Сварка трубопроводов

Сварка трубопроводов

Подробности

В зависимости от назначения и условий работы к трубам и их соединениям предъявляют определенные требования, установленные ГОСТом или специальными техническими условиями. В настоящее время наша промышленность выпускает сварные и бесшовные (цельнокатаные) трубы, при этом производство сварных труб как наиболее производительное и экономичное непрерывно возрастает. Сварные трубы, применяемые при прокладке магистральных и производственных (так называемых технологических) трубопроводов, изготовляют с наружным диаметром от 6 до 1400 мм при толщине стенки от 0,3 до 25 мм.

Сварные трубы изготовляют по ГОСТ 10704-63, 10705-63, 10706-76, 10707-73 и 8696-74. Их выпускают с прямым продольным сварным швом или со спиральным швом. Трубы с прямым продольным швом изготовляют из листовой стали. Горячекатаные листы правят в обычных валковых правильных машинах. Затем на специальных дробеструйных установках зачищают свариваемые кромки от ржавчины и окалины на ширину 30 ...50 мм.

Разделку кромок под сварку производят на кромкострогальных станках. При этом скашивают кромки так, чтобы после формовки образовался угол разделки в пределах от 30 до 60° в зависимости от толщины заготовки. При двустороннем сварном шве угол внутренней разделки несколько больше угла наружной разделки, а притупление кромок составляет 3 ... 5 мм.

Формовку листов под сварку производят на листозагибочных вальцах или прессах. Затем заготовку подают к сварочному стану. Соединение кромок заготовки можно производить либо автоматической сваркой под флюсом, либо контактной сваркой сопротивлением или оплавлением. Чаще всего применяют стан автоматической сварки под флюсом, который имеет устройство для сближения кромок заготовки и подачи ее под сварку, сварочную головку и устройство для подачи флюса в разделку кромок шва и отсоса неиспользованного флюса.

При соединении кромок тонкостенных труб часто применяют прессовую сварку с индукционным нагревом свариваемых кромок заготовки. Трубы со спирально-сварным швом диаметром до 1200 мм изготовляют из узкого листа. Это имеет большое экономическое значение, так как снижается себестоимость производства труб. Важным преимуществом спирально-сварных труб являются высокие механические свойства, позволяющие изготовлять трубы из более тонкой листовой заготовки. При этом экономия металла по сравнению с прямо-шовными трубами достигает 30 ... 35%.

Трубы, используемые для магистралей, работающих под давлением до 2,53 МПа (25 кгс/см2), изготовляют из мартеновских сталей МСт2, МСтЗ и МСт4. Для магистральных газовых и нефтяных трубопроводов применяют трубы из низколегированных сталей марок 14ГН, 14ХГН, 14ХГС, 15ХГН, 19Г и МК. Эти стали обладают пределом прочности до 500 МПа (50 кгс/мм2) при относительном удлинении 18 ... 20% и ударной вязкости при 40° С до 294 кДж/м2 (3 кгс-м/см2). Сортаментом предусмотрены наружные диаметры труб 529, 630, 720, 820 и 1020 мм и толщина стенки 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм. Цельнокатаные трубы также изготовляют из низкоуглеродистой мартеновской стали МСтЗ и МСт4 с пределом прочности 350 ... 550 МПа '35 ... 55 кгс/мм2) и относительным удлинением 20 ... 25%. Сортаментом предусмотрены наружные диаметры 168, 219, 273, 325, 377 и 426 мм и толщина стенки 4,5 ... 12 мм. Магистральные трубопроводы нефтяных заводов, работающие при высоких и низких температурах, а также трубопроводы для транспортирования жидких и газовых агрессивных веществ, монтируют из цельнокатаных труб. Их изготовляют из легированных жаропрочных и нержавеющих сталей. Наиболее часто применяют стали 10Г2, 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, Х5, ХБВФ, 12Х5М, ЗОХМ, ЭЙ-578, 1Х19Н9Т, Х18Н12М2Т, Х17, Х28.

Для магистральных трубопроводов и трубопроводов нефтезаводов, предназначенных для сред, вызывающих коррозию, применяют трубы из алюминия и его сплавов. Для этих труб ГОСТ 18475-73 и 18482-73 устанавливают сортамент, предусматривающий наружные диаметры 120, 150, 180, 200, 220, 250, 280 мм и толщину стенки 10, 15, 20, 25, 30 мм.

Фасонные части различного назначения, штампованные, гнутые или сварные, предназначены для сборки магистральных и особенно заводских производственных трубопроводов. Фасонные части применяют для углов поворота, участков ответвления, обвязки различных аппаратов, насосов и других устройств. При монтаже труб диаметром до 529 мм применяют крутоизогнутые угольники, двойники, тройники и переходы, изготовляемые из стали 20 путем протяжки или штамповки. Для коррозионно-стойких трубопроводов фасонные части изготовляют из сталей 12Х5МА и 1Х18Н9Т. Крутоизогнутые угольники выпускают с наружным диаметром от 48 до 529 мм при толщине стенок от 4,5 до 12 мм и среднем радиусе от 80 до 500 мм. Большое применение получают сварные фасонные части. При этом к качеству сварки предъявляют высокие требования, особенно при монтаже трубопроводов высокого давления. Сварные отводы чаще всего делают из нескольких частей. При этом для удобства монтажа концы труб, привариваемых к отводам, делают с косым срезом Трубопроводы высокого давления (свыше 10 МПа или 100 кгс/см2) монтируют с помощью литых или кованых фасонных частей.

 

Подготовка труб к сварке

При монтаже магистральных и производственных (технологических) трубопроводов основным способом соединения труб является сварка. При этом сварку трубопроводов, работающих при давлении более 71 кПа (0,7 кгс/см2),производят с соблюдением правил Госгортехнадзора. Согласно этим правилам к сварке трубопроводов допускаются сварщики, прошедшие специальную подготовку и имеющие соответствующие удостоверения.

Сварку разрешается производить при температуре окружающего воздуха не ниже -20° С, так как при более низких температурах происходит интенсивное насыщение расплавленного металла шва газами (особенно кислородом и водородом). Что вызывает значительную пористость и снижает механическую прочность сварного шва. Трубы из легированных сталей разрешается сваривать при температуре не ниже - 10° С, так как эти стали склонны закаливаться на воздухе с образованием закалочных трещин, иногда выходящих за границы сварного шва.

Рабочее место сварщика должно быть защищено от ветра, дождя и снега. Основным типом сварного соединения труб является V-образное или чашеобразное стыковое соединение. На качество сварного соединения существенно влияет подготовка кромок труб к сварке и качество сборки стыков.

Подготовка труб к сварке включает правку свариваемых концов, очистку кромок от грязи, масла и окислов и сборку под сварку. Для правки свариваемых концов труб применяют различные приспособления механического, гидравлического и пневматического типов. Большое распространение получили расширители, состоящие из гидравлического домкрата с радиальными колодками, вставляемыми во внутрь трубы. С помощью ручного насоса повышают давление в цилиндре домкрата, в результате чего колодки раздвигаются и, упираясь в стенки трубы, выпрямляют их. Максимальное усилие достигает 784 Н (80 кгс), а правка трубы занимает 4 ... 6 мин. Кромки труб обрабатывают на заводах-изготовителях со снятием фаски под сварку. Обычно угол скоса составляет 25 ... 30°. При отсутствии скоса кромок необходимо снять фаску резцом или резаком-труборезом. В полевых условиях получили большое применение специальные трубообрезные приспособления Киевского экспериментально-механического завода Главгаза. Для кислородной резки стальных труб диаметром до 1620 мм с повышенной точностью Кироваканский завод автогенного машиностроения изготовляет машину «Спутник-3». Машиной можно резать трубы диаметром от 194 до 1620 мм при толщине стенок от 5 до 75 мм. Скорость резки от 150 до 750 мм/мин, потребляемая мощность 100 Вт, масса 20,8 кг. Машину обслуживает один человек. Этим же заводом выпускаются аппараты «Орбита-2», предназначенные, как и «Спутник-3», для резки труб большого диаметра со скосом и без скоса кромок под сварку в полевых условиях. Очистку свариваемых кромок производят следующим образом. Масло, праймер и органические покрытия удаляют бензином или специальным растворителем. От грязи и ржавчины кромки очищают с помощью стальных щеток или абразивных кругов. Сборка стыков под сварку заключается в совмещении кромок труб таким образом, чтобы совпадали поверхности свариваемых труб и не была нарушена ось нити трубопровода. При этом зазор между кромками должен быть одинаковым по всему контуру свариваемого шва. Сборка и центровка может быть выполнена вручную, но такой способ очень трудоемкий и не дает требуемой степени точности. В настоящее время в практике применяют специальные приспособления, называемые центраторами. Для сборки стыков магистральных труб большого диаметра применяют внутренние центраторы, которые базируют сборку по внутренней поверхности труб. Наружные центраторы базируют сборку по наружной поверхности труб и поэтому более просты по конструкции. Однако при большой разностенности труб и их эластичности наружный центратор не обеспечивает должного качества сборки. После сборки прихватывают стыки сварными швами длиной 60 ... 80 мм и с расстоянием между прихватками от 300 до 400 мм при диаметре трубы более 300 мм. Прихватки выполняют аккуратно и такими же электродами, какими будет заварен стык; это обеспечивает однородность наплавленного металла и хорошее качество шва. При сборке внутренним центратором можно рекомендовать вместо прихватки сплошную заварку корня шва в виде первого слоя. Это особенно желательно при низких температурах окружающего воздуха вызывающих большие внутренние напряжения и образование закалочных структур и трещин в металле шва. Способы и режимы сварки Ручную дуговую сварку трубопроводов, несмотря на небольшую толщину соединяемых кромок, выполняют в 2 ... 3 слоя. Многослойная сварка обеспечивает хороший провар корня шва и значительно повышает плотность сварного соединения. Ручную сварку производят с поворотом свариваемых стыков (так называемая сварка поворотных стыков) и без поворота стыков (сварка неповоротных стыков). Сварку поворотных стыков производят следующим образом. Первый слой должен быть наложен так, чтобы обеспечить хорошее проплавление и провар корня шва. При этом для уменьшения образования грата внутри стыка рекомендуется производить сварку в следующей последовательности. Заваривают первым слоем участки от точки 1 до точки 2 и от точки 4 до точки 3 на всех стыках соединяемой секции труб. Затем секцию поворачивают на 90° и производят заварку участков от точки 4 до точки прихватки и от точки 3 до точки 2. Чтобы не допустить прожога металла, сварку первого слоя производят электродом диаметром 4 мм при величине сварочного тока 120 ... 140 А. Хорошие результаты дают электроды с покрытием УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11 и ВСЦ-1. Последующие слои наплавляют электродом диаметром 5 ... 6 мм при токе 200 ... 250 А. Слои наваривают в одном направлении с постепенным поворачиванием свариваемой секции. 

Сварку неповоротных стыков (так называемых потолочных) производят при соединении сваренных секций в одну плеть и окончательном завершении линий трубопровода. Первый слой (внутренняя окружность - швы 1, 2,3) заваривают снизу вверх, а последующие (наружная окружность - швы 1', 2', 3') - либо снизу вверх, либо сверху вниз (швы 4, 5, 6, 7). Последовательность наложения сварных швов при соединении труб диаметром более 700 мм показана на рис. 111, в. При сварке особенно важно смещение замыкающих участков в смежных слоях шва (так называемых замков). Они должны отстоять друг от друга не менее чем на 60 ... 100 мм, а в потолочной части удобнее заканчивать заварку шва на расстоянии 50 ... 70 мм от нижней точки трубы. При невозможности выполнить сварку неповоротных стыков потолочным швом применяют комбинированный способ сварки стыка со вставкой 2, при котором нижнюю часть шва заваривают с внутренней стороны /, а затем заваривают верхнюю часть шва с наружной стороны 3. Электроды применяют такие же, что и при сварке поворотных стыков. Однако соединение неповоротных стыков является особо ответственной сваркой и выполняется высококвалифицированными сварщиками. При прокладке магистральных трубопроводов ручную сварку применяют для наложения первого слоя шва. Последующий слой заваривают автоматической сваркой под флюсом. Автоматическая сварка под флюсом дает более качественные швы при высокой производительности. Сварку можно выполнить за один проход. Однако неточности сборки, разиостенность труб и разделки кромок шва не обеспечивают получения равнопрочного и плотного шва. Поэтому применяют двух и трехслойную сварку. Если первый слой заваривают ручной сваркой, то автоматическую сварку производят в один или два слоя.

Чтобы предупредить протекание расплавленного металла во внутрь трубы, сварку выполняют при наименьших зазорах от 1 до 2 мм при толщине стенки труб от 5 до 25 мм. Кроме того, первый слой следует наваривать так, чтобы получить плоскую или несколько вогнутую поверхность шва. Это обеспечивает лучший провар корня шва и более качественное формирование последующего слоя. Автоматическую сварку трубопроводов выполняют электродной проволокой диаметром 2 мм при сварочном токе 300 ... 500 А (в зависимости от толщины свариваемых кромок трубы). Для труб диаметром 1020 мм (толщина стенок 12 мм) применяют сварочную проволоку диаметром 3 мм при сварочном токе 800... 950 А. Автоматическую сварку под флюсом производят трактором или сварочной головкой, а полуавтоматическую - сварочными полуавтоматами ПШ-5 или ПШ-54. При сварке поворотных стыков труб большое применение получили сварочные установки ПТ-56 киевского завода Главгаз СССР и ПТ-1000 (для труб большого диаметра). Они характеризуются следующими данными. Сварку стыков в потолочном положении выполняют с подачей флюса в зону соединения с помощью шнека. Такие установки разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом по строительству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ). Для труб диаметром до 700 мм широкое применение получили автоматы АДМ-3. Специальный пантограф в процессе сварки обеспечивает плотное прижатие сварочной головки к месту стыка. Копировальное устройство и ручной корректор позволяют регулировать положение головки относительно разделки кромок шва. Подача электродной проволоки и вращение шнека для флюса осуществляется двигателем постоянного тока типа СЛ-571 мощностью 95 Вт, напряжением 24 В и регулируется реостатом, установленным в щитке управления. Реостат включен в цепь обмотки возбуждения электродвигателя. Дуговую сварку трубопроводов в защитном газе производят неплавящимися и плавящимися электродами в аргоне и углекислом газе, г Сварку труб из жаропрочных и нержавеющих сталей производят Сварку труб из жаропрочных и нержавеющих сталей производят полуавтоматами ПШВ-1. Сварку этих сталей плавящимся электродом производят полуавтоматами типа ПШП. Сварку трубопроводов в углекислом газе осуществляют полуавтоматами типа А-547. ВНИИСТ разработал более совершенный полуавтомат ПТВ-1, состоящий из пистолета, кассеты и пульта управления. Для регулирования подачи электродной проволоки редуктор вращается от электродвигательная скорость подачи электродной проволоки достигает 400 м/ч. Полуавтомат дает устойчивый процесс сварки при диаметре электродной проволоки от 1,0 до 1,2 мм и сварочном токе 250 А. Аргонодуговую сварку для соединения поворотных стыков труб производят автоматами АГП-2. Автомат состоит из сварочной головки с электродвигателем постоянного тока и механизмом подачи электродной проволоки, пульта управления и газовой горелки. При диаметре проволоки от1,0 до 2,5 мм и скорости подачи от 1,7 до 13 м/мин величина тока достигает 400 А. Для сварки неповоротных стыков большое применение получили автоматы АТВ конструкции НИАТ, состоящие из сварочной головки и пульта управления. Автомат крепится на трубе при помощи центрирующей призмы и откидного зажима. Перемещение автомата вдоль свариваемого шва и подача электродной проволоки осуществляется электродвигателем постоянного тока. Управление автоматом дистанционное. Электродная проволока диаметром 2 мм подается со скоростью от 10 до 40 м/ч. Максимальный Сварочный ток достигает 250 А При сварке труб из углеродистых и низколегированных сталей автомат, снабжается горелкой с двойным кольцевым соплом: центральным для аргона и внешним для углекислого газа. Успешно применяется автомат АС-59 конструкции ВНИИСТ, смонтированный на самоходной тележке с цепным механизмом для крепления и перемещения автомата в процессе сварки шва. Свариваемый стык собирают при минимальных зазорах в пределах 0,5 ... 1,0 мм. Тонкостенные трубы сваривают, как правило, без разделки кромок. Кромки труб с большей толщиной стенки скашивают под углом 20 ... 30°. Для сварки нержавеющих сталей применяется электродная проволока диаметром 0,8 ... 1,2 мм марки Св-06Х19Н9Т. При сварке неплавящимся электродом присадочным материалом служит проволока Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х19Н10Б. Заварку первого слоя производят неплавящимся вольфрамовым электродом без присадочного металла, что обеспечивает хороший провар корня шва. Последующие слои заваривают вольфрамовым электродом с присадочной проволокой или плавящимся электродом. Струя газа должна быть спокойной и полностью охватывать зону соединения. При ветрах и сквозняках необходимо применять защитные меры (щиты, палатки и др.) и увеличить давление и скорость истечения газа. Контактную сварку труб производят стыковым способом с помощью специального кольцевого трансформатора, разработанного Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Магнитопровод трансформатора имеет вид кольца, охватывающего свариваемый стык по всей окружности. Первичная и вторичная обмотка смонтированы на магнитопроводе симметрично по всему периметру. Концы вторичной обмотки выведены на контактные башмаки, через которые сварочный ток подводится к концам свариваемых труб у их стыка. Такое устройство обеспечивает равномерное распределение тока по всему сечению стыкуемых поверхностей. Трансформатор имеет жесткую внешнюю характеристику, поэтому при оплавлении свариваемых стыков, когда контактируемая поверхность увеличивается, величина тока возрастает. Это значительно ускоряет процесс сварки, уменьшает количество расплавленного металла, снижает величину грата. Необходимая мощность может быть определена из расчета от 0,15 до 2 кВ • А на 1 см2 площади сечения стыкуемых поверхностей. Величина сварочного тока в зависимости от диаметра трубы выбирается в пределах 300 ... 750 А. Скорость оплавления достигает 0,6 мм/с. Величина оплавления - в пределах 20 ... 25 мм. Усилие сжатия зависит от давления масла в системе механизма осадки, которое устанавливается в пределах 4 ... 4,5 МПа (40 ... 45 кгс/см2). Сварка трубопроводов в условиях низких температур сопряжена со следующими трудностями. Большие скорости охлаждения и кристаллизации наплавляемого металла затрудняют выход газов и шлаковых включений на поверхность металла шва. Вследствие этого повышается хрупкость металла и склонность его к образованию закалочных структур и даже трещин, выходящих из околошовных зон в основной металл трубы. Снижение пористости и хрупкости металла шва может быть достигнуто применением электродов УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, ВСЦ-1, которые даже при низких температурах дают вязкий и пластичный наплавляемый металл. Электроды перед применением должны быть тщательно просушены. При автоматической сварке рекомендуется применять электродную проволоку, легированную марганцем и кремнием. Марганец и кремний, являясь хорошими раскислителями, способствуют снижению газонасыщенности металла шва. Флюс необходимо хорошо прокаливать при температуре 250 ... 300° С с последующим восстановлением грануляции. Для автоматической сварки можно рекомендовать керамический флюс, разработанный ВНИИСТ, марки КВС-19, позволяющий получать хорошие сварные швы при температуре до -30° С. Все работы, связанные с подготовкой и сборкой свариваемых труб, должны выполняться с особой осторожностью и точностью, чтобы не вызвать больших напряжений в сварных соединениях. Кромки труб тщательно очищают от снега и льда. Стыки труб перед правкой нагревают до светло-красного каления. Сварку выполняют при минимально возможных зазорах, чтобы получить при наложении первого слоя хороший провар корня шва. Сварочный ток устанавливают на 10 ... 20% больше нормального, что обеспечивает хороший провар металла и снижает скорость охлаждения металла шва. Вследствие этого снижается опасность трещинообразования. В ряде случаев для этих же целей применяют местный предварительный нагрев стыков труб до температуры 150... 200° С. Трубы из низколегированных сталей 14ХГС, 14ГС, 19Г и МК сваривают при низких температурах удовлетворительно и получают швы хорошего качества.


Читайте также



Комментарии   

 
0 #1 alex 29.05.2013 15:27
Полезная информация
Только у нас меняют трубы и используют совсем не такой ток возможно 160 амперный автомат и используют 3мм электрод и зазор между стыковыми трубами 4-5мм -труба примерно 200 мм диаметром и 7мм толщины -хотелось-бы узнать можно использовать такой сварочный аппарат который только используют в гаражах
Спасибо
Цитировать
 
 
-1 #2 Ардак 15.12.2013 03:44
Но здесь СССРовские госты.У вас есть статьи
о
китайских автоматизирован ных сварочных
линиях?
Цитировать
 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   
© ALLROUNDER