Исследование процесса сварки трением

Основная характеристика подготовки материала и оборудования для сварки трением при изготовлении трубопровода. Проведение контроля качества сварных швов. Главные особенности обеспечения безопасности сварочных работ в трубопроводной промышленности.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 28.05.2017
Размер файла 248,5 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Техническая часть

1.1 Понятие о сварке трением

1.2 Перспективы развития сварки трением

1.3 Материалы для сварки трением

1.4 Оборудование для сварки трением

2. Технологическая часть

2.1 Подготовка материала и оборудование для сварки трением при изготовлении трубопровода

2.2 Процесс сварки

2.3 Контроль качества сварных швов

3. Обеспечение безопасности сварки трением в трубопроводной промышленности

4. Охрана окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

Трубопроводный транспорт России. Важнейшими транспортируемыми грузами являются сырая нефть, природный и попутный газ. Транспортировка нефтепродуктов, жидких и газообразных химикатов перспективно, но в настоящее время продуктопроводы не получили большого распространения.

Действует крупная сеть нефтепроводов и газопроводов, снабжающая углеводородами экономику России, а также Западную Европу, Турцию, Юго-Восточную Азию.

В России преобладают трубопроводы большого диаметра и большой протяженности в широтном направлении.

С каждым годом число желающих на приобретение Российской нефти возрастает, что влечет за собой увеличение экспорта не только на территории Российской федерации, но и за рубежом на сырую нефть, который не может осуществляться без увеличения протяженности трубопровода.

Для создания трубопровода, в данной отрасли, используются разнообразные виды сварки, такие как сварка под флюсом, газо-кузнечная сварка, ручная дуговая сварка, сварка ультразвуком, сварка трением и другие.

Сварка - процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

В зависимости от вида энергии активации и по состоянию металла в зоне соединения все способы сварки можно разделить на две группы: сварка давлением и сварка плавлением. В сварку плавлением входят электродуговая сварка, электрошлаковая сварка, электроннолучевая сварка, газовая сварка, импульсно-дуговая сварка, плазменная сварка, плазменная сварка. В сварку давлением входят ультразвуковая сварка, сварка трением, холодная сварка, газопрессовая сварка.

Сварка трением - это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

Одним из перспективных методов сварки для изготовление трубопроводов различного назначения может стать сварка трением, получившая широкое применение в различных отраслях промышленного производства, в инструментальном производстве, на железной дороге, машиностроении, автомобилестроении, авиакосмическом и нефтегазовом комплексах и многих других отраслях промышленности.

Процесс сварки трением обеспечивает высокое качество сварного соединения при высокой производительности и простоте конструкций сварочных машин, он более экономичен и не требует применения каких-либо расходных сварочных материалов.

1. Техническая часть

1.1 Понятие о сварке трением

Существуют несколько видов сварки, такие как: сварка под флюсом; сварка в углекислом газе; плазменная сварка; электронно - лучевая сварка; контактная сварка; сварка трением и так далее. Наиболее эффективным способом сварки для трубопроводной промышленности является сварка трением. Рассмотрим ее подробнее.

Сварка трением является одной из разновидностей сварки давлением. Сварное соединение образуется в твердой фазе, без расплавления металла свариваемых деталей; при сближении поверхностей подлежащих сварке деталей до очень малых расстояний (соизмеримых с между атомными) между ними образуются металлические связи, по своей природе и по величине аналогичные силам взаимодействия между атомами в сплошном куске металла. Получение при этом прочного сварного соединения возможно при условии энергичного пластического деформирования тех объемов металла соединяемых деталей, которые расположены вблизи взаимодействующих поверхностей. Однако пластичность подавляющего большинства металлов и сплавов при комнатных температурах этому условию не отвечает. Для их сварки в твердой фазе требуется искусственное увеличение пластичности материала, например, с помощью нагрева соединяемых деталей до достаточно высоких температур (лежащих, однако, ниже температур плавления).

От других видов сварки давлением сварка трением отличается способом нагрева деталей или, точнее говоря, - способом введения тепла в свариваемые детали. В этом процессе необходимый для сварки нагрев деталей осуществляется путем непосредственного преобразования механической энергии в теплоту благодаря работе сил трения.

Простейшая и наиболее распространенная схема такого процесса в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 - Схема сварки трением

Две детали, подлежащие сварке, устанавливают соосно в зажимах машины; одна из них - неподвижна, а другая приводится во вращение вокруг их общей оси. На сопряженных торцовых поверхностях деталей, прижатых одна к другой осевым усилием, возникают силы трения. Работа, затрачиваемая при относительном вращении свариваемых заготовок на преодоление этих сил трения, преобразуется в тепло, которое выделяется на поверхностях трения и нагревает прилегающие к ним тонкие слои металла до температур, необходимых для образования сварного соединения (при сварке, например, черных металлов температуры в стыке достигают 1000 - 1300 °C). Таким образом, в стыке, то есть именно там, где это требуется для целей сварки, действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающий быстрый локальный нагрев небольших объемов металла.

Процесс образования сварного соединения:

1. Разрушение и удаление оксидных плёнок под действием сил трения.

2. Разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и наиболее пластичные объёмы металла выдавливаются из стыка.

3. Прекращение вращения с образованием сварного соединения.

Технология позволяет соединять заготовки из различных металлов и их сплавов, в том числе из стали и алюминия, стали и меди, алюминия и меди, и прочих комбинаций.

Повсеместному распространению этого экономичного и эффективного метода сварки препятствовал ряд ограничений его применения:

1. Возможность использования только в производственных условиях на стационарных машинах.

2. Требования к заготовкам: сварка производится только встык, причем одна из заготовок должна представлять собой тело вращения.

3. Диаметр свариваемых заготовок находится в диапазоне от 4 до 250 миллиметра.

В процессе трения пластичный металл стыка выдавливается в радиальных направлениях под воздействием осевого усилия и тангенциальных сил, возникающих в стыке при вращении одной детали относительно другой. Выдавленный металл - грат - имеет характерную для сварки трением форму сдвоенного правильного кольца, расположенного по обе стороны плоскости стыка.

При выдавливании пластичного металла из стыка в радиальных направлениях хрупкие окисные пленки, покрывавшие торцовые поверхности соединяемых деталей до начала сварки, разрушаются, а их обломки, а также продукты сгорания адсорбированных жировых пленок и другие инородные включения вместе с металлом удаляются из стыка в грат.

Нагрев прекращается путем быстрого (практически мгновенного) прекращения относительного вращения. При этом в контакт оказываются введенными очищенные торцовые поверхности соединяемых деталей, металл которых доведен до состояния повышенной пластичности. Для получения прочного соединения достаточно такой подготовленный к сварке металл подвергнуть сильному сжатию-проковать. Это достигается с помощью продолжающего еще некоторое время действовать осевого усилия.

Таким образом, прочность образующегося сварного соединения непосредственно связана:

во-первых, с величиной пластического деформирования концов свариваемых деталей, мерой которой может служить сближение деталей при вытеснении металла в грат - «осадка»;

во-вторых, с режимом проковки.

В свою очередь, степень пластического деформирования зависит от введенной в свариваемые детали энергии, величины осевого усилия и некоторых других факторов.

Основными параметрами процесса сварки трением являются частота относительного вращения свариваемых деталей; величина осевого усилия при нагреве; величина осадки при нагреве; величина осевого усилия проковки; длительность приложения усилия проковки.

Первые два параметра определяют мощность нагрева, а в сочетании с третьим - величину введенной энергии при нагреве; два последних параметра ответственны (вместе с тремя первыми) за качество сварного соединения.

Величину осадки при нагреве нередко заменяют длительностью нагрева, так как эти величины практически прямо пропорциональны.

Усилия нагрева и проковки обычно задаются в виде удельных давлений, так как установлено, что их оптимальные значения прямо пропорциональны площади поперечного сечения свариваемых деталей в месте сварки; величину же полного осевого усилия определяют, как произведение этой площади на удельное давление.

Численные значения основных параметров процесса зависят от свойств материалов свариваемых деталей и от размеров их сечений; они определяются экспериментально и сведены в технологические таблицы режимов сварки трением, которые приводятся в соответствующих разделах справочника.

Примерные режимы, обычно применяемые для сварки трением заготовок из малоуглеродистой и среднеуглеродистой стали.

Сваркой трением могут осуществляться соединения лишь таких пар деталей, из которых хотя бы одна является телом вращения (круглый стержень или труба), ось которого совпадает с осью вращения; при этом другая деталь может быть произвольной формы, но должна иметь плоскую поверхность, к которой приваривается первая деталь. Основные варианты соединений, выполняемых с помощь сварки трением в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - Типы соединений, выполняемых с помощью сварки трением

Обычная сварка трением имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами стыковой сварки:

1. Высокая производительность сварки трением. Объем тонкого слоя нагреваемого металла настолько незначителен, что весь цикл его нагрева обычно укладывается в весьма малый промежуток времени - от нескольких секунд до 0,5 мин (в зависимости от свойств материала и размеров сечения свариваемых деталей); это определяет высокую производительность процесса сварки трением; конкурировать с нею в этом отношении может лишь электрическая контактная стыковая сварка.

2. Высокие энергетические показатели процесса сварки трением. Локальное генерирование тепла и малые объемы нагреваемого при сварке трением металла обусловливают весьма высокий коэффициент полезного действия процесса сварки трением; расход энергии и мощности при сварке трением в 5-10 раз меньше, чем, например, при электрической контактной сварке встык.

3. Высокое качество сварного соединения. При правильно выбранном режиме сварки металл стыка и прилегающих к нему зон обладает прочностью и пластичностью, не меньшими, чем основной металл соединяемых деталей; стык свободен от пор, раковин, различного рода инородных включений и других макропороков, а металл стыка и зон термического влияния в результате ударного термомеханического воздействия (быстрые нагрев и охлаждение в присутствии больших - в несколько сотен атмосфер - давлений), по своему характеру близкого к режимам термомеханической обработки металлов, приобретает равноосную и сильно измельченную структуру.

4. Стабильность качества сварных соединений. Детали, сваренные трением при одном и том же режиме, отличаются повторяемостью механических свойств; варьирование временного сопротивления, угла изгиба, величины ударной вязкости и других показателей в партии деталей, сваренных на неизменном режиме, не превышает семи -10 процентов.

5. Это позволяет обоснованно применять выборочный контроль качества партии деталей, что особенно важно при отсутствии в настоящее время простых, надежных и дешевых методов неразрушающего контроля стыковых соединений, пригодных для использования в условиях сварочных цехов.

6. Независимость качества сварных соединений от чистоты их поверхности. При сварке трением нет необходимости в зачистке перед началом процесса вводимых в контакт поверхностей, в значительной мере экономит время вспомогательных операций.

7. Возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях.

Процесс сварки трением позволяет выполнять прочные соединения не только одноименных, но и разноименных металлов и сплавов, причем даже таких, которые другими способами сварки либо вовсе не получаются, либо их получение сопряжено с большими трудностями. Изучены и освоены в промышленном производстве такие, например, сочетания разноименных материалов, как алюминий со сталью, медь со сталью, титан с алюминием, медь с алюминием и другие.

8. Гигиеничность процесса. Сварку трением от других видов сварки выгодно отличает гигиеничность процесса: отсутствие ультрафиолетового излучения, вредных газовых выделений и горячих брызг металла.

9. Простота механизации и автоматизации. Сварку трением выполняют на специальных машинах; основные параметры процесса сравнительно легко программируются, и, как правило, все оборудование представляет собой либо полуавтоматы с минимальным использованием ручного труда, либо автоматы, работа которых протекает без участия человека.

Но также при сварки трением есть недостатки такие как:

1. Некоторая громоздкость оборудования, в результате чего процесс не может быть мобильным; процесс осуществим лишь при условии подачи заготовок, подлежащих сварке, к машине (приварка малых деталей к массивным конструкциям с помощью переносных машин исключается).

2. Неудобства, связанные с необходимостью съема грата, когда это по конструктивным соображениям оказывается необходимым. На это затрачивается добавочное время либо на сварочной машине, либо на отдельном рабочем месте.

3. Теория сварки трением сложна и далеко еще не разработана. Однако выполненные уже исследования позволяют представить качественную картину явлений, происходящих в стыке при сварке.

4. Технология сварки трением не получила применение. Главной причиной препятствующей применению традиционной сваркой трением для строительства трубопроводов, является необходимость наличия большого удельного давления сжатия торцов труб в начальной стадии нагрева - пяти мегапаскали, и при последующей стадии проковки в конце сварки, достигающего 10 мегапаскали. При таком давлении и явление, как потеря устойчивости сварного соединения, заключающего в том, что в начальной стадии процесса происходит частичное либо полное «на ползание» стенок одной трубы на стенки другой, без образования кольцевого сварного соединения.

Кроме обычной сварки трением есть и другие разновидности процесса сварки трением:

1. Сварка двух деталей с помощью третьего тела. Соединение длинных (или коротких, но массивных) деталей с помощью сварки трением осложнено тем, что приведение во вращение и быстрое торможение таких деталей сопряжено со значительными трудностями. В этом случае может быть успешно применена схема процесса (разновидность) сварки трением, позволяющая осуществлять сварку двух неподвижных деталей с помощью вращения зажатого между ними третьего тела. В качестве такого третьего тела может быть использован тонкий диск с диаметром большим, нежели диаметр свариваемых заготовок, для удобства захвата диска зажимом либо относительно длинная в осевом размере вставка, диаметр которой может быть таким же, как и диаметр подлежащих соединению заготовок в соответствии с рисунком 3, а и б.

2. Одновременная сварка трех заготовок - нередко применяемый прием - с целью, увеличения производительности труда одновременно свариваются три заготовки, причем средняя в процессе сварки остается неподвижной, а обе крайние приводятся во вращение с помощью двух отдельных шпинделей; вращение крайних заготовок может быть синхронизировано и синфазировано, если требуется взаимная ориентация деталей по углу поворота либо вращение обоих шпинделей осуществляется без применения синхронизаторов, в соответствии с рисунком 3, в.

Рисунок 3 - Разновидности процесса сварки трением

3. Вибрационная сварка. Принципиально возможен процесс сварки трением некруглых деталей, при котором вместо относительного вращения используется возвратно-поступательное движение торца одной из свариваемых заготовок относительно другой. Практически эта схема процесса не нашла применения, так как сварочная установка получается очень неэкономичной: большая доля вводимой в машину энергии растрачивается бесполезно на преодоление сил инерции и на износ частей и деталей самой машины; при необходимости соединять трением детали некруглой формы правильнее обращаться к орбитальной сварке, соответствии с рисунком 3, г.

Кроме обычной сварка трением, есть и другие виды:

1. Инерционная сварка. Инерционная сварка отличается от обычного способа сварки трением лишь тем, что потребляемая из электрической сети энергия, преобразованная электродвигателем в механическую энергию, поступает к месту сварки не непосредственно, а предварительно (в промежутках между сварками) аккумулируется в маховике машины. Эта особенность процесса позволила своеобразно решить некоторые вопросы технологии и конструкцию оборудования.

2. Орбитальная сварка. Орбитальная сварка является разновидностью сварки трением и отличается тем, что она позволяет осуществлять соединение не только круглых заготовок, но также и заготовок любой произвольной формы сечения. Это достигается путем вращения обеих свариваемых заготовок с одинаковой угловой скоростью в одну и ту же сторону (синхронно и синфазно). При этом, даже если торцы заготовок и были прижаты один к другому, силы трения между ними возникнуть не могут, до тех пор, однако, пока оси вращения обеих заготовок совпадают. Достаточно одну из них сместить параллельно самой себе на некоторую величину эксцентриситета е, как тотчас же в стыке возникнет трение, начнется тепловыделение и так далее.

3. Сварка трением перемещением (СТП). Принцип сварки трением с перемешиванием достаточно прост. Для сварки методом трения используется специальный цилиндрический инструмент, который имеет необходимую для сварочного процесса форму, имеет так же заплечики и штырь в центре, данный инструмент является вращающим.

4. Линейная сварка трением. При линейной сварке трением, вращательные процессы не используются. Дело в том, что сварка трением линейным методом, подразумевает под собой трение непосредственно свариваемых деталей друг о друга до тех пор, пока обе детали, или вернее поверхности обеих деталей не станут пластичными до такой степени, чтобы соединение их между собой стало возможным.

1.2 Перспективы развития сварки трением

За сравнительно короткое время промышленного использования сварка трением зарекомендовала себя как высокопроизводительный технологический процесс, позволяющий получать высококачественные соединения деталей из большого числа различных одноименных и разноименных металлов и сплавов и обладающий рядом других важных преимуществ. Это одна из основных причин быстрого внедрения сварки трением в различных отраслях машиностроения.

Особенности процесса позволяют прогнозировать следующие пути дальнейшего развития сварки трением:

1. Разработка новых разновидностей процесса сварки трением с целью расширения возможностей его промышленного использования.

2. Выполнение технологических исследований в области расширения номенклатуры свариваемых трением новых материалов и установления оптимальных режимов их сварки.

3. Разработка новых образцов и систем универсального оборудования для сварки крупных деталей, а также для микросварки трением.

4. Создание простых и дешевых универсальных машин для оснащения ими ремонтных мастерских и производственных цехов с большой номенклатурой обрабатываемых деталей.

5. Создание специализированных машин - автоматов и комплексных линий, предназначенных для изготовления большого числа однотипных деталей. материал сварка трение трубопровод

6. Создание оборудования, оснащенного системами обратных связей и ведущего процесс сварки в заданном режиме, без отклонений при воздействии возмущающих факторов, что полностью исключает возможность брака при сварке.

7. Выполнение исследований в области оптимизации процесса и создание (в перспективе) на этой базе самонастраивающихся машин-автоматов, снабженных компьютерами или подключаемых к ним.

1.3 Материалы для сварки трением

В качестве материалов для сварки трением используются стали. Свариваются разные стали, такие как медь и алюминий, сплавы алюминия и латуни, меди со сталями и другие комбинации.

Накоплен большой опыт промышленного использования сварки трением различных одноименных материалов, а также разноименных металлов и сплавов. Хорошо свариваются черные металлы (исключением является чугун).

Равнопрочные соединения получаются при сварке одноименных малоуглеродистой, среднеуглеродистой, низко- и среднелегированной сталей; хорошо сваривается жаропрочная сталь. Хорошо свариваются стали всех названных выше классов в различных сочетаниях между собой, а также быстрорежущая сталь марок Р9 и Р18 с конструкционной сталью марок 40 и 40Х (и близких к ним).

Представляет некоторые технологические затруднения сварка таких разноименных материалов, как быстрорежущая сталь повышенной теплостойкости с конструкционной; трудно свариваются и требуют форсированных режимов тепловыделения некоторые жаростойкие сплавы дисперсионного твердения с конструкционной сталью.

Хорошо свариваются алюминий со всеми его сплавами, медь, латунь и другие одноименные цветные металлы.

Прочные и пластичные соединения образуются при сварке трением алюминия с медью, меди со сталью, алюминия со сталью. Плохо сваривается сталь с алюминиевыми сплавами, содержащими более трех процентов легирующих компонентов.

Не свариваемые материалы иногда удается соединить с помощью прослойки, хорошо сваривающейся с материалами обеих деталей, подлежащих соединению.

Возможность получения при помощи сварки трением соединений большого ряда материалов, как одноименных, так и разноименных, позволяет удачно использовать этот процесс при изготовлении составных деталей из материалов с различными свойствами с целью замены дорогих или дефицитных материалов более простыми и дешевыми, а также повышения долговечности и надежности деталей.

Нефтяной трубопровод изготавливают из стали марки 14ХГС и других соответствующих по химическому составу сталей, при помощи сварки трением.

Сталь - сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в стали не более 2,14 процента. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 процента железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Рассмотрим сварку трением сварочным аппаратом с непрерывным приводом МАСТ-10, на примере сварки стыкового шва нефтяного трубопровода марки 14ХГН, с наружным диаметром 160 миллиметра при толщине стенки 10 миллиметра.

Для сварных конструкций, заменителями являются стали под марками 15ХСНД, 16ГС, 14ГН, 16ГН, 14СНД, так как они схожи по химическому составу в соответствии с таблицей 2.

Краткие обозначения:

ув - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), Мпа;

ут - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), Мпа;

д5, д4, д10 - относительное удлинение после разрыва, в процентах;

KCU и KCV - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2.

Для сварных конструкций, заменителями могут стать стали схожими механическими свойствами в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 - Механически свойства стали 14 ХГН

Прокат

Размер

Напряжение

ув(МПа)

ут(МПа)

д5 (%)

ш %

KCU (кДж/м2)

-

-

-

1080

835

8

-

780

Таким образом, для сварных конструкций можно легко найти другую сталь схожими механическими и химическими свойствами.

1.4 Оборудование для сварки трением

Для изготовления нефтяного трубопровода с помощью сварки трением, нужно оборудование такое как: машина для сварки трением, микро-ЭВМ, с программами параметров режима, станок для снятия грата, роботы или манипуляторы для загрузки-выгрузки и транспортирующие трубопровода.

Принципиально сварку трением можно вести на любом металлорежущем станке, имеющем патрон на вращающемся шпинделе для закрепления одной из свариваемых деталей и место для установки второй детали (токарный, фрезерный, расточной, сверлильный станки), однако попытки использования металлорежущих станков для сварки трением приводят, как правило, к их быстрому износу; эти станки не рассчитаны на режимы, свойственные сварке трением; выходят из строя подшипниковые группы станков, ломаются станины.

Для сварки трением необходимо использовать специальные машины. Принципиальная кинематическая схема такой машины в соответствии с рисунком 4. Машина снабжена схемой управления, связывающей работу всех ее узлов в единый цикл.

Оборудование для сварки трением, если не считать подложки, состоит из двух частей: заплечник - статор, в который помещаются заготовки, внутри этого статора закреплен штырь, который находится в постоянном контакте с заготовками.

При помещении заготовки в статор - заплечник начинается вращение со скорость 1000 оборотов в минуту, при этом штырь постоянно взаимодействует со свободной заготовкой. При повышении температур обе заготовки становятся пластичнее, в этот момент статор начинает давать на стык между двумя кромками, вытесняя жидкий металл - будущий сварочный шов. Исходными данными при выборе оборудования являются: параметры режима сварки трением; необходимая мощность привода шпинделя; размеры свариваемых заготовок; требуемая производительность процесса.

Большинство действующих в настоящее время машин для сварки трением представляют собой полуавтоматы, которые весь этот цикл выполняют автоматически, и лишь укладка свариваемых заготовок в зажимы машины и извлечение сваренной детали в них выполняются вручную.

Рисунок 4 - Принципиальная кинематическая схема машины для сварки трением

В крупных машинах, предназначенных для сварки тяжелых деталей таких как трубы для изготовления трубопровода, вспомогательные операции обычно механизированы. За последние годы в ряде стран стали появляться машины-автоматы с полностью автоматизированным (включая и вспомогательные операции) циклом работы.

В настоящее время наметилась тенденция создания специализированного оборудования для сварки трением; в этом случае каждая машина предназначена для сварки какой-либо одной или группы однотипных деталей. Такие машины более высокопроизводительны и в подавляющем большинстве работают в полностью автоматизированном цикле. Начинают находить применение комплексные механизированные и автоматические линии, построенные на базе машин для сварки трением и выполняющие как операции сварки, так и ряд смежных операций - механическую обработку до сварки, снятие грата после сварки и даже иногда контроль качества выполненного соединения. Эти наиболее высокопроизводительные агрегаты весьма перспективны и в ближайшие годы найдут широкое применение.

Тем не менее простые, дешевые и удобные в эксплуатации машины универсального применения хотя и не отличаются высокой производительностью, до настоящего времени успешно применяются при выполнении ремонтных работ, а также в небольших производственных цехах с развитым ассортиментом обрабатываемых деталей.

2. Технологическая часть

2.1 Подготовка материала и оборудование для сварки трением при изготовлении трубопровода

Прежде чем подготовить материал и оборудование для сварки рением необходимо создать проект трубопровода, в котором отражается такие моменты, как возможность имеющейся машины сварки трением, свариваемость материалов заготовок, закрепление заготовок в сварочной машине, стоимость подготовки заготовок к сварке и последующей после сварки обработки изделия. Стоит учесть свойства материала из чего будет изготавливаться изделия в нашем случаи из стали марки 14ХГН. И учитываем в каком положения свариваться трубы свариваются в стык. Выбираем параметры оборудования в зависимости от диаметра труб и толщины труб.

Исходя их проекта подготавливаем материалы и оборудование:

1. Перед проведение сварки трением, оборудование проверяют на подключение к сети, на неисправности, в рабочем ли состояние двигатель, в хорошем ли состояние зажимы, чтоб не привело во время сварки к поломкам, проверяют нет ли на рабочем месте лишних предметов, которые могут повлиять на сварку.

2. Перед проведение сварки необходимо убедиться, что концы труб и соединительных деталей имеют форму и размеры скоса кромок, соответствующих применяемым процессам сварки. При их несоответствии допускается механическая обработка кромок. Для труб небольшого диаметра (до 520 миллиметра) возможно применение торцевателей, фаскоснимателей, труборезов и шлифмашинок. Для больших диаметров применяются орбитальные фрезерные машины, гидроабразивная резка и шлифмашинки. В отдельных случаях, при врезке катушек или выполнении захлестов, допускается применение термических способов подготовки кромок, таких как:

1. Газокислородная резка.

2. Воздушно-плазменная резка.

3. Строжка и резка специальными электродами.

После термической подготовки кромок, проводим сварку трением.

2.2 Процесс сварки

Перед началом сварки составляем последовательность действий для сварки трубопровода.

1. Выбираем материал труб для сварки трением трубопровода.

2. Зачистка кромок от грязи, заусенцев, ржавчины и так далее. Если они обнаруживаются.

3. Концы труб и соединительных деталей должны иметь форму и размеры скоса кромок, соответствующие применяемым процессам сварки. При их несоответствии допускается механическая обработка кромок.

4. После деталь закрепляем в заплечнике.

5. Берем другую трубу для изготовления трубопровода.

7. Те же операции проводим для второй трубу для изготовления трубопровода.

8. После трубу закрепляемся на статор.

9. При помещении заготовки в статор-заплечник, производим сварку трением.

10. После окончания сварки, с трубопровода снимаем грат.

11. Потом трубопровод направляем в хранилище.

При изготовлении трубопровода выбираем трубы марки 14ГНХ. Нужную нам трубу закрепляем на кран-балке. Перед началом сварочно-монтажных работ необходимо убедиться в том, что труба имеет сертификат качества, соответствует проекту.

После этого труба при помощи кран-балки перемещается в сварочный цех.

В сварочном цехе проверяем трубу на ржавчину, окалины, трещин и других элементов которые могу препятствовать сварки. Кран-балку перемещают к МАСТ-10 где трубу отпускают, после чего она закрепляется на заплечники. После проводим те же операции для второй трубы, которую после закрепляют на статоре. Перед началом сварки проверяем качество закрепления труб. После проводим сварку трением в стык которая происходит в шесть этапов.

На первом этапе происходит притирка поверхностей трения. По мере увеличения частоты вращения момент трения покоя снижается и переходит в граничное трение (по пленкам), происходит удаление жировых пленок и образование очагов схватывания.

На втором этапе наступает сухое (чистое) трение (в отсутствие пленок), интенсивное увеличение фактической площади контакта и быстрый рост температуры со снижением предела текучести металла. Момент трения сначала быстро нарастает и достигает максимума. В роли смазочного материала появляется тонкий слой металла в сверхпластичном состоянии, трение из сухого становится полусухим.

Третий этап отличается постепенным подъемом температуры металла и, как следствие, спадом момента трения. Начинается вытеснение из стыка, нагретого до пластического состояния металла с образованием наружного грата. К концу третьего этапа температура в стыке достигает максимального значения, а момент трения, мощность тепловыделения и скорость осадки стабилизируются.

На четвертом установившемся этапе завершается подготовка стыка к образованию сварного соединения: поверхности трения активированы, остатки оксидов и инородных включений удалены в грат.

Пятый этап - торможение с завершением сварки и образованием металлических связей по площади всего стыка.

Шестой этап - осадка (проковка), термомеханическая обработка сварного соединения, способствующая повышению прочности и вязкости металла. Проковка длится 1,5…трех секунд, после чего сваренный трубопровод освобождается из зажимов машины и охлаждается на воздухе.

После трубопровод переносится в хранилище, которой будет ждать, когда его заберут на прокладывание новых магистральных нефтяных трубопроводов.

2.3 Контроль качества сварных швов

Сварка трением обеспечивает высокое и стабильное качество сварного соединения при условии соблюдения требуемого качества исходного материала свариваемых заготовок и технологических параметров режима сварки. Несмотря на это, почти все промышленные предприятия осуществляют выборочный или 100 процентный контроль качества сварных изделий в зависимости от их назначения.

Возможные виды и причины брака при сварки трением приведены соответствии с таблицей 4.

Таблица 4 - Виды и причины брака при инерционной сварке трением

Вид сварки

Причины брака

Несоосность и кривизна сваренных заготовок

Большой вылет заготовок из зажимных механизмов; чрезмерный износ зажимных механизмов; недостаточная жесткость сварочной машины;

несоответствие размера цанги диаметру свариваемой заготовки;

Вид сварки

Причины брака

Не провар по всему сечению

Недостаточный нагрев в процессе сварки; наличие окалины на торцах заготовок; недостаточное осевое усилие в стадии проковки или его отсутствие; продолжение вращения заготовки после снятия осевого усилия в стадии проковки.

Грубые следы от зажима на наружных поверхностях сваренных деталей

Грубая насечка на поверхностях заготовок зажимных устройств и завышенное усилие зажима; проворачивание заготовки в зажимном устройстве в процессе сварки из-за большого момента трения по сравнению с усилием зажима.

Трещины в стыке и зоне термического влияния

Длительная выдержка заготовок из закаливающихся сталей на воздухе после сварки; большие структурные и термические напряжения в зоне сварного соединения из - за разновеликие сечения свариваемых поверхностей деталей

Качество трубопровода, изготовленным сваркой трением, оцениваем по результатам визуального контроля, механических испытаний (растяжение, кручение, изгиб и другие), микроструктурного анализа, контроля сварных соединений без разрушения (магнитная и ультразвуковая дефектоскопия и другие), технической пробы в виде ручной отбойки. Одним из основных методов контроля является визуальный контроль с использованием оптических приборов. При внешнем осмотре выявляем смещение и кривизну сварной детали или узла, наружные трещины в шве.

С помощью механических испытаний и последующего изучения изломов образцов выявляем не провар, перегрев, поры, расслоения и другие дефекты сварного соединения. Для механических испытаний изготовляем стандартные образцы со стыком в середине образца. Часто эти испытания проводим на образцах с кольцевой проточкой по линии сварного шва при уменьшении сечения до 30 процентов.

3. Обеспечение безопасности сварки трением в трубопроводной промышленности

Прокладка различных трубопроводов имеет очень большое значение для развития экономики России. Магистральные трубопроводы позволяют транспортировать на очень большие расстояния газообразные и жидкие продукты от их месторождения до мест переработки или потребления. Поэтому сварка труб является основным технологическим процессом прокладывания трубопровода.

Чаще всего для изготовления труб с помощью сварки используют сварку трением, так как при выборе иных методов сварки имеется большая вероятность образования таких дефектов как: наплывы; подрезы; неполномерность шва; неравномерность ширины стыкового шва; неравномерность по длине катета углового шва; газовые поры; шлаковые включения; непровары; горячие и холодные трещины; прожоги и так далее. Возникновение данных дефектов, может привести к разрыву трубопровода, что негативно скажется не только на экономике из-за потребности в ремонте трубопровода, но и на экологии в целом.

При изготовлении труб сваркой трением сварочный шов качественный, и понижается разрыв трубопровода в сварочном шве.

Качественное соединение при изготовлении трубопровода сваркой трением достигается за счет:

1. Полного соблюдения проектных чертежей и технологических особенностей.

2. Допуска к проведению сварочных работ высококвалифицированных сварщиков.

3. Применения специального дополнительного оборудования.

4. Проведения инструктажа по технике безопасности.

5. Выбор режима сварки для трубопровода.

4 Охрана труда и техника безопасности

Срок службы оборудования, бесперебойность в работе, производительность и качество сварки в большой степени зависят от наладки, технического обслуживания и своевременного ремонта сварочного оборудования.

Руководящими техническими материалами ОАА. 689.017-69 Министерства электротехнической промышленности предусматривается: порядок пуска в эксплуатацию и наладки действующего оборудования, порядок межремонтного обслуживания, планово-профилактических осмотров и плановых ремонтов.

Этими материалами устанавливается, что за исправное состояние и правильную эксплуатацию электросварочного оборудования отвечает энергетик, механик или другой работник, в ведение которого приказом по предприятию передается электросварочное оборудование. В его обязанности входит: проверка технического состояния оборудования, инструктаж обслуживающего персонала, наблюдение за правильной эксплуатацией оборудования, организация ремонтных работ и техническое руководство ими.

Рабочий-сварщик (оператор) несет ответственность за правильную эксплуатацию и сохранность оборудования. В его обязанности входит правильное пользование оборудованием для сварки трением, строгое поддержание заданных режимов, содержание в чистоте оборудования и рабочего места, соблюдение всех требований техники безопасности. К самостоятельной работе на оборудовании сварки трением допускаются сварщики, сдавшие экзамены по курсу технического обучения автоматической или полуавтоматической сварке и прошедшие инструктаж по технике безопасности.

Для обеспечения наиболее эффективной эксплуатации сварочного оборудования должен производиться его планово-предупредительный ремонт.

Система планово-предупредительного ремонта предусматривает совокупность работ по техническому уходу и ремонту оборудования, проводимых по заранее составленному плану. Определяются виды работ, и проводится их описание, планируются профилактические осмотры и выполнение мелкого, среднего и капитального ремонтов, предусматривается организация снабжения готовыми деталями, изготовление запасных деталей, их учет и хранение.

Сроки текущих и капитальных ремонтов сварочного оборудования устанавливаются с учетом условий эксплуатации и указаний завода-изготовителя оборудования.

При работе на автомате или полуавтомате сварки трением в целях предупреждения несчастных случаев необходимо соблюдать ряд мероприятий, предусмотренных законами об охране труда и действующими правилами, и инструкциями.

Поражение электрическим током, ожоги, отравление пылью - наиболее характерные случаи травматизма при сварке трением, в следствии этого сварщики должны обеспечиваться специальной одеждой, специальной обувью, индивидуальными средствами защиты и предохранительными приспособлениями в соответствии с приказом МПС № 25 Ц-3. И проводится инструктаж по техники безопасности при сварки трением.

При сварке в закрытых помещениях необходимо применять вытяжную вентиляцию.

4. Охрана окружающей среды

При изготовлении трубопровода, сварочные работы негативно влияют на экологию в целом, но сварка трением почти экологическая.

Рабочее место сварщика должно содержаться в чистоте и порядке, не допуская ничего лишнего, мешающего работе на рабочем месте, а также в проходах и проездах. Детали и заготовки следует держать в устойчивом положении на подкладках и стеллажах, высота штабелей не должна превышать полторы ширины или полтора диаметра основания штабеля и во всех случаях не должна быть более 1 м

При выполнении сварочных работ атмосферный воздух не загрязняется вредными примесями, из-за того, что при сварки трением не используются электроды, флюсы, и так далее. А при сварке используется только свариваемые стали, если не провести зачистку кромок от загрязнения, окалины и так далее. То буде выделять вредные газы.

Для предотвращение этого зачищаем кромки, что уменьшает выделение вредных газов в атмосферу.

В основу охраны здоровья сварщиков положено проведение широких оздоровительных и санитарных мер, имеющих целью предупреждение заболеваний. В настоящее время проводятся интенсивные научно-исследовательские работы и изыскания по следующим направлениям, изучение условий труда и профессиональной заболеваемости, работающих в сварочном производстве.

Институтом охраны труда на основании проведенных исследований установлены следующие основные факторы, отрицательно влияющие на здоровье сварщиков, в воздухе рабочих помещений наблюдается присутствие сварочного аэрозоля.

Заключение

Трубопроводный транспорт России. Важнейшими транспортируемыми грузами являются сырая нефть, природный и попутный газ. Транспортировка нефтепродуктов, жидких и газообразных химикатов перспективно, но в настоящее время продуктопроводы не получили большого распространения.

Действует крупная сеть нефтепроводов и газопроводов, снабжающая углеводородами экономику России, а также Западную Европу, Турцию, Юго-Восточную Азию.

В России преобладают трубопроводы большого диаметра и большой протяженности в широтном направлении.

С каждым годом число желающих на приобретение Российской нефти возрастает, что влечет за собой увеличение экспорта не только на территории Российской федерации, но и за рубежом на сырую нефть, который не может осуществляться без увеличения протяженности трубопровода.

Для создания трубопровода, в данной отрасли, используются разнообразные виды сварки, такие как сварка под флюсом, газо-кузнечная сварка, ручная дуговая сварка, сварка ультразвуком, сварка трением и другие.

Сварка трением - это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

Сварное соединение образуется в твердой фазе, без расплавления металла свариваемых деталей; при сближении поверхностей подлежащих сварке деталей до очень малых расстояний (соизмеримых с между атомными) между ними образуются металлические связи, по своей природе и по величине аналогичные силам взаимодействия между атомами в сплошном куске металла.

Преимущества сварки трением при изготовлении трубопровода:

1. Высокая производительность.

2. Высокие энергетические показатели процесса.

3. Высокое качество сварного соединения.

4. Стабильность качества сварных соединений.

5. Возможность сварки металлов и сплавов в различных сочетаниях.

6. Гигиеничность процесса.

7. Простота механизации и автоматизации.

8. Не требуется защитных приспособлений от светового излучения.

9. Отсутствует вредного влияния на оператора сварочного.

10. Отсутствие брызг.

Кроме обычного способа сварки трением есть и такие как: сварка двух деталей с помощью третьего тела; одновременная сварка трех заготовок; вибрационная сварка.

Сварка трением разделяется на несколько видов: инерционная сварка; орбитальная сварка; сварка трением перемещением; линейная сварка трением.

Сварка трением являться наиболее подходящим для изготовления трубопровода для магистрального трубопроводного транспорта.

Список использованных источников

1. Верхоненко Л.В. Справочник сварщика. - Минск: Вышэйшая школа, 2010. - 366 с. - ISBN 978-5-7695-5.

2. Геворкян В.Г. Основы сварочного дела. - М: Высшая школа, 2012. - 167с. - ISBN 478-6-8935-1.

3 Глизаменко Д.Л. Сварка и резка металлов. - М: Высшая школа, 2013. - 448 с. - ISBN 718-3-5645-7.

4. Бондарь В.Х. Краткий справочник сварщика. М: Высшая школа, 2011. - 264 с. - ISBN 518-1-7345-7.

5. Гелин Ф.Д. Технология металлов. Ч.1. - Минск: Высшая школа, 2010. - 354 с. - ISBN 118-1-5315-9.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Анализ перспективных методов сварки. Критерии: качество шва, экономичность, сфера применения и условия эксплуатации. Разновидности сварки: cварка взрывом, трением, ручная-дуговая сварка и лазерная. Техника безопасности при проведении сварочных работ.

    реферат [21,1 K], добавлен 02.08.2009

  • Механизация и автоматизация самих сварочных процессов. Подготовка конструкции к сварке. Выбор сварочных материалов и сварочного оборудования. Определение режимов сварки и расхода сварочных материалов. Дефекты сварных швов и методы контроля качества.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 07.08.2015

  • Технологические процессы сборки и сварки трубопровода диаметром 50 мм в поворотном положении. Выбор материалов для выполнения сварочных работ и сварочного оборудования. Режим сварки, контроль качества работ. Расчет общего времени сварки, заработной платы.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 23.12.2014

  • Методика и принципы сварки регистра. Выбор и характеристика материала трубопровода. Применяемое оборудование, инструменты и приспособления. Расчет режимов сварки и контроль качества. Техника электро- и пожаробезопасности при изготовлении трубопровода.

    контрольная работа [28,0 K], добавлен 20.12.2015

  • Способы проектирования гидросхемы приводов, которая предназначена для автоматизации основных операций, выполняемых на машине для сварки трением при использовании элементов гидроавтоматики. Подбор гидроцилиндров, выбор насосной станции. Расчет потерь.

    курсовая работа [184,3 K], добавлен 28.02.2011

  • Принцип работы, конструкция оборудования для автоматической сварки. Технология сварки поворотных сварных швов под слоем флюса, неповоротных - в среде защитных газов. Самоходные автоматы, технология сварки протяженных сварных швов под слоем флюса.

    реферат [2,3 M], добавлен 23.06.2015

  • Характеристика сварочно-монтажных работ, их применение для соединения труб в непрерывную нитку магистрального трубопровода. Сущность метода ручной дуговой сварки. Дефекты сварных соединений. Выбор материалов и режима сварки, контроль их качества.

    дипломная работа [2,1 M], добавлен 31.01.2016

  • Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции. Выбор и обоснование выбора способа сварки балки двутавровой. Определение расхода сварочных материалов. Определение параметров сварных швов и режимов сварки. Контроль качества продукции.

    дипломная работа [643,9 K], добавлен 03.02.2016

  • История 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 24.07.2010

  • Выбор и обоснование выбора материала сварной конструкции. Определение типа производства. Последовательность выполнения сборочно-сварочных операций с выбором способа сборки, сварки, оборудования для сборки и сварки, режимов сварки, сварочных материалов.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.05.2017

  • Технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывной структурной связью. Средства, используемые для сварочного нагрева и формирования соединения. Преимущества и недостатки сварки трением, ее применение.

    курсовая работа [241,8 K], добавлен 12.12.2010

  • Способы разделки труб перед сваркой. Центраторы для сборки и центровки трубопроводов. Технология газовой сварки различных швов. Особенности сварки горизонтальных, вертикальных, потолочных, наклонных швов. Техника безопасности при выполнении огневых работ.

    курсовая работа [3,4 M], добавлен 08.10.2014

  • Выбор материалов для выполнения сварочных работ и режима сварки. Технологическая карта на выполнение сборки концевых стыков труб диаметром 150 мм, изготовленных из стали марки 12Г2СБ при помощи ручной дуговой сварки. Контроль качества сварочных работ.

    курсовая работа [573,5 K], добавлен 14.11.2014

  • Описание основного материала. Трудности и особенности сварки сплава АМг-6. Выбор и обоснование способа и режимов сварки, разделки кромок, сварочных материалов и оборудования. Специальные технологические материалы, условия и особенности их применения.

    курсовая работа [279,5 K], добавлен 17.01.2014

  • Подготовка металла (деталей) к сварке, выбор и обоснование режимов и техники. Последовательность и обоснование сварки швов, термическая обработка детали. Контроль качества методом геометрических измерений. Охрана труда при выполнении сварочных работ.

    курсовая работа [3,3 M], добавлен 17.04.2010

  • Применение сварки под слоем электропроводящего флюса для автоматической сварки. Преимущества метода сварки под флюсом, ограничения области применения. Типичные виды сварных швов. Автоматические установки для дуговой сварки и наплавки, режимы работы.

    книга [670,7 K], добавлен 06.03.2010

  • Описание сварной конструкции. Выбор способа сварки, сварочных материалов и сварочного оборудования. Нормирование технологического процесса. Химический состав материала Ст3пс. Расчет затрат на проектируемое изделие. Карта технологического процесса сварки.

    курсовая работа [836,2 K], добавлен 26.02.2016

  • История плазменной сварки, ее сущность и физические основы. Общая схема и технологические особенности плазменной сварки, Область применения, необходимое оборудование для производства сварочных швов. Преимущества и недостатки этого метода сварки.

    реферат [307,5 K], добавлен 14.09.2015

  • Описание конструкции, назначение и условия работы сварного узла газотурбинного двигателя. Выбор способа сварки и его обоснование, выбор сварочных материалов и режимов сварки. Выбор методов контроля: внешний осмотр и обмер сварных швов, течеискание.

    курсовая работа [53,5 K], добавлен 14.03.2010

  • Способы сварки, виды. Подготовка кромок, сборка деталей под сварку. Выбор и характеристика свариваемой стали. Возможные дефекты сварных швов, способы их устранения. Контроль качества сварных соединений и швов, способы контроля. Организация рабочего места.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.