Анализ и совершенствование технологии ручной дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов
Способы получения монолитных соединений, образование монолитного соединения при сварке плавлением или давлением. Классификация методов сварки магистральных трубопроводов. Физическо-металлургические явления при дуговой сварке плавящимся электродом.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.06.2017 |
Размер файла | 539,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Процесс сборки труб под сварку предусматривает технологическую операцию - центровку, в результате которой две сопрягаемые трубы становятся соосными. При сборке прямолинейных труб в секции необходимо, чтобы их оси совпадали. Для сборки криволинейных труб требуется совпадение касательных (АО и ОС) к осям в точке О, являющейся местом пересечения осей труб с плоскостью N, проходящей по середине зазора b собираемого стыка (рис. 49).
Для обеспечения совпадения мнимых осей сопрягаемых труб используют их поверхности (а также линии и точки), которые обеспечивают требуемую ориентацию труб при центровке. Эти поверхности (линии и точки) называют базирующими элементами, а придаваемое трубе положение, определяемое базирующими элементами, называют ее базированием. При центровке труб в качестве базирующих элементов используют следующие поверхности и линии:
1)наружную цилиндрическую поверхность (НП);
2)внутреннюю цилиндрическую поверхность (ВП);
3)торцовую плоскость кромок (ТП);
4)образующие линии на наружной цилиндрической поверхности (ОЛ), которые могут иметь по две опорные точки (ОТ).
Можно считать, что совпадение соответствующих базирующих поверхностей, линий или точек одной и другой трубы или определенное их взаимное расположение обеспечит совпадение осей, соединяемых трубой. Рассмотрим несколько независимых условий, соблюдение которых позволит обеспечить качественную сборку соединяемых труб. В этом случае базирующие элементы первой трубы обозначим одним штрихом, а второй трубы - двумя штрихами. Условия соосности труб (рис. 50) можно записать следующим образом:
1) I - (НП)'(НП)''
2) II - (ВП)'(ВП)''
3) III - (ТП)'(ТП)''
4) IV - 2(ОЛ)' 2(ОЛ)'' при 0 < б <(на рисунке не показано).
Здесь б - угол между опорами; - знак совпадения базирующих поверхностей, линий и точек.
Центровку труб выполняют различными механизмами и приспособлениями в зависимости от применяемого способа сварки. Условие I выполняется при центровке труб для дуговой сварки с применением кондукторов в виде опор, при сборке труб наружными центраторами и в зажимных устройствах электроконтактной сварки и т. п. Условие II получило широкое распространение при сборке, труб с применением внутреннего центратора. Условие III используют в том случае, когда торцовые плоскости перпендикулярны к оси трубы. Подобное условие выполняют при сборке труб различных диаметров, когда используют специальные переходы. Условие IV основано на совпадении линий или точек, его используют при центровке труб на сборочных кондукторах, которые изготовляют из труб или швеллеров. Сборку стыков при выполнении условия I особенно широко применяют при поворотной сварке стыков магистральных трубопроводов.
Согласно [6], в трассовых условиях при центровке стыков для РДС труб диаметром до 539 мм могут применяться как наружные, так и внутренние центраторы, для труб диаметром 539 мм и более может применяться только внутренний центратор. Сборка стыка с помощью наружного центратора для труб диаметром более 539 мм допускается только в том случае, если применение внутреннего невозможно (например, при сварке захлестного стыка). При сборке стыков на наружных центраторах количество прихваток, равномерно распределенных по периметру стыка, и их длина зависят от диаметра трубы и должны соответствовать данным, приведенным в таблице 15. Режим сварки прихваток - как для корневого слоя шва.
Таблица 15. Количество прихваток и их длина при сборке стыка на наружном центраторе
Диаметр стыка, мм |
Ориентировочное количество прихваток, не менее |
Длина прихваток, не менее, мм |
|
До 400 |
2 |
30…50 |
|
400…1000 |
3 |
60…100 |
|
1000…1400 |
4 |
100…200 |
При сборке стыков труб с одинаковой нормативной толщиной стенки должны соблюдаться следующие требования:
1) внутреннее смещение внутренних кромок бесшовных труб не должно превышать 2 мм. Допускаются на длине не более 100 мм местные внутренние смещения кромок труб, не превышающие 3 мм. Величина наружного смещения в этом случае не нормируется, однако должен быть обеспечен плавный переход поверхности шва к основному металлу в соответствии с технологической картой. Оценку величины смещения внутренних кромок следует проверять непосредственным измерением с использованием шаблонов марки УПС-4;
2) смещение кромок электросварных труб не должно превышать 20% нормативной толщины стенки, но не более 3 мм. Измерение величины смещения кромок допускается проводить по наружным поверхностям труб сварочным шаблоном. Для труб с нормативной толщиной стенки до 10 мм допускается смещение кромок до 40% нормативной толщины стенки, но не более 2 мм.
Непосредственное соединение на трассе разнотолщинных труб одного и того же диаметра или труб с деталями (этот вид работ относится к специальным сварочным работам) - тройниками, переходами, днищами, отводами - допускается при следующих условиях:
1) если разность толщин стенок стыкуемых труб или труб с деталями (максимальная из которых 12 мм и менее) не превышает 2,5 мм;
2) если разность толщин стенок стыкуемых труб или труб с деталями (максимальная из которых более 12 мм) не превышает 3 мм.
Соединение труб или труб с деталями с большей разностью толщин стенок осуществляется путем вварки между стыкуемыми трубами или трубами с деталями переходников или вставок промежуточной толщины, длина которых должна быть не менее 250 мм.
При разнотолщинности до 1,5 толщины допускается непосредственная сборка и сварка труб при специальной разделке кромок более толстой стенки трубы или детали. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов должны соответствовать указанным на рис. 51. Смещение кромок при сварке разностенных труб, измеряемое по наружной поверхности, не должно превышать допусков, установленных для сварки труб с одинаковой нормативной толщиной стенки.
2.4.3 Предварительный подогрев
После окончания сборки стыка необходимо, если это предусмотрено проектом, провести предварительный подогрев. Он является важнейшей технологической операцией, позволяющей регулировать сварочный цикл при сварке. Структура, а значит, и свойства сварного соединения в значительной мере определяются скоростью охлаждения металла в диапазоне температур 800-500єС. При охлаждении металла шва и зоны термического влияния с высокой скоростью появляется опасность образования закалочных структур, обладающих повышенной хрупкостью, а следовательно, склонностью к трещинообразованию. Особенно это относится к низколегированным сталям с эквивалентом углерода 0,45 и более (химический эквивалент углерода вычисляется по формуле:
Сэ = C +
где C, Mn, Cr, Mo, V, Ti, Nb, Ni, Cu, B - содержание соответствующих элементов в % от массы в составе трубной стали).Эти стали весьма чувствительны к действию термического цикла, к надрезам и ударным нагрузкам; ЗТВ при сварке этих сталей склонна к повышенной хрупкости. Наиболее ярко эти явления наблюдаются при РДС, когда значение погонной энергии q /v мало, из-за чего скорость охлаждения велика. При заданной толщине стенки регулировать скорость охлаждения околошовной зоны можно, изменяя начальную температуру металла предварительным подогревом. Особенно это важно при сварке целлюлозными электродами, когда скорость охлаждения корневого слоя максимальна по сравнению со скоростью охлаждения других слоев шва, уменьшена погонная энергия сварки и увеличена склонность к образованию трещин вследствие наводораживания металла шва. Предварительный подогрев уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны и не только способствует образованию равновесных структур в этой зоне, но и создает благоприятные условия для активизации диффузии водорода. Необходимость и температура предварительного подогрева выбираются в соответствии с табл.6,7 [5] (требования этих таблиц не распространяются на термоупрочненные стали). При сварке корневого слоя шва термически упрочненных труб с нормативным пределом прочности 637 МПа (65 кгс/ммІ) электродами с целлюлозным видом покрытия независимо от температуры окружающего воздуха необходим предварительный подогрев стыка до температуры не ниже +100°С, но не выше +200°С; при сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия при температуре окружающего воздуха +5°С и ниже температура кромок труб стыка непосредственно перед сваркой должна быть не ниже +50°С, но не более +200°С
Таблица 16. Температура предварительного подогрева при сварке корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия
Эквивалент углерода металла труб,% |
Температура предварительного подогрева, єС, при толщине стенки трубы, мм |
|||||||||||||||||||
7,1…8 |
8,1…9 |
9,1…10 |
10,1…11 |
11,1…12 |
12,1…13 |
13,1…14 |
14,1…15 |
15,1…16 |
16,1…17 |
17,1…18 |
18,1…19 |
19,1…20 |
20,1…21 |
21,1…22 |
22,1…23 |
23,1…24 |
24,1…25 |
25,1…26 |
||
0,32-0,36 |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
-15є/100 |
-10є/100 |
-5є/100 |
0є/100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
0,37-0,41 |
н |
н |
-20є/100 |
0є/100 |
+20є/100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
|
0,42-0,46 |
н |
-10є/100 |
+20є/100 |
100 |
100 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
|
0,47-0,51 |
+20є/100 |
100 |
100 |
150 |
150 |
150 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
200 |
Таблица 17. Температура предварительного подогрева при сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия
Эквивалент углерода металла труб,% |
Температура предварительного подогрева, єС, при толщине стенки трубы, мм |
|||||||||||||||||
До 10 |
10,1…11 |
11,1…12 |
12,1…13 |
13,1…14 |
14,1…15 |
15,1…16 |
16,1…17 |
17,1…18 |
18,1…19 |
19,1…20 |
20,1…21 |
21,1…22 |
22,1…23 |
23,1…24 |
24,1…25 |
Более 25 |
||
0,37…0,41 |
н |
н |
н |
н |
н |
н |
-35є/100 |
-25є/100 |
-15є/100 |
-10є/100 |
0є/100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
0,42…0,46 |
н |
н |
н |
-35є/100 |
-15є/100 |
0є/100 |
+10є/100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
0,47…0,51 |
н |
-20є/100 |
0є/100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
В таблицах 16 и 17 приняты обозначения:
Непосредственно перед сваркой производится просушка кольцевыми нагревателями торцов труб и прилегающих к ним участков шириной не менее 150 мм. Просушка торцов труб нагревом до температуры 20-50°С обязательна:
1)при наличии влаги на трубах независимо от способа сварки и прочности основного металла;
2)при температуре окружающего воздуха ниже +5°С в случае сварки труб с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм) и выше
Если по условиям необходимы и просушка, и подогрев, то обязательной является только последняя операция. Перед возобновлением сварки незавершенного стыка труб при температуре окружающего воздуха +5°С и ниже, а также при наличии влаги стык должен быть просушен.
Температуру предварительного подогрева перед сваркой труб из различных марок сталей или разностенных труб, каждая из которых должна быть подогрета на различную температуру, устанавливают по ее максимальному значению. Температуру подогрева свариваемых кромок нужно контролировать контактными термометрами. Замерять температуру следует на расстоянии 10-15 мм от торца трубы; место замера необходимо предварительно зачистить металлической щеткой. Если при замере температуры непосредственно перед сваркой будет обнаружено, что температура стыка оказалась ниже установленной в табл. 16 и 17, то необходим повторный нагрев.
2.5 Схемы и методы производства сварочно-монтажных работ
В зависимости от вида выбранных электродов можно выделить две схемы сварки:
1) сварка всего стыка электродами с основным видом покрытия;
2) сварка корня шва и "горячего прохода" электродами с целлюлозным видом покрытия, а остальных слоев - электродами с основным видом покрытия.
В зарубежной практике нашла применение схема, в соответствии с которой весь стык варится целлюлозными электродами. В России она не применяется.
Монтаж и сварку неповоротных стыков магистральных трубопроводов выполняют, в основном, четырьмя методами:
1)первый метод - элементарный. Его используют при небольших объемах работ и малых диаметрах труб (325…529 мм). Нитку трубопровода наращивают из отдельных труб или секций с выполнением всех слоев шва одним сварщиком. Он выполняет сварку собранного и прихваченного стыка от начала до конца в разных пространственных положениях. В этом случае сварку первого слоя шва выполняют сначала с одной стороны стыка, а затем с другой. После зачистки корневого слоя от шлака аналогично сваривают второй и последующие слои. Существенным недостатком этого метода сварки является низкая производительность, которая обусловлена необходимостью перехода с одной стороны стыка на другую, а также перетаскиванием сварочного кабеля и инструмента. От сварщика требуется высокая квалификация и универсальность.
2)второй метод - метод с простым расчленением - применяют при бьльших объемах работ и сварке трубопроводов значительных диаметров. Обычно одна пара сварщиков работает со сборщиками на сборке и сварке корневого слоя шва, а остальные две пары или тройки сварщиков сваривают каждая свою часть стыка до конца, начиная со второго слоя.
3)третий метод сборки и сварки неповоротных стыков трубопроводов - поточно-групповой - применяется при очень больших объемах работ. Поточно-групповой метод с использованием электродов с целлюлозным покрытием широко распространен в зарубежной практике строительства магистральных трубопроводов. В отечественном трубопроводном строительстве этот метод часто применяют в сочетании со вторым методом и использованием электродов с основным покрытием. Процесс сборки и сварки неповоротных стыков труб при поточно-групповом методе проводится последовательно в несколько этапов:
а) на первом этапе подготовительное звено разгружает секции труб с плетевозов и укладывает их вдоль бровки траншеи, очищает полости секций труб от наледи, земли, снега, посторонних предметов. При необходимости правят вмятины и обрезают торцы труб. Зачищают кромки труб шлифовальными машинками или резцами и собирают стыки с помощью центраторов, обеспечивая необходимый зазор между кромками для сварки;
б) на втором этапе выполняют предварительный подогрев и сварку корневого слоя шва или накладывают прихватки длиной 80…100 мм на расстоянии 300…380 мм один от другого. Сварку корневого слоя шва выполняют электродами с целлюлозным покрытием в направлении "сверху вниз". Затем выполняют сварку "горячего" прохода те же сварщики (2…4 человека в зависимости от диаметра), которые выполнили корневой слой. После сварки корневого слоя шва поверхность валика тщательно очищают абразивным кругом с помощью шлифмашинки. После этого конец секции опускают на опору и трубоукладчик идет за новой секцией. Центратор перемещают на позицию центровки.
в) на третьем этапе проводят сварку третьего и других заполняющих слоев (в зависимости от толщины стенки трубы). В этом случае одновременно могут работать на стыке два, три или четыре сварщика, общее число которых зависит от темпа прокладки трубопровода. При сварке труб диаметром 1020-- 1420 мм наибольший эффект достигается при работе трех или четырех сварщиков, что позволяет сократить фронт работ вдоль трассы трубопровода. Для сварки применяют электроды с основным покрытием, начиная работу с нижней точки и заканчивая в верхней части стыка.
г) на четвертом этапе выполняют облицовочный слой несколько сварщиков подобно сварке заполняющих слоев.
Сварку заполняющих и облицовочного слоев шва осуществляют электродами с основным покрытием диаметром 4 мм. Для увеличения производительности в верхней полуокружности трубы целесообразно использовать электроды диаметром 5 мм. Сварку необходимо вести с меньшей длиной дуги, что предохраняет от возникновения пор в потолочном и вертикальном положениях. При сварке в потолочной части стыка замок следует сместить на 50-60 мм от нижней части окружности трубы. В двух смежных слоях замки должны отстоять на расстоянии 50-100 мм друг от друга. Электроды с основным покрытием образуют на поверхности швов трудноудаляемый шлак, который снимают с помощью шлифовальных машинок с последующей зачисткой металлическими щетками.
4)четвертый метод сборки и сварки стыков магистральных трубопроводов - поточно-расчлененный - применяют в нашей стране и за рубежом. Он предусматривает специализацию одного звена сварщиков по выполнению корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием и другого звена сварщиков, выполняющих "горячий" проход электродами с тем же покрытием. Целесообразно операцию ручной зачистки кромок заменить использованием станков СПК, т.к. это сокращает время зачистки. Дальнейшие операции выполняют в той же последовательности, что и при поточно-групповом методе. Для поточно-расчлененного метода характерно, что каждый сварщик выполняет определенный участок шва без регулирования режима. Увеличения производительности и снижения продолжительности сварки можно достичь использованием повышенных значений сварочного тока и диаметров сварочных электродов. Применение этих приемов в зарубежной практике сокращает время сварки на 25-30%.
Наиболее распространенным в настоящее время в России является поточно-групповой метод в сочетании со второй схемой сварки.
2.6 Особенности технологии сварки трубопроводов из различных видов стали
2.6.1 Сварка трубопроводов из сталей повышенной и высокой прочности
В отечественной и зарубежной практике трубопроводного строительства и резервуаростроения все чаще применяют стали с пределом прочности 550-750 МПа, что способствует уменьшению металлоемкости конструкций. Применение микродобавок ванадия, ниобия и титана позволило значительно повысить механические свойства стали за счет выделения карбидных и карбонитридных фаз. Эти стали (14Г 2АФ, 15ГСТЮ, 16Г 2АФ, 16Г 2САФ, 17Г 2АФ и т. п.) более склонны к росту зерна в околошовной зоне, а при высоких скоростях охлаждения в них появляются неравновесные структуры закалочного характера и холодные трещины. При разработке технологии сварки сталей повышенной и высокой прочности рассчитывают тепловой режим, при котором предотвращается образование мартенсита и закалочных трещин; выбирают сварочные материалы, обеспечивающие высокую технологическую прочность наплавленного металла и равнопрочность его с основным металлом. Эти вопросы обычно рассматривают в следующей последовательности:
1) проводят расчеты режима сварки по условиям проплавления, которые не отличаются от аналогичных расчетов при сварке незакаливающихся сталей;
2) пользуясь диаграммами термокинетического или изотермического распада аустенита для принятой стали, определяют допустимую скорость охлаждения металла при сварке. Для этого рассчитывают критическую скорость охлаждения;
3) найденную скорость сравнивают с мгновенной скоростью охлаждения, полученной по формулам.
При этом стремятся получить перлитную структуру. Требуемый тепловой режим сварки можно обеспечить соответствующим установлением погонной энергии процесса q /vсв или введением в технологический процесс подогрева металла перед сваркой или в процессе сварки. Возможность выбора погонной энергии процесса в значительной степени зависит от способа сварки. Для ручной сварки она может быть в пределах 4-40 кДж/см, а для автоматической сварки под флюсом - 16-100 кДж/см. Применение режимов с большими погонными энергиями предотвращает закалку, но приводит к чрезмерному перегреву основного металла в околошовной зоне, что неприемлемо для этих сталей. При сварке корневого слоя шва стыков трубопроводов электродами с основным покрытием диаметром 3-3,25 мм погонная энергия составляет 10 кДж/см, а при сварке электродами с целлюлозным покрытием диаметром 4 мм - 6 кДж/см. В этом случае минимальную температуру стыка и критическую скорость охлаждения можно установить из рассмотрения зависимости минимально допустимой начальной температуры от толщины металла и эквивалента углерода (см.стр.136 [2]).
На образование закалочных трещин отрицательную роль играет растворенный в металле водород, причем тем более сильную, чем больше эквивалент углерода свариваемой стали. Поэтому при выборе электродов для сварки корневого слоя шва это положение необходимо учитывать. При сварке электродами с целлюлозным покрытием предъявляют более жесткие требования к температурному режиму монтажного стыка до начала и в процессе работы, к шлифовке металла корневого слоя шва, а также к технике выполнения второго слоя шва.
2.6.2 Сварка термически уплотненных сталей
Для сооружения магистральных трубопроводов с 1974 г. в нашей стране применяют термически упрочненные трубы из низколегированной стали 17Г 2СФ, 17Г 1С, 16ГБР, 16ГФР и др. При сварке термически упрочненных сталей в зоне термического влияния образуется участок, имеющий меньшую прочность, чем основной металл. Одним из основных показателей пригодности термически упрочненного металла является его стойкость против разупрочнения в результате воздействия термического цикла сварки. При оценке свариваемости термически упрочненных труб из низколегированных сталей необходимо учитывать наличие двух основных участков неоднородности в зоне термического влияния.
Участок полной перекристаллизации, нагреваемый выше температуры Ас 3, свойства которого определяются в первую очередь химическим составом свариваемой стали, максимальной температурой нагрева, длительностью пребывания металла выше температуры Ас 3, претерпевает полиморфные превращения. Хотя структура металла и является полностью аустенитной при высоких скоростях охлаждения и температуре более 40°С, характерных для сварки корневого слоя шва, в интервале температур 500-600°С в околошовной зоне могут образоваться структуры промежуточного распада, способствующие увеличению склонности сварных соединений к образованию холодных трещин и снижению ударной вязкости. Второй участок разупрочнения в зоне термического влияния образуется в результате нагрева термоупрочненных сталей до температуры Ас 1-Ac3, что связано в основном с активацией процессов коагуляции карбидов. На параметры этого участка влияет соотношение скорости закалки стали и действительной скорости охлаждения металла при сварке. Характер разупрочнения индивидуален для каждой марки стали и зависит от ее химического состава, температуры отпуска после закалки и режимов сварки. По типу разупрочнения сварные соединения можно разделить на три группы:
1) с минимальной прочностью на участке перекристаллизации, когда действительная скорость охлаждения намного меньше критической;
2) с минимальной прочностью на участке отпуска, когда скорость охлаждения равна или больше критической;
3) с двумя минимумами - на участке отпуска и нормализации, когда скорость охлаждения несколько ниже критической.
Изменяя скорость охлаждения, можно получить любой из трех типов разупрочнения. Проверка склонности сварных соединений к образованию холодных трещин показала, что сварные соединения стали 16ГФР обладают большей склонностью к трещинообразованию, чем стали 17Г 1С и 17Г 2СФ.
При сварке термически упрочненных сталей необходимую температуру подогрева определяют с использованием химического эквивалента углерода Сэ, вычисленного по формуле (64) СНИП[4]:
Сэ = C +
где C, Mn, Cr, Mo, V, Ti, Nb, Ni, Cu, B - содержание соответствующих элементов в % от массы в составе трубной стали.
Для обеспечения требуемой работоспособности сварных соединений корневой слой шва выполняют электродами, имеющими ув = 630-660 Мпа, а заполняющие слои и облицовочный - электродами с ув = 810-860 МПа. При этом обеспечивается минимальная зона разупрочнения не более 6 мм. Погонная энергия сварки должна быть не более 1,89·104 Дж/см, а температура предварительного подогрева не должна превышать 250°С.
3. Патентные изыскания
Любая технология, даже самая современная и прогрессивная, со временем устаревает. Процесс этот неизбежен, и в результате него снижается эффективность применения этой технологии, что само по себе весьма нежелательно. Существует два возможных пути решения этой проблемы:
1) прекращение использования технологии и внедрение новой;
2) совершенствование используемой технологии для постоянного поддержания ее на требуемом техническом уровне.
Все вышесказанное справедливо и для ручной дуговой сварки. Этот метод в значительной мере устарел, и требуется модернизация. Как было показано во введении, отказ от использования РДС и переход к новым технологиям автоматической сварки на сегодняшний день не обоснован. Следовательно возможным путем повышения эффективности использования ручной дуговой сварки является ее усовершенствование. Наилучшим образом это усовершенствование можно осуществить путем внедрения различного рода технических новинок. Передовая техническая мысль всегда была отражена в патентах, следовательно их изучение целесообразно для модернизации технологии. С этой целью был выполнен патентный поиск глубиной 10 лет и отбраны несколько решений, внедрение которых может благоприятно сказаться на повышении эффективности применения РДС.
Найденные решения, в основном, касаются технологической оснастки для сварки. Внедрение подобных новинок может особенно эффективно повлиять на технологию, поскольку при ручной дуговой сварке большой значение имеют эргономические факторы.
Все отобранные патентные решения представлены в приложении 1
Заключение
После рассмотрения существующих способов сварки магистральных трубопроводов и анализа технологии ручной дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков в трассовых условиях (в том числе и нормативной литературы, регламентирующей эту технологию), можно сделать некоторые оценки и выводы.
Распространенность метода ручной дуговой сварки при строительстве магистральных трубопроводов объясняется его универсальностью и освоенностью, сравнительной технологической простотой а также экономическими факторами, основным среди которых является относительная на сегодняшний день дешевизна метода по сравнению с автоматическими методами сварки.
К недостаткам метода можно отнести сравнительно невысокую производительность, пониженное качество сварного соединения, зависимость качества выполения работ от субъективных причин ("человеческий фактор"). При всем этом следует учитывать, что несмотря на все свои недостатки, ручная дуговая сварка на сегодняшний день - оптимальный выбор для ведения сварочно-монтажных работ на трассе. Поэтому все отрицательные качества метода долны рассматриваться не с точки зрения причины, по которой следует прекратить использование РДС, а с позиции критики, направленной на улучшение технологии. Иными словами, необходимо выявить недостатки, выяснить их причину и постараться найти пути по их устранению
Большое время ведения работ при использовании ручной дуговой сварки - один из главных недостатков метода. Весьма весомым тормозящим фактором является подварка трубы изнутри. Несмотря на то, что при сварке электродами с целлюлозным видом покрытия нормами не устанавливается ее обязательность, на деле подварка очень часто необходима. В частности, при строительстве нефтепровода Суходольная - Родионовская в начале работ она не велась, и как результат подавляющее большинство неподваренных стыков по результатам рентгеноскопического контроля было признано негодными и требующими ремонта. После этого на каждом стыке выполнялась визуальная подварка. Покольку по технологическим причинам она возможна только после освобождения жимков центратора, что, в свою очередь, производилось только после окончания сварки "горячего" прохода по всему периметру, тормозился темп движения головного звена, вынужденного ожидать окончания подварки. Время подварки могло составлять до 20-30% от шага потока (6-10 минут при строительстве нефтепровода Суходольная - Родионовская), что, конечно же, не являлось положительным фактором. Причина может крыться в некачественном выполнении сборочных операций. В результате несоблюдения технологического регламента по сборке, не создвались условия для благоприятного формирования шва: собранный с отклонениями от норматива стык не обеспечивал удовлетворительного теплоотвода, что могло вести к непроплавлению кромок. Решение данной проблемы весьма банально, но очень актуально для России - жесткий пооперационный контроль.
Зависимость качества выполнения работ от субъективных причин имеет место при любом виде работ, выполняемом вручную. Сварка не является исключением из правил. Только профессионалы высокого уровня могут ограничить влияние различных непроизводственных (проще говоря, житейских) или околопроизводственных факторов на свою работу. В основном же, различные обстоятельства могут значительно ухудшить качество ведения работ и вызвать снижение производительности. Главным образом, сказывается влияние четкого или нечеткого обслуживания и жизнеобеспечения членов сварочной бригады. Таким образом, правильная организация производства и обеспечение непроизводственной сферы - весьма действенный способ снижения влияния "человеческого фактора"
С целью повышения эффективности и качества проведения работ рекомендуется применение новейших технических средств оснастки, некоторые из которых приведены в данной работе в разделе патентных изысканий. Подобные меры особенно эфективны при ручной дуговой сварке, поскольку значительное влияние на качество работ и производительность труда сварщиков оказывают эргономические факторы. Использование различных технических новинок может снизить утомляемость сварщиков, улучшить условия их труда и т.п.
Анализ нормативной документации, регламентирующей сварочно-монтажные работы при строительстве магистральных трубопроводов по казал необходимость ее обновления. В частности, это касается основного подобного документа - ВСН 006-89. Составлялся и утверждался он уже 13 лет назад. За это время видоизменились как некоторые из технологий, так и условия их применения в современном строительстве. И хотя большинство положений данного документа используется в неизменном виде, некоторые моменты требуют модернизации. В строительстве магистральных газопроводов произошли подвижки в этом вопросе: был выпущен документ, учитывающий произошедшие изменения - Свод правил по сооружению магистральных газопроводов СП 105-34-96. В нефтяной отрасли такой документ только готовится.
Существенного прироста скорости и качества выполнения работ можно достичь применением автоматических методов сварочно-монтажных работ, однако использование их, особенно в современных условиях в России, должно быть обосновано. С развитием страны экономики страны автоматические методы сварки несомненно получат большее распространение, нежели в настоящее время.
С учетом вопроса физико-механических и эксплуатационных свойств сварного соединения наиболее предпочтительными являются методы сварки, при которых минимальны тепловложения. Этого можно достичь большой концентрированностью источника теплоты. Ручная дуговая сварка с этой точки зрения находится на весьма невыгодных позициях, опережая только лишь устаревшую газовую сварку. Наиболее эффективными являются лазерная сварка и сварка электронным лучем. Однако оборудование для реализации подобных методов на практике пока является весьма сложным, поэтому более перспективны с позиции сегодняшнего дня дуговые методы сварки.
Для сварки поворотных стыков уже сейчас очень широко применяется автоматическая сварка под слоем флюса (она была использована и в этом проекте). Наиболее перспективным методом сварки неповоротных стыков сейчас является автоматическая электродуговая сварка в среде защитных газов (ее принцип реализован в оборудовании фирмы CRC-Evans, также применявшемся при сооружении одного из участков нефтепровода Суходольная - Родионовская.).
Вполне можно ожидать широкого использования автоматической электродуговой сварки с принудительным формированием шва. В советское время принцип ее был реализован при создании комплексов оборудования "Стык-1" и "Стык-2". Возрождение этой технологии скорее всего будет связано с использованием порошковой проволоки фирмы "Lincoln Electric".
Довольно неопределенным и туманным является положение дел с электроконтактной сваркой оплавлением. Сама по себе эта технология является весьма перспективной, тем более, что комплекс оборудования (комплекс "Север-1") для сварки этим способом в советское время уже был разработан, а сама технология получила официальное одобрение, будучи разрешенной и рекомендованной к применению нормативными актами, регламентирующимими проведение сварочных работ (в частности, ВСН 006-89). Однако в связи с развалом СССР и ухудшением экономического положения в стране оборудование было утеряно, соответственно использование этого метода прекратилось, а значит прекратилось и накопление опыта и результатов работы с методом, необходимое для выявления и устранения многочисленных недоработок оборудования, имевших место (что характерно для любого нового оборудования, реализующего принципиально новые технологии). Таким образом, использование этой безусловно эффективной в принципе технологии требует выполнения двух задач:
1) восстановления старого или строительство нового оборудования, что экономически весьма трудно (для сравнения можно сказать, что стоимость в советское время трубосварочной базы БТС-142В составляла порядка 150 тыс. рублей, стоимость же комплекса "Север-1" - более миллиона рублей);
2) "доработка" этого оборудования, т.е. устранение наиболее серьезных недостатков комплекса, которые могут быть выявлены только в процессе его эксплуатации.
С учетом этих фактов и в ситуации, когда существует множество других технологий, не требующих таких капитальных вложений, можно предположить, что "реанимации" метода не произойдет и он не получит распространения.
Вытеснение ручной дуговой и внедрение автоматических методов для сварки неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов является всего лишь вопросом времени. Однако полного исчезновения РДС ожидать вряд ли приходится, поскольку она незаменима при специальных сварочных работах, и даже в свете развития перспективных методов сварочно-монтажных работ, ручная дуговая сварка будет являться основной в ближайшие годы в трубопроводном строительстве России.
Список литературы
1. В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров, под ред. В.В. Фролова. Теория сварочных процессов.- М.: Высшая школа, 1988.- 559 с.
2. В.Л. Березин, А.Ф. Суворов. Сварка трубопроводов и конструкций.- М.: Недра, 1983.- 328 с.
3. К.И. Зайцев, И.А. Шмелева. Сварка магистральных, промысловых трубопроводов и резервуаров.- М.: Недра, 1985.- 231с.
4. СНИП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы.- М.: Минстрой, 1997
5. ВСН 006-89. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка.- М.: Миннефтегазстрой, 1990
6. СНИП III-42-80*. Магистральные трубопроводы.- М.: Минстрой, 1997
7. Акулов А.И., Бельчук Т.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М., Машиностроение, 1977.
8. Афанасьев В.А., Бобрицкий Н.В. Сооружение резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов. М., Недра, 1981.
9. Багрянский К.В., Добротина 3. А., Хренов К. К- Теория сварочных процессов. Киев, Вища школа, 1976.
10. Бродский А.Я., Евстратов Г.И., Фридман А.М. Сварка арматуры железобетонных конструкций на строительной площадке. М., Стройиздат, 1978.
11. Евсеев Г.Б., Глизманенко Д.Л. Оборудование и технология газоплазменной обработки металлов и неметаллических материалов. М., Машиностроение, 1974.
12. Контроль качества сварки. Под ред. В.Н. Волченко. М., Машиностроение, 1975.
13. Лифшиц В.С., Литвинчук М, Д. Прессовые методы сварки магистральных и промысловых трубопроводов. М., Недра, 1970.
14. Николаев Г.А., Куркин. С. А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М" Высшая школа, 1971.
15. Патон Б.Е., Лебедев В.К. Электрооборудование для контактной сварки. М., Машиностроение, 1969.
15. Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. М., Высшая школа, 1977.
16. Походня И. К-, Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Сварка порошковой проволокой. Киев, Наукова думка, 1972.
17. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М., Машиностроение, 1974.
18. Румянцев С.В., Добромыслов В.А., Борисов О.И. Типовые методики радиационной дефектоскопии и защиты. М., Атомиздат, 1979.
19. Свиридова Т.А., Привалов Ю.А. Монтаж шаровых резервуаров. М., Стройиздат, 1980.
20. Современные способы сварки магистральных трубопроводов плавлением/А.Г. Мазель, В.Ф. Тарлинский, М. 3. Шейнкин и др. М., Недра, 1979-
21. Суворов А.Ф., Лялин К.В. Сооружение крупных резервуаров. М., Недра, 1979.
22. Таран В.Д. Сварка магистральных трубопроводов и конструкций. М" Недра, 1970.
23. Теоретические основы сварки. Под ред. В.В. Фролова. М., Высшая школа, 1970.
24. Технология и оборудование контактной сварки/ Б.Д. Орлов, Ю.В. Дмитриев, А.А. Чакалев и др. М., Машиностроение, 1975.
25. Технология и оборудование сварки плавлением/Г.Д. Никифоров, Г.В. Бобров, В.М. Никитин и др. М., Машиностроение, 1978.
26. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. Б.Е. Патона. М., Машиностроение, 1974.
27. Антикайн П.А., Зыков А.К. Изготовление объектом котлонадзора (справочное издание). М., Металлургия, 1980.
28. Блинов А.Н., Лялин, К.. В. Организация и производство сварочно-монтажных работ. М., Стройиздат, 1982.
29. Гаген Ю.Г., Воробьев Н.А. Сварка магистральных трубонроиодов. М., Недра, 1976.
30. Зайцев К.Я., Шмелева И.А. Справочник по сварочно-монтажным работам при строительстве трубопроводов. М., Недра, 1982.
31. Зиневич А.М., Прокофьев В.И., Ментюков В.П. Технология и организация строительства магистральных трубопроводов больших диаметров. М., Недра, 1979.
32. Ольшанский Н.А., Шейкин М. 3., Аль-Ради С. X. Перспективы применения электронно-лучевой сварки при строительстве магистральных трубопроводов. - В сб. "Технология сварки магистральных трубопроводов дуговым методами". М., изд. ВНИИСТ, 1982.
33. Отечественный трубопроводный транспорт /Б.Е. Щербина, Ю.И. Боксерман, В.А. Динков и др. М., Недра, 1981.
34. Автоматическая сварка неповоротных стыков труб большого диаметра самозащитной порошковой проволокой с применением комплекса "Стык"/ /Б.Е. Патон, И.К. Походня, В.Я. Дубовецкий и др.-Строительство трубопроводов, 1981. №2.
35. Александров А.Г., Заруба И.И., Пиньковский И.В. Эксплуатация сварочного оборудовании. Киев, Будивельник, 1982.
36. Браткова О.Н. Источники питания сварочной дуги. М., Высшая школа, 1982.
37. Дуговая сварка стальных трубных конструкций/И.А. Шмелева, М.З. Шейнкин, И.В. Михайлов и др. М., Машиностроение, 1986.
38. Перунов Б.В., Кушнаренко В.М., Пауль А,И. Качество и надежность сварных соединений трубопроводов, транспортирующих сероводородосодержащие продукты. - Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности, 1980, №6.
39. Сидлин З.А., Тарлинский В.Д. Современные типы покрытых электродов и их применение для дуговой сварки сталей. М., Машиностроение, 1984.
40. Схемы комплексной механизации по строительству промысловых трубопроводов Р 532-84, М., изд. ВНИИСТ, 1984.
41. Тарлинский В.Д., Рогова Е.М. Сварочно-монтажные работы при сооружении компрессорных и насосных станций. М., Недра, 1985.
42. Тарлинский В.Д., Михайлицын С.В. Оценка эффективности различных способов ручной дуговой сварки. - Строительство трубопроводов, 1983, № 10.
43. Технология и организация перевозки, погрузки, разгрузки и складирования труб больших диаметров при строительстве нефтегазопроводов. М., изд. ВНИИСТ, 1982.
44. Шейнкин М.З. Повышение эффективности монтажа магистральных трубопроводов на основе автоматизации дуговой сварки. - Строительство трубопроводов, 1984, №6.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Устройство сварочного трансформатора и выпрямителя. Выбор режима сварки. Техника ручной дуговой сварки. Порядок проведения работы. Процесс зажигания и строение электрической дуги.
лабораторная работа [1,1 M], добавлен 22.12.2009Сущность, основные достоинства и недостатки ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Сущность, достоинства и недостатки сварки в среде защитных газов плавящимся электродом. Выбор сварочных материалов. Сварочно-технологические свойства электродов.
курсовая работа [4,6 M], добавлен 22.03.2012Состав и свойства стали. Сведения о ее свариваемости. Технология получения сварного соединения внахлёст двух листов сваркой ручной дуговой и в среде защитных газов плавящимся электродом. Выбор сварочных материалов и источников питания сварочной дуги.
курсовая работа [201,9 K], добавлен 28.05.2015Разработка технологии дуговой и газовой сварки, составление технологической карты на изготовление сварного соединения. Трудности при сварке, горячие и холодные трещины. Траектории движения конца электрода при дуговой сварке. Удаление сварочных шлаков.
контрольная работа [774,0 K], добавлен 20.12.2011Описание способа сварки неплавящимся электродом в защитных газах корневых слоев сварных соединений. Анализ изобретений в области сварки. Изучение основных приемов и методов теории решения изобретательских задач, позволяющих устанавливать системные связи.
курсовая работа [41,5 K], добавлен 26.10.2013Химический состав стали 10ХСНД. Механические свойства металла шва. Расчет режимов ручной дуговой сварки. Параметры сварки в углекислом газе плавящимся электродом. Оценка экономической эффективности вариантов технологии, затраты на электроэнергию.
курсовая работа [199,1 K], добавлен 12.11.2012Основные понятия и способы сварки трубопроводов. Выбор стали для газопровода. Подготовка кромок труб под сварку. Выбор сварочного материала. Требования к сборке труб. Квалификационные испытания сварщиков. Технология и техника ручной дуговой сварки.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 25.01.2015Процесс лазерно-дуговой сварки с использованием дуги, горящей на плавящемся электроде. Экспериментальное исследование изменения металла при сварке и микроструктуры сварных швов. Сравнительная оценка экономической выгоды различных процессов сварки.
дипломная работа [4,6 M], добавлен 16.06.2011Описание физической сущности ручной дуговой сварки покрытым электродом. Физическая сущность процесса сварки. Основные и вспомогательные материалы, вредные факторы. Влияние химических элементов на свариваемость. Расчет параметров режима процесса сварки.
курсовая работа [530,4 K], добавлен 05.12.2011Методика расчета ручной дуговой сварки при стыковом соединении стали 3ВС3пс. Определение химического состава и свойств данного металла, времени горения дуги и скорости сварки. Выбор светофильтра для сварочного тока и соответствующего трансформатора.
реферат [27,1 K], добавлен 04.06.2009Сущность, особенности и области применения сварки под флюсом. Оборудование и материалы для сварки под флюсом. Технология автоматической дуговой сварки, ее главные достоинства и недостатки. Техника безопасности при выполнении работ по дуговой сварке.
реферат [897,7 K], добавлен 30.01.2011Классификация электрической сварки плавлением в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода тока, полярности, свойств электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха. Особенности дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов.
презентация [524,2 K], добавлен 09.01.2015Основные сварочные материалы, применяемые при сварке распространенных алюминиевых сплавов. Оборудование для аргонно-дуговой сварки алюминиевых сплавов. Схема аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом. Электросварочные генераторы постоянного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.05.2015Характеристика и область применения алюминия марки АД1. Выбор сварочной проволоки, полуавтомата для сварки металла и защитного газа. Мероприятия по технике безопасности и охране труда при полуавтоматической сварке неплавящимся электродом в среде аргона.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.06.2014Краткое сведение о металле и свариваемости стали марки 09Г2С. Оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки колонны. Основные достоинства металлоконструкций. Технология ручной дуговой сварки. Дефекты сварных швов. Контроль качества соединения.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 08.12.2014История возникновения сварки, ее классификация и виды. Характеристика высокопроизводительных видов ручной дуговой сварки. Назначение и описание конструкции трубопровода. Особенности организации контроля качества и безопасности при сварочных работах.
дипломная работа [30,6 K], добавлен 24.07.2010Подготовка металла к сварке, выбор сварочного материала. Выбор источника питания для ручной дуговой сварки. Техника безопасности при выполнении технологического процесса: охрана окружающей среды, пожарная безопасность. Опасность поражения электротоком.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 20.06.2012Низкоуглеродистые и низколегированные стали: их состав и свойства, особенности свариваемости. Общие сведения об электродуговой, ручной дуговой, под флюсом и сварке сталей в защитных газах. Классификация и характеристика высоколегированных сталей.
курсовая работа [101,4 K], добавлен 18.10.2011Процесс ручной дуговой сварки электродами с основным видом покрытия и автоматической сварки порошковой проволокой в защитных газах. Расчет предельного состояния по условию прочности, времени сварки кольцевого стыка и количества наплавленного металла.
курсовая работа [167,8 K], добавлен 18.05.2014Возникновение и развитие сварки и резки металлов. Понятие, сущность и классификация способов дуговой резки. Рабочие инструменты, используемые при резке металлов. Организация рабочего места сварщика. Техника безопасности труда при дуговой сварке и резке.
курсовая работа [508,4 K], добавлен 25.01.2016