1.Введение.

   Классификация и сущность сварки

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

   Сущность  сварки заключается в сближении  элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые  обеспечивают прочность соединения.

   Так как свариваемые поверхности  неоднородны, имеют макро и микронеровности, оксидные пленки, загрязнения, то для  сварки необходимо приложить внешнюю  энергию. В зависимости от вида энергии  различают три класса сварки: термический, термомеханический и механический.

   К термическому классу относят виды сварки, осуществляемой плавлением, т. е. местным  расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии: дуговую, газовую, электрошлаковую, электронно-лучевую, плазменно-лучевую, термитную и др.

   Дуговая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев осуществляют электрической дугой. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляют сжатой дугой.

   Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки.

   Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой для нагрева металла используют тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

   При электронно-лучевой сварке для нагрева соединяемых частей используют энергию электронного луча. Тепло выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным потоком.

   Местное расплавление соединяемых частей при  лазерной сварке осуществляют энергией светового луча, полученного от оптического квантового генератора — лазера.

   При термитной сварке используют тепло, образующееся в результате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюминия и окиси железа.

   К термомеханическому классу относят виды сварки, при которых используют тепловую энергию и давление: контактную, диффузионную, газопрессовую, дугопрессовую и др.

   Основным  видом термомеханического класса является контактная сварка — сварка с применением давления, при которой нагрев осуществляют теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.

   Диффузионная  сварка — сварка давлением, осуществляемая взаимной диффузией атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

   При прессовых видах сварки соединяемые части могут нагреваться пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки (газопрессовая сварка), дугой (дугопрессовая сварка), электрошлаковым процессом (шлакопрессовая сварка), индукционным нагревом (индукционно-прессовая сварка), термитом (термитно-прессовая сварка) и т. п.

   К механическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодную, взрывом, ультразвуковую, трением и др.

   Холодная  сварка — сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей.

   Сварка  взрывом — сварка, при которой соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения быстро движущихся частей.

   Ультразвуковая  сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.

   Сварка  трением — сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением свариваемых частей друг относительно друга.

   Наплавка — это нанесение с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавочные работы выполняют для восстановления размеров изношенных деталей (ремонтная наплавка, восстановительная наплавка) и при изготовлении новых изделий наплавкой на их поверхность слоев металла с особыми свойствами, например с повышенной коррозионной стойкостью, износостойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью.

   Термическая разделительная резка основана на способности металла сгорать в струе технически чистого кислорода и удалении продуктов сгорания из полости реза. В зависимости от источника тепла, применяемого для резки, различают: газовую резку, основанную на использовании тепла газового пламени; дуговую резку расплавлением с использованием тепла электрической дуги, обычно горящей между разрезаемым металлом и электродом; плазменно-дуговую резку (резку сжатой дугой) — особый вид дуговой резки, основанный на выплавлении металла из полости реза направленным потоком плазмы; воздушно-плазменную резку, отличающуюся от плазменно-дуговой использованием струи сжатого воздуха.

   Металл  из полости реза в процессе термической  резки удаляют:

• термическим способом за счет расплавления и вытекания  металла из полости реза;
• химическим способом за счет окисления металла, его превращения в окислы и шлаки, которые также удаляют из полости реза;
• механическим способом за счет механического действия струи воздуха или газа, способствующей выталкиванию жидких и размягченных продуктов из полости реза.

   При газовой резке одновременно действуют  все три способа, при дуговой, плазменно-дуговой и воздушно-плазменной резке действуют преимущественно  термический и механический. 
 
 
 
 
 
 
 

2.Описание технологии сварки труб на трубосварочной базе в трехтрубные секции установкой АД-142

   Резервы повышения производительности дуговой сварки ограничены критической массой сварочной ванны, способной удерживаться в разделке в различных пространственных положениях. Существенного повышения производительности достигают принудительным формированием шва, которое применительно к сварке стыков труб можно осуществить только в сочетании с порошковой проволокой. Благоприятным фактором, способствующим принудительному формированию, при сварке порошковой проволокой является наличие шлака между горячей поверхностью шва и движущимся холодным формирующим устройством. В этих условиях шлак служит технологической смазкой и защищает ползун.

   В плавильное пространство подают порошковую проволоку, между концом которой  и жидким металлом горит электрическая дуга. За счет тепла дуги и сварочной ванны оплавляются кромки деталей. По мере кристаллизации шва формирующие устройства вместе со сварочным автоматом перемещаются по стыку снизу вверх (рис. 1.1)

Рис.1.1. Схема процесса сварки с принудительным формированием шва: 1— порошковая проволока; 2 — шов; 3 — сварочная ванна; 4 — шлаковая ванна; 5 — шлаковая корка; 6 — формирующий ползун; 7 — охлаждающая жидкость

   Самозащитная  порошковая проволока обеспечивает зону сварки технологически необходимым  слоем шлака, который находится в зоне ползуна в пластичном или жидком состоянии.

По схеме  принудительного формирования предусмотрена  сварка правого и левого полупериметров стыков труб большого диаметра одновременно двумя головками (рис. 1.2)

Рис. 1.2. Схема процесса сварки труб больших диаметров порошковой проволокой с принудительным формированием шва: 
1 — кассета; 2 — труба; 3 — электрическая дуга; 4 — сварочная ванна; 5 — охлаждающая жидкость; 6 — шлак; 7 — металл шва

   В начале сварки первой головкой в качестве дна плавильного пространства используют металлическую вставку, как правило, из электродной проволоки (рис. 1.3, а). Дном плавильного пространства может также быть мощная, качественно выполненная прихватка. Сварка второй головкой (рис. 1.3, б) начинается от шва, ранее сваренного первой головкой и тщательно зачищенного шлифмашинкой.

     
Рис. 1.3. Схема начала сварки с принудительным формированием шва: 
а — первой сварочной головкой; б — второй сварочной головкой; 1 — мундштук; 2 — формирующий ползун; 3 — металлическая вставка; 4 — вода или антифриз

   Замок в верхней части трубы выполняют, переводя процесс с помощью углового корректора из принудительного в  полупринудительное. Заканчивая процесс  сварки первой головки, за счет увеличения скорости сварки постепенно уменьшают  толщину шва. Сварку второй головкой заканчивают, наезжая на предыдущий шов.

   В нижнем и потолочном положениях имеет  место неравномерное по высоте проплавление кромок труб. В потолочном положении  более интенсивно плавятся кромки, примыкающие к внутренней поверхности  труб, а в нижнем — к наружной. Для устранения этой неравномерности  и стабильного расплавления кромок электродную проволоку в процессе сварки перемещают по высоте плавильного  пространства от наружной поверхности  труб в начале процесса к внутренней поверхности в конце его. В  потолочном положении проволоку  подают в разделку по касательной  к поверхности трубы в непосредственной близости от формирующего ползуна и  в процессе сварки постепенно перемещают в глубь разделки таким образом, чтобы в нижнем положении она  располагалась ближе к предыдущему  слою.

   Для сварки трубопроводов наземных сооружений разработан комплекс оборудования "Стык-2". Он предназначен для сварки труб диаметром 530 — 1020 мм с толщиной стенки 10 — 25 мм. Конструкция комплекса учитывает условия монтажа наземных сооружений, где свариваемые стыки могут располагаться на различных уровнях строительной площадки, а переместить сварочный аппарат от стыка к стыку не всегда можно с помощью механизмов. Сварочный аппарат комплекса выполнен из отдельных быстросъемных узлов, габариты и вес которых позволяют достаточно быстро монтировать аппарат вручную в зоне радиусом около 50 м, так как аппарат по строительной площадке перемещается от стыка к стыку вручную.

   В состав комплекса входит сварочный  аппарат, агрегат питания и электростанция мощностью 100 кВ-А. При наличии на площадке промышленной сети предусмотрен вариант поставки без электростанции.

   Комплекс  комплектуют сварочным аппаратом  АД-142.

   Аппарат АД-142 (рис. 1.4), входящий в состав комплекса "Стык-2", предназначен для сварки большого количества типоразмеров труб при частой перестройке аппарата. Аппарат выполнен из монтируемых узлов и может быть собран на трубе вручную без применения грузоподъемных механизмов. В собранном виде аппарат можно устанавливать с помощью подъемных средств.

 
Рис. 1.4. Сварочный аппарат АД-142: 
1 — головка сварочная; 2 — тележка; 3 — направляющий пояс и цепь; 4 — труба; 5 — кассета 

Табл. 1.1

   Базовой частью аппарата является тележка, которая  перемещается по трубе, охватывая колесами направляющую ленту. Крепится тележка  на трубе с помощью двухрядной цепи, установленной на направляющей ленте и проходящей через ведущую  звездочку. На тележке установлены  две сварочные головки левого и правого исполнения. Она подпружинена с помощью пружинно-рычажного  механизма. Используют направляющую ленту, представляющую собой стальную полосу шириной 80 и толщиной 5 мм. Лента состоит  из двух половин, соединенных между  собой шарниром, другие концы ленты  снабжены замком. Аппаратом управляют  с переносного пульта, который  устанавливают на трубе в удобном  для сварщика месте и удерживают с помощью четырех постоянных магнитов. На пульте монтируют приборы  для контроля и регулировки сварочного тока и напряжения, а также кнопки включения тележки, правой или левой  головок, сварочного тока. К пульту подключают пульт-ручку, на которой  установлены кнопки прекращения  перемещения тележки, подачи проволоки, кнопка включения форсированной  скорости тележки, прибор для регулировки скорости тележки.

3.Описание сборки и технологии сварки трубных секций в трассовых условиях поточно-расчлененным методом с применением сварки с принудительным формированием шва.

   Технология  сварочно-монтажных работ.

   Процесс сварки трубопровода в непрерывную  нитку при помощи комплекса "Стык-1" производят двумя методами.

    Первый метод предусматривает  применение центратора. Сварка неповоротных стыков трубопровода с принудительными  формированием производится следующим  образом (рис. 1).  

   Рисунок 1 Сварка неповоротных стыков трубопроводов с принудительным формированием шва 
 

   Отдельные трубы или секции 1 со стандартной  или специальной разделкой собирают при помощи внутреннегоцентратора, который имеет медную подкладку 8. В верхней части стыка делают прихватку ручной сваркой в месте  отсутствия медных подкладок. Затем  по обе стороны стыка устанавливают  автоматы, соединяя клещевой захваткой  с помощью гидравлической системы. Сварочный автомат, состоящий из тележки 3, подающего механизма 4, кассеты  с проволокой 5 устанавливают в  нижней части стыка (надире) и перемещают по направляющей 2 к зениту. В зазор, образованный кромками свариваемых  труб, медной подкладкой, перемещающимся ползунком 7, подается порошковая проволока 6. Сварку второй половины стыка выполняют другим автоматом с некоторым отставанием от первого, чтобы завершить сплавление полуокружностей одним автоматом. Стыки труб с толщиной 10-20,5 мм сваривают автоматической сваркой с принудительным формированием в два-три прохода.так как в потолочном положении невозможно удержать расплавленный металл высотой более 10 мм.

   Для первого слоя шва используют ползуны, имеющие на формирующей поверхности  выступ высотой 8 мм. Облицовочный слой шва формируют спомощью ползунов, обеспечивающих высоту усиления 2—3 мм.

   Производительность  процесса в этом случае можно определить из формулы , где G — масса наплавленного металла в единицу времени; — масса наплавленного металла; t — время расплавления проволоки.

   Масса наплавленного металла , где — коэффициент наплавки порошковой проволоки; — сварочный ток.

   Второй  метод сварки предусматривает применение автоматического процесса сварки с  принудительным формированием в  сочетании с ручной электродуговой сваркой, когда для выполнения первого  слоя шва применяют серийные внутренние гидравлические центраторы. Перед сваркой  догревают кромки труб. Сварку корневого  слоя шва выполняют одновременно два сварщика электродами с целлюлозным  покрытием диаметром 4 мм. Расстояние от низа трубы до поверхности земли  устанавливают не менее 0,5 м для  обеспечения прохода автоматической сварочной головки. После сварки корневой слой зачищают шлифовальной машинкой с удалением наплывов и  металла, закрывающего зашлакованные  карманы. Второй слой шва "горячий  поход" выполняют также два  сварщика электродами с целлюлозным  покрытием диаметром 4 мм.

   Второй  метод сварки предусматривает применение автоматического процесса сварки с  принудительным формированием в  сочетании с ручной электродуговой сваркой, когда для выполнения первого  слоя шва применяют серийные внутренние гидравлические центраторы. Перед сваркой  подогревают кромки труб. Сварку корневого  слоя шва выполняют вручную одновременно два сварщика электродами с целлюлозным  покрытием диаметром 4 мм. Расстояние от низа трубы до поверхности земли  устанавливают не менее 0,5 м для  обеспечения прохода автоматической сварочной головки. После сварки корневой слой зачищают шлифовальной машинкой с удалением наплывов и  металла, закрывающего зашлакованные  карманы. Второй слой шва "горячий  поход" выполняют также два  сварщика электродами с целлюлозным  покрытием диаметром 4 мм. После окончания  процесса сварки шов тщательно зачищают. Последний проход выполняют одновременно две автоматические сварочные головки  аппарата А-1568 или А-142. Каждая головка  сваривает половину стыка, перемещаясь  вместе с формирующим ползуном снизу  вверх. Для увеличения темпа продвижения  сварочной колонны предусматривают  увеличение числа сварщиков на каждом слое до четырех и применение двух-трех аппаратов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.Выбор трубосварочной базы.

   Полустационарные  сварочные базы состоят из линии  сборки труб (ЛСТ) и полевых автосварочных  установок (ПАУ). Трудоемкие процессы при  сборке труб о в секции (накатывание  одиночных труб, сближение труб, установка зазора вращение секции, скатывание секции) на трубосварочных линиях механизированы, и управление осуществляется дистанционно. Для комплектования применяют линию сборки труб ЛСТ-81, на которой осуществляют сварку труб диаметром 325—820 мм.

   Техническая характеристика линии сборки труб ЛСТ-81

   Технологический процесс сборки и сварки секций на линии сборки труб осуществляется следующим  образом. В начале работы трубы укладывают трубоукладчиком на приемочный стеллаж, где производят подготовительные операции. Затем одиночные трубы при  помощи отсекателей поочередно отделяют от остальных труб, передавая их на рольганги продольного перемещения. По окончании укладки первой трубы  на рольганг линии она перемещается вправо (или влево) на позицию сборки. Далее на рольганг линии подают вторую трубу и отправляют на позицию  сборки. Затем подается третья труба  которая остается на позиции сборки. После этого две крайние трубы  подводятся к средней до соприкосновения  кромок и осуществляется сборка секции с установкой внутренних центраторов. При этом собирается вначале один стык на прихватках, а затем второй. Трубы при сборке можно перемещать с помощью рольганга или приводом штанги центратора. Когда сварщики проварят две трети периметра каждого стыка, собираемую секцию устанавливают так, чтобы непроваренный участок стыка оказался в верхнем положении и ручная сварка осуществлялась не в потолочном положении, а в нижнем. После выхода центраторов из полости труб и перемещения их на лотке в исходное положение секция передается на вращатель и поворачивается на 180°.

   Сборочно-сварочные  работы на линиях сборки труб ведутся  в освещенной кабине, что позволяет  вести работы в две смены и  при плохой погоде. (Сварка первого  слоя ручными или полуавтоматическими  методами обеспечивает получение качественного  сварного соединения, так как процесс  ведется в укрытии и всегда в нижнем положении. Сварка последующих  слоев швов выполняется под флюсом на полевых автосварочных установках ПАУ-601, где секция накатывается на роликоопоры. Вращение секции осуществляется торцовым или роликовым вращателями. Наружная сварка швов может осуществляться одновременно двумя автоматами, что повышает производительность сварочной установки. Полностью  сваренные стыки секций труб контролируют на стеллажах готовой продукции  и вывозят на трассу.

   Техническая характеристика ПАУ-601

  5.Выбор оборудования трубосварочных баз.

  Вращатель.

   Сопряжение  осей двух и более труб большого диаметра, свариваемых в секции, без специального оборудования практически  невозможно. Вращатели используют на установках типа ПАУ, ЛСТ и БТС  для создания непрерывного или периодического изменения положения собранного стыка относительно сварочной головки, обеспечивая выполнение процесса в  нижнем положении с регулируемой частотой вращения. Вращатель должен обеспечить равномерную окружную скорость вращения секции при заданном диаметре труб.

   Вращатель ВТ-61 применяют для вращения секций при сварке на полевых автосварочных  установках ПАУ.

     Техническая характеристика ВТ-61

  Привод  продольного перемещения.

  Привод  продольного перемещения на линиях сборки труб и специализированных трубосварочных базах используют для возвратно-поступательного  перемещения труб и секций. На стенде устанавливают до десяти одинаковых по конструкции подобных приводов. Привод продольного перемещения  состоит из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического редуктора и двух приводных катков, установленных на валу, который на подшипниках качения опирается на опору. Редуктор устанавливают на выходном конце вала катков. К редуктору крепится электродвигатель мощностью 2,8 кВт, с номинальной частотой вращения 1420 об/мин. В случае выхода из строя электродвигателя или редуктора катки можно использовать как холостые роликоопоры.

  Перегружатели.

     Перегружатель устанавливают на механизированной линии.  Два перегружателя используют для сбрасывания сваренной секции с линии. Перегружатель представляет собой изогнутый рычаг, который  приводится в действие штоком гидравлической системы. При подаче масла в нижнюю полость цилиндра шток поднимает  рычаг в верхнее положение  и происходит сбрасывание секции на покати.

  Роликовые опоры.

     Роликовые опоры применяют при поворотной сварке секций труб на ПАУ при вращении секции. Каждая опора имеет корпус, в котором на оси устанавливается  коромысло. На коромысле имеется  два опорных ролика. Коромысло  качается на оси и может занимать два положения: оба опорных ролика находятся в горизонтальной плоскости (рабочее положение-сварка); правый ролик опущен (сброс готовой секции). 

     Техническая характеристика ОР61

Тяговая лебедка.

  Тяговые лебедки используют при сборке труб в секции на сборочном кондукторе для осевого перемещения одиночных  труб. Применяемая на трассе лебедка  ЛТ3-Т развивает тяговое усилие 30 кН.

   Сварочная головка.

   Головку СГФ-1004 используют в полевой автосварочной  установке ПАУ-601 для автоматической сварки трубопровода под слоем флюса. Это усовершенствованная головка  позволяет вести сварку поворотных стыков труб по предварительно подваренному первому слою шва. Сварочная головка  СГФ-1004 смонтирована на четырехколесной  тележке и имеет электродвигатель с редуктором, подающий механизм, токоподвод, бункер с флюсом, кронштейн с кассетой и пульт управления. Головка имеет  корректор, который позволяет сместить электропровод относительно зенита труб на величину 20—120 мм. Для обеспечения  надежного подвода тока к электродной  проволоке головка комплектуется  токоподводами двух типов — пружинным  и трубчатым.

   Трубчатый токопровод применяют для сварки трубопроводов диаметром 720—1420 мм. В этом случае мундштук имеет наконечник который рассчитан на электродную  проволоку диаметром 3 мм. Если устанавливается наконечник для проволоки диаметром 2 мм, то такой токопровод используют при сварке труб диаметром 325—720 мм.