даже на 15° флюс ссыпается, а так же стекает жидкий металл. Автоматическая сварка под слоем флюса получила широкое распространение благодаря высокой производительности процесса. Достоинства способа: − повышенная производительность; − минимальные потери электродного металла (не более 2%); − отсутствие брызг; − максимально надёжная защита зоны сварки; − минимальная чувствительность к образованию оксидов; − мелкочешуйчатая поверхность металла шва в связи с высокой стабильностью процесса горения дуги; − не требуется защитных приспособлений от светового излучения, поскольку дуга горит под слоем флюса; − низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва; − малые затраты на подготовку кадров; − отсутствует влияния субъективного фактора. Недостатки способа: − трудозатраты с производством, хранением и подготовкой сварочных флюсов; − трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия; − неблагоприятное воздействие на оператора; − нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования. Области применения: − сварка в цеховых и монтажных условиях − сварка металлов от 1,5 до 150 мм и более; − сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов. − пути повышения производительности: − сварка (наплавка) независимой дугой, горящей между двумя электродами (к изделию ток не подводят); при большом расстоянии от дуги до поверхности изделия основной металл вообще не проплавляется. − сварка трёхфазной дугой, при которой глубина проплавления зависит от соотношения токов в дугах, горящих между электродами и изделием. − сварка разнородными дугами. Питание дуги между электродами и изделием осуществляется при этом постоянным током, а дуги между электродами — переменным током. − однофазная двухэлектродная наплавка, основанная на питании электродов и изделия от концов и середины вторичной обмотки сварочного трансформатора. − наплавка с подачей присадочной проволоки в дугу (к проволоке ток не подводят). − сварка (наплавка) по подкладке из металла требуемого химического состава и выполняющую функции теплопоглощения сварочной дуги и повышения коэффициента наплавки. − сварка комбинированной дугой (зависимой и независимой, горящей между основным и дополнительным электродами) − сварка расщеплённым электродом. − сварка (наплавка) ленточным электродом. − сварка многодуговая: в общую ванну; в разделённые ванны. Вывод: Из проведенного выше анализа и экономических соображений для сварки кольцевых швов трубопровода выбираем автоматическую сварку в среде инертных газов неплавящимся электродом, а скользящие опоры и швы прихваток будут свариваться ручной дуговой сваркой.Глава 2. Анализ сварочно-монтажных работ при сооружении магистральных трубопроводов
В настоящее время одним из лидеров мирового нефтяного рынка является Россия. По всей территории страны расположены малые, средние, крупные месторождения, поэтому актуален вопрос транспортировки нефтепродуктов. Для перекачки нефти и различных нефтепродуктов трубопроводный вид транспортировки является наиболее выгодным. Многие трубопроводы России были проложены в сложных природно-климатических условиях. Можно выделить ряд преимуществ трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов: низкие операционные издержки; низкая себестоимость перекачки; допустимость перекачки сразу нескольких сортов нефтепродуктов; малые потери нефтепродуктов при перекачке; бесперебойные поставки, вне зависимости от климатических условий и т.д. Более 90 % нефти, добываемой в стране, проходит по трубопроводам. Добывающие скважины соединены с нефтепромысловой инфраструктурой нефтепроводами [1]. Процесс строительства нефте/газопроводов характеризуется большими капитальными вложениями, снижению которых способствуют применение инновационных технологий, новых технических решений, привлечение высококвалифицированных кадров. Методы исследования: теоретические (изучение, анализ и синтез литературы по рассматриваемой проблеме; анализ предмета исследования; обобщение результатов исследования); эмпирические (изучение нормативных документов, анализ документации, анализ результатов механических испытаний; экспериментальные (механические испытания сварных соединений). Трубопроводы классифицируют на нефтепроводы для перекачки нефти и нефтепродуктопроводы, а также для перекачки дизельного топлива, бензина, мазута и т.д. Способы сварки нефтепроводов: термические виды сварки (дуговую, под слоем флюса, плазменную, газовую, лазерную и другие), термомеханические (контактная сварка с магнитоуправляемой дугой), специальные способы. Во всех пространственных положениях сваривают трубы посредством дуговой сварки. При ручной сварке скорость движения электрода по диаметру стыка достигает 20 м/ч, в автоматизированном режиме – 60 м/ч [1]. Монтаж секций, состоящих из двух и более труб больших диаметров, производят посредством механизированной сварки. Наибольшее применение нашли автоматическая сварка под флюсом, сварка порошковой проволокой. При соединении труб малого диаметра применяют автоматическую сварку с магнитоуправляемой дугой, называемую дугоконтактной. Действие магнитного поля вдоль кромок стыкуемых труб вызывает высокоскоростное вращение дуги, способствующее нагреванию соединяемых кромок. Сварка ведется в автоматическом режиме по заданному алгоритму с беспрерывным оплавлением кромок трубы [2]. До проведения монтажных работ трубы и комплектующие элементы проверяются на соответствие параметров с данными технических условий, все соединяющие изделия должны подходить по форме к концам труб. Для изготовления магистральных нефтепроводов с завода трубы поставляют с разделанными кромками для выполнения дуговой сварки. Перед сборкой трубы очищают от внешних загрязнений, кромки труб и примыкающие к ним части (более чем на 1 см) зачищают до металлического блеска. При сборке труб следят за перпендикулярностью трубопроводных осей со стыками, допустимое отклонение не более 2 мм, контролируют равномерность зазора по всему периметру соединения. При помощи специальных центраторов производят сборку труб, при этом между диаметрами свариваемых труб допускается зазор не больше 1 см. Предварительный подогрев применяют для регулирования термического цикла сварки, избежания образования холодных трещин (особенно для низколегированных сталей с эквивалентом углерода 0,43 % и выше). Подогрев производят специальными устройствами, равномерно нагревая кромки на ширину около 7,5 см влево и вправо от шва по всей длине [3]. Сварку трубопроводов производят встык. Процесс сварки ведется в направлении снизу вверх с поперечными колебательными движениями электродов, амплитуда колебаний определяется расстоянием, которое разделяет стык частей труб. Добиться более глубокого провара корня шва, повысить плотность сварного шва позволяет ручная дуговая сварка, производимая в 2–4 слоя. Первый накладываемый слой, обеспечивающий провар корня стыка, имеет вогнутую поверхность. Последующие слои накладываются на предыдущие, перекрывая их, сплавляясь с кромками стыка. Последним выполняют облицовочный слой, он обеспечивает плавный переход к основному металлу, имеет мелкочешуйчатую поверхность, выполняет декоративную функцию. Поточно-расчлененный способ сварки труб предполагает, что каждый сварщик обрабатывает отдельный участок шва. Если в работе задействованы два сварщика, то сварка производится снизу вверх, от начала в противоположных направлениях вдоль периметра. Процесс сварки сопровождается образованием усиления шва, называемым гратом, который препятствует изоляции снаружи и проходимости внутри трубопровода. После сварки грат удаляют при помощи гратоснимателя [4]. При ручной дуговой сварке замедление темпов строительства магистрали обусловлено невысокой скоростью процесса. Время сооружения трубопроводов сокращается за счет использования не отдельных труб, а секций, сваренных автоматической сваркой под флюсом или сваркой встык оплавлением в заводских условиях. В современных условиях при строительстве магистральных нефтепроводов текущий участок делится на 10–20 отрезков, бригады начинают работу на расстоянии 1 км друг от друга, что способствует достижению скорости укладки 5–6 км в день. Качество сварных швов предварительно проверяется визуально-измерительными методами, после чего используют радиационный или ультразвуковой контроль. Завершающим этапом укладки участков нефтепровода является его испытание на герметичность. При сооружении магистральных нефтепроводов для избежания разрушения под действием ударной волны, устанавливается система сглаживания волн давления (СВД), которая защищает трубопровод и обеспечивает минимизацию сброса рабочей жидкости. Для защиты от почвенной и атмосферной коррозии трубопровода используются следующие методы: пассивные – изоляционные покрытия на основе битумных мастик, эпоксидного праймера, полимерных липких лент и др.; активные – электрохимическая защита катодной поляризацией трубопроводов. В настоящее время используют изолирующие монолитные муфты [4]. Для повышения эффективности процесса строительства нефтепроводов уделяется большое внимание исследованиям новых технологий сварки труб. При этом акцент делается на сокращение количества проходов в процессе сварки, следовательно, увеличение скорости сварки. Перспективным направлением в развитии сварочных технологий является лазерная сварка. Широкое внедрение данного способа сдерживается высокими требованиями к качеству подготовки свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снизить данные требования [3]. Гибридная лазерно-дуговая сварка предусматривает одновременное действие сварочной дуги и лазерного излучения с целью формирования сварочной ванны. Процесс может осуществляться неплавящимся или плавящимся электродом. Подогрев металла и расплавление его верхнего слоя осуществляется посредством электрической дуги, что способствует созданию широкого шва, заполняющего зазоры; лазерный луч осуществляет глубокое проплавление металла .Данный способ сварки позволяет применять в северных условиях для сварки нефтепроводов конструкционные легированные стали, имеющие высокие механические свойства. Первоначально эксперимент по сварке кольцевых швов трубопровода проводился компанией «Gullco». Оптоволоконный лазер использовался как источник лазерного излучения. Лазер мощностью 4,5 кВт использовался при высоте притупления до 6 мм, а при большей высоте притупления – лазер SLV Mecklenburg – Vorpommern мощностью 10 кВт [5]. В процессе проведения эксперимента определены распределения твердости в шве, наибольшая твердость зафиксирована в корне шва, что позволило проводить заварку корневого шва без перекрывающего прохода. В процессе испытаний сваренных трубных соединений их располагали и фиксировали в различных положениях, что позволило определить значения допусков, характерных при строительстве трубопроводов. Для контроля качества сварных швов применяли ультразвуковой контроль, результаты которого подтверждают перспективность применения гибридной технологии при сварке нефтепроводов в суровых климатических условиях. Для сварки нефтепроводов посредством гибридной лазерно-дуговой технологии неповоротных применяют мобильные технологические комплексы, базирующиеся на модернизированный сварочный трактор комплексы включают: лазерно-дуговой модуль (волоконный лазер с лазерной головкой), систему наведения на шов, механизм подачи электродной проволоки, инвертор – в качестве дугового источника. Экономическая эффективность при внедрении данной технологии обусловлена: повышением производительности, автоматизацией процесса, повышением качества сварного шва, уменьшением затрат на производство. Следует отметить, что внедрение технологии лазерной сварки сдерживается высокими требованиями к подготовке свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снижению требований к подготовке свариваемых кромок, что в настоящее время сдерживает внедрение технологии лазерной сварки при сварке нефтепроводов. Лазерно-дуговая сварки не лишена недостатков, а именно: возрастание поперечных размеров сварного шва способствует перегреву основного металла; увеличение давления дуги на сварочную ванну, что обусловлено увеличением величины погонной энергии, для обеспечения проплавляющей способности гибридного теплового источника, в сравнении с лазерной сваркой. В процессе сварки возникают характерные дефекты, такие как подрезы с одной или двух сторон верхнего валика, внутренние поры, провисание швов. Устранение данных недостатков возможно при одновременной модуляции дуги плавящегося электрода и лазерного излучения. Дополнительно происходит сужение сварного шва (0,87 – коэффициент формы шва), а также измельчение дендридной структуры шва [4]. Гибридную лазерно-дуговую сварку возможно использовать для выполнения продольного шва толстостенных трубных заготовок как с максимально допустимым зазором, так и с зазором превышающим допустимое значение, при этом обеспечивается повышение качества сварного шва. При этом для сварки шва толстостенных трубных заготовок используют размещение одновременно двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Лазерные лучи направляют в расфокусированном состоянии на противоположные по отношению к ним кромки стыка трубной заготовки. Это становится возможным, когда области распространения лучей не пересекаются и расположены на максимально близком расстоянии, которое выбирается исходя из условий возможности осуществления процесса сварки. Лазерные лучи перекрещиваются в зоне участков с наименьшим диаметром каждого луча, в результате происходит суммирование энергии лазерного излучения. Одинаковый угол установки лазерных лучей относительно вертикали способствует оплавлению кромок трубной заготовки и формированию сварного шва. В зону сварки подают присадочную проволоку, расплавляемую в защитной среде электрической дугой, с образованием единой сварочной ванны, В качестве защитной среды сварочной ванны используют газ или смесь газов, например аргон и двуокись углерода. Электрическую дугу располагают позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и под равными углами от вертикальной оси с пересечением их в области фокуса. Фокус располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки, а области расфокусировки – с обеспечением попадания луча на соответствующую противоположную кромку стыка. Сварка шва выполняется за один проход, что способствует снижению энерго- и трудозатрат [4]. Наиболее распространенные технологии сварки газопроводов, а именно автоматическая сварка проволокой сплошного сечения в защитных газах, комбинированная технология, предусматривающая сварку корневого шва механизированной сваркой плавящимся электродом в среде активных газов с последующим заполнением разделки порошковой проволокой автоматической сваркой в среде защитных газов, не всегда способны учитывать особенности строительства газопроводов из стали высокого класса прочности, большой проектной мощности, с использованием труб большого диаметра, из металла большой толщины (более 25 мм). Следует учитывать и стоимость комплекса оборудования для данных способов сварки. Технология выполнения неповоротных стыков труб автоматической сваркой проволокой сплошного сечения в защитном газе в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором [6], способствует получению качественных сварных соединений при использовании не столь дорогостоящего оборудования. Данная технология способствует: уменьшению времени сборки стыка; уменьшению времени на сварку; уменьшению количества заполняющих слоев, сведение к минимуму применения валиковой сварки, способствует повышению качества. Преимущества технологии: автоматизация процесса; умеренная стоимость оборудования (по сравнению с полностью автоматическими комплексами); легкость обучения (переобучения) сварщиков-операторов; снижение времени сборки и сварки стыка; за счет уменьшения площади сечения разделки происходит уменьшение объема наплавленного металла; экономия сварочных материалов; высокие механические свойства сварных соединений [6]. Сварка корневого слоя шва производится в среде активных газов, дальнейшее заполнение разделки шва осуществляется порошковой проволокой посредством автоматической сварки в защитных газах. Это способствует тому, что нормативное смещение кромок не более 3 мм, совершенствуется геометрия свариваемых кромок труб, уменьшается ширина облицовочного слоя шва, производится полное проплавление свариваемых кромок, при этом высота обратного валика составляет 0–3 мм. Корневой слой формируется высотой 4–5 мм, шириной 3–6 мм. Механические испытания сварных соединений позволяют сделать вывод, что данная технология способствует получению высоких механических свойств сварных соединений, а именно повышению ударной вязкости (таблица) [6]. Результаты сравнительных испытаний механических свойств сварных соединений, выполненных на стыках труб Ø1420 мм х 25,8 мм из стали класса прочности К60 Таблица — Результаты| Вид испытаний | Механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов корневого слоя шва с последующим заполнением разделки автоматической сваркой порошковой проволокой в защитных газах | Комбинированная технология сварки корневого слоя шва в автоматическом режиме проволокой сплошного сечения в углекислом газе и сварки заполняющих и облицовочного слоев шва порошковой проволокой в защитных газах | ||
| На статическое растяжение, МПа | 651 | 642 | ||
| Твердость, [HV10] | Верхние слои сварного соединения | |||
| min | max | min | max | |
| Основной металл/ Металл шва | 230 / 221 | 241/236 | 214/211 | 229/22 |
| ЗТВ | 217 | 229 | 200 | 268 |
| Нижние слои сварного соединения | ||||
| Основной металл / металл шва | 235/223 | 249/228 | 202/195 | 212/202 |
| ЗТВ | 205 | 222 | 200 | 218 |
| На ударный изгиб, KCV [Дж/см2] | –20 °С | –40 °С | –20 °С | –40 °С |
| Надрез по шву, верхние слои сварного соединения | 102 | 66 | 156 | 104 |
| Надрез по шву, нижние слои сварного соединения | 72 | 51 | 131 | 111 |
Список использованных источников
1. Акулов, А.И. Технология и оборудование сварки плавлением/ А.И. Акулов, В.П. Демянцевич. – М.: Машиностроение, 1977. — 431 с. 2. Багрянский, К.В. Теория сварочных процессов / К.В. Багрянский, З.А. Добротина, К.К. Хренов. – Киев: Вища школа, 1976. – 424 с. 3. Бакиев, А. В. Технология аппаратостроения: учебное пособие / А.В. Бакиев. — Уфа: УГНТУ, 1995. — 297 с 4. Беляева, А. П. Профессионально — педагогическая технология в профессиональных учебных заведениях / А.Л. Беляевой. — СПб.: Высш. шк., 1995.-294 с. 5. Беспалько, В. П. Теоретические основы стандартизации образования: Педагогическое обеспечение Государственного стандарта образования: методическое пособие / В. П. Беспалько. — М.: Высш. шк. 1994. — 240 с. 6. Волченко, В.К Контроль качества сварки / В.Н. Волченко. -М.: Машиностроение, 1975. — 328 с. 7. Гитлевич, А.Д. Механизация и автоматизация сварочного, производства / Л.А. Этингоф, А.Д. Гитлевич. — М: Машиностроение, 1979. -280с. 8. Горшкова О.О. СВАРКА МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕ- И ГАЗОПРОВОДОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2020. – № 2. – С. 7-11; URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=37906 (дата обращения: 08.10.2020). 9. Думов, С.И. Технология электрической сварки плавлением / СИ. Думов. — М.: Машиностроение, 1987. – 458 10. Елагин, А.В. Сварка в среде защитных газов / А.В. Елагин. — М: машиностроение 1971 — 263 с. 11. Зубченко, А.С. Марочник сталей и сплавов / М. Колосков. — М.: Машиностроение, 2003. — 784 с. 12. Карпей, Т.В. Экономика, организация и планирование промышленного производства / Т.Е. Карпей, — Минск.: Дизайн ПРО, 2004. -328 с. 13. Катаев, Р.Ф. Расчет основных параметров режима механизированной дуговой сварки/ Р.Ф. Катаев. – Екатеринбург: Сфера, 1992. -36 с. 14. Кнорозов, Б. В Технология металлов / Л.Ф. Усова, А.В Третьяков, Б.В. Кнорозов. — М.: Металлургия, 1978. — 324 с. 15. Куликов, В.П. Технология сварки плавлением / В.П. Куликов. — Минск.: Дизайн ПРО, 2000. — 256 с. 16. Куркин, С.А. Технология, механизация и автоматизация при производстве сварных конструкций: атлас / С.А. Куркин. — М.: Машиностроение, 1986. -327с. 17. Куркин, С.А., Сварные конструкции / Г.А. Николаев, С.А. Куркин. — М.: Высш. шк. 1991. — 397 с. 18. Макарова. Э.Л. Сварка и свариваемые материалы/ Э. Л. Макарова. — М.: Металлургия, 1991. — 528 с. 19. Методические указания к курсовому проекту по курсу «Оборудование отрасли» / сост. Л.Т. Плаксина, В.И. Панов, С.А. Задорина. — Екатеринбург: ГОУ ВПО Рос гос. проф.-пед. ун-т, 2008. — 38 с. 20. Промышленное оборудование. Каталог №5 / Совплим // Промышленное оборудование. — М.: Дюкон, 2015. — 98 с. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /Под ред. акад. Б. Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. — 768 с. 21. Сварочные материалы для дуговой сварки: справочное пособие : в 2 т. Т. 1 Защитные газы и сварочные флюсы / Б.П. Конищев [и др.] ; под общ.ред. Н. Н. Потапова. — М.: Машиностроение, 1989. – 544 с., ил 22. Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с. 23. Троицкий, В.А. Дефекты сварных швов и средства их обнаружения / В.П. Радько, В.Г. Демидко, В.А Троицкий. — Киев: Вища школа, 2003. -1144 с.
О сайте
Ссылка на первоисточник:
https://uigps.ru
Поделитесь в соцсетях: