Сварка газопровода на монтаже

   ВВЕДЕНИЕ 

   Сварка, по сравнению с другими способами соединения, широко применяется в различных отраслях промышленности и строительства. Основы сварки были заложены открытиями и изобретениями русских учёных и инженеров.

   Преимущества  сварки: экономия металла, современные технологические процессы, снижение трудоемкости, улучшение качества соединений металлов их работоспособность и т.д. Сварочная техника сегодняшнего дня – передовой, совершенный технологический процесс, который открывает широкие возможности для других областей техники, связанных с применением металла и оказывает большое влияние на развитие отдельных отраслей промышленности. Сварка дает возможность выполнять такие изделия, которые невыполнимы ни клепкой, ни штамповкой, ни литьем. Изделия любых размеров, формы, массы и с различной толщиной стенок выполняются с помощью сварки из сталей разных марок, с различными свойствами. При этом, качество металла используется наиболее полно в соответствии с условиями работы отдельных элементов конструкции.

   Достигнутые успехи в области автоматизации и механизации сварочных

   процессов позволили коренным образом изменить технологию изготовления таких важных объектов, как доменные печи, мосты, трубопроводы, суда, химическое оборудование, гидротурбины и т.д. В развитии сварочного производства большую роль играет человеческий фактор. Это производственные людские ресурсы: рабочие, мастера, техники-технологи, инженерные кадры, научные работники. В многочисленных институтах и лабораториях проводятся научные им. Е. О. Патона АНУ. В настоящий период бурного развития науки и техники можно утверждать, что сварка сохранит большое значение на долгие годы. 

          Цех №121 ОАО Азовобщемаш был  построен в 1978г. С мая 1979г  начал выпуск специализированных  цистерн с производственной программой рассчитанной 6000 тыс. штук  в год.

           Цех состоит из четырёх пролётов. В цехе 11 конвеерных линий, 3 трансбордера  для передачи цистерн на соседний  конвеер. Цех разделён на производственные  участки:   

          №1- участок мелких узлов (механическая обработка, сборка-сварка, испытание);

         №2- участок взятия в работу (крепление  котла на раму, запрессовка чистых  болтов, гидроиспытание котлов на  стенде);

         №3- участок сборочно-сварочный (полный  монтаж цистерн, установка лестниц,  площадок, регулировка скользунов, прохождение через габаритную рамку);

         №4- участок изоляции (пошив изолированных  матов, изоляция цистерн);

         №5- участок малярный и сдача  готовой продукции.

         Цех производит цистерны для  бензина, сжиженного газа, хлора, пека, серной кислоты и т. д.

   1.1 Вид и назначение конструкции 

         Свариваемая деталь представляет собой трубу технологического трубопровода для газопровода. Номер чертежа 3151.10.17ОСБ. Габаритные размеры трубы с фланцами составляют 4478 мм, без фланцев 4450 мм. Свариваемая деталь состоит из двух фланцев б=14 и трёх труб диаметром 108 мм, толщиной стенки 4мм. Свариваемое изделие служит для соединения газопровода. 

   1.2 Характеристика материала конструкции 

   Сталь из которой состоит технологический трубопровод называется Ст3, её заменителем является сталь ВСт3сп. Сталь Ст3 конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Её применяют в несущих и не несущих конструкциях и деталях работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до +425 градусов. Химический состав стали и механические свойства указаны в таблицах 1.1 и 1.2. 

     Таблица1.1                                                            Химический состав материала Ст3

   Таблица 1.2                                                                Механические свойства Ст 3

         Рассчитываем С_э, показатель которого является критерием для оценки свариваемости. Эквивалент углерода характеризует влияние химического состава стали на свариваемость. В зависимости от размера эквивалента углерода свариваемость стали делят на 4-ри группы:

   1 хорошо свариваемые (С_экв    0,45 %)

   2 удовлетворительно свариваемые (0,45 %  < С_экв     0,65 %);

   3 ограниченно свариваемые (0,65 %  < С_экв   0,85 %);

   4 плохо свариваемые (С_экв > 0,85 %).

        По химическому составу стали произведем расчет эквивалентного содержания углерода, который служит оценкой свариваемости выбранного материала по формуле 4.1.

                                                           (1.1)

                         %

   Полный  эквивалент углерода рассчитывается с  учетом толщины свариваемого металла, которая является поправкой к эквиваленту углерода, определяем по формуле 4.2.

                                                                                       (1.2)

                                     %

    Данная сталь относится к группе сталей, которые свариваются без ограничений и в широком диапазоне режимов. Так как С_э 0,45% предварительный подогрев не требуется. Основные признаки, характеризующие свариваемость стали, - склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения. Сварка этой стали выполняется по обычной технологии, т.е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термообработки. Однако применение термообработки для снятия внутренних напряжений не исключается. 
 

     
           1.3 Технические условия на основные материалы 

     Технические условия на основной металл. Качество основного металла должно соответствовать требованиям сертификата, который посылают заводы-поставщики вместе с партией металла. В нем указывают наименование завода-изготовителя, марку и химический состав стали, номер плавки, профиль и размер материала. При осмотре сертификата металл запускают в производство лишь после тщательной проверки: необходимо произвести наружный осмотр, проверить свариваемость, установить механические свойства и химический состав металла. При наружном осмотре металла проверяют отсутствие на металле окалины, ржавчины, трещин, расслоения и прочих дефектов. Предварительная проверка металла с целью обнаружения дефектов на поверхности является необходимой и обязательной, поскольку она предупреждает применение некачественного металла для сварки изделия.

          Технические условия на сварочные материалы. Требования к электродам. В соответствии с ГОСТ 9467-75, ГОСТ 9466-75, ГОСТ 10051-75 электроды проверяют на прочность покрытия, сварочные свойства электродов, определяют механические свойства металла шва и сварного соединения на образцах, сваренных электродами из проверяемой партии. Внешний вид электродов должен удовлетворять требованиям стандарта, где указывается, что покрытие электрода должно быть прочным, плотным, без пор, трещин, вздутий и комков неразмешанных компонентов. Электроды с отсыревшим покрытием в производство не допускаются.

   Требования к проволоке ГОСТ 2246-70 на сварочную проволоку и ГОСТ 0543-75 проволоку стальную наплавочную устанавливают марку и диаметры сварочной проволоки, химический состав, правила приемки и методы испытаний, требования к упаковке, маркировке, транспортировке и хранению. Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку, на которой указано наименование и товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарта и номер партии. В сертификате, сопровождающим партию проволоки, имеются следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки (омедненное или неомедненное), химический состав в процентах, результаты испытаний на растяжение, масса проволоки в килограммах. Таким образом, наличие бирки, прикрепленной к бухте сварочной проволоки, а также сертификата на проволоку является гарантией того, что проволока пригодна для сварки. На поверхности сварочной проволоки не должно быть окалины, ржавчины, грязи, масла. Проволока из высоколегированной стали не должна иметь остатков графитовой смазки. Без сертификата проволока допускается в производство только после соответствующих испытаний.

   Технические условия на заготовку. Перед поступлением заготовок на сборку проверяют чистоту поверхности металла, габаритные размеры заготовок, качество подготовки кромок и углы их скоса. Предупреждение дефектов в заготовках зависит от лишней работы по их исправлению.

   Требования  к защитному газу достаточно высоки: он не должен окислять металл, образовывать с ним химические соединения и растворяться в нем. В настоящее время вполне пригодными для многих случаев защитными газами считают лишь инертные газы нулевой группы периодической системы Менделеева, которые практически не вступают ни в какие химические реакции с металлами и нерастворимы в них. Эти газы пока еще дороги, что ограничивает их применение. Из них наиболее доступен для широкого промышленного использования, для газовой защиты, аргон и в некоторых случаях — гелий. 

   1.4 Технические условия на сборку, сварку, контроль качества

   Технические условия на сборку. Детали должны быть выполнены в пределах допусков, указанных в чертеже. Сборку элементов конструкции производить в соответствии с требованиями ГОСТ 24.04.01-73. Сопрягаемые детали должны быть промаркированы. В собранном узле контролируются зазоры между кромками свариваемых деталей, отсутствие или малая величина которых приводит к непровару корня шва, а большая к прожогам  и увеличению трудоемкости процесса сварки. Зазор согласно ГОСТ 14771-76 должен находиться в пределах ≥0,8S. Также контролируется относительное положение деталей в собранном узле, правильное наложение прихваток.

   Технические условия на сварку. Перед тем как приступить к сварке, сварщик знакомится с технологическими картами, в которых указаны последовательность операций, диаметр и марка применяемых электродов, режимы сварки, требуемые размеры сварных швов. Несоблюдение порядка наложения швов может вызвать значительную деформацию изделия, трудно устранимую в последствии. Не менее важным является соблюдение режима сварки. Силу сварочного тока и напряжение на дуге контролируют по показателям амперметра и вольтметра. Скорость сварки и скорость подачи проволоки определяют по сменным шестерням и по положению регулятора скорости, а также непосредственными замерами. После того как закончена сварка изделия, сварные швы зачищают от шлака, наплывов, а поверхность узла – от брызг металла. Затем готовое изделие проходит ряд контрольных операций.

   Технические условия на контроль качества. Контроль качества должен осуществляться систематически в течение всего производственного цикла. Порядок контроля указывается в карте технологического процесса. Собранная конструкция должна быть проверена производственным мастером и принята контролером ОТК. Контроль качества сварных соединений может осуществляться внешним осмотром и

   измерениями, испытанием на непроницаемость: просвечиванием, методами магнитного контроля и другими в зависимости от требований. Внешнему осмотру должны быть подвергнуты все 100% сварных швов. Внешний осмотр выявляет:

   - трещины всех видов и направлений,  выходящие на поверхность шва  или расположенные в ЗТВ;

   - поры, свищи, не заплавленные кратеры,  прожоги, непровары;

   - наплывы и подрезы в местах  перехода от основного металла к наплавленному металлу;

   - отступление по геометрии швов, указанных в чертежах.

        Дефектные участки швов, выявленные  при просвечивании или прозвучивании,  должны быть удалены, вновь  заварены, просвечены или прозвучены  и повторно проконтролированы. Результаты контроля сварных соединений должны быть зафиксированы в соответствующих документах (журналах, картах, формулярах и т.д.). 

   2.1 Обоснованный способ сварки изделия  (узла) с учётом новейших технологий 

   Выбранный способ сварки (газовая сварка) считается  более оптимальным, так как сварка производится в полевых условиях. Газосварочное пламя используется для соединения листов черных и цветных металлов толщиной до 5—6 мм, для сварки чугуна, при небольших ремонтных работах, пайке и т. д. К преимуществам газовой сварки относятся универсальность, возможность работы в полевых условиях. Так как толщина стенки свариваемых труб составляет 4 мм, то газовая сварка является более подходящей. Направление движения горелки и наклон её наконечника по отношению к сварному шву оказывают исключительно большое влияние на эффективность нагрева металла, производительность сварки и качество сварного соединения. В соответствии с этим рассматривают два способа газовой сварки – правый и левый. В нашем случае используется правый способ сварки, так как толщина металла свыше 3 мм. При правом способе сварки пламя наплавлено на шов, обеспечивается лучшая защита сварочной ванны от окружающего воздуха и достигается замедленное охлаждение металла.Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки. Газовая сварка обладает следующими преимуществами: способ сварки сравнительно прост, не требует сложного и дорогого оборудования, а также источника электроэнергии.

  Изменяя тепловую мощность пламени и его  положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и  охлаждения свариваемого металла.

  Широко используется газосварка труб небольшого диаметра – до 100 мм с толщиной стенки 3-5 мм. Часто используется сварка труб встык, потому что упрощается подготовка кромок  и использование горючего газа наименьше. При толщине стенок труб до 5 мм, их сваривают без чистки кромок с зазором            1,5-2,5 мм. Прижатие необходимо  для предупреждения проплавления кромок и протекания расплавленного металла в средину трубы.

  Перед сваркой трубы центрируют так, чтобы  их оси совпадали. При этом используют струбцины - центраторы, центрированные приспособления. Поворотные стыки нужно сваривать в нижнем положении. Сварочная ванна должна находится немного ниже от верхней части трубы, чтобы получить шов с небольшой выпуклостью. Аналогично сваривают и колена, прихваченные прихватками длиной 30-50 мм. Неповоротные стыки сваривают во всех пространственных положениях. Их можно сваривать в два приёма:                                                               

   - для труб диаметром до 100 мм  сначала используют  стелечный  шов, а потом сваривают верхнюю часть стыка;

   - для труб диаметром больше 100 мм сначала сваривают правую  нижнюю часть трубы, потом левую  и аналогично верхнюю половину  стыка. Нижние и верхние швы  должны накладываться  в противоположных  направлениях с перекрытием нижнего и верхнего шва на 30-40 мм;

   - для труб диаметром 300 мм и  более сварка начинается с любой точки и делают четырьмя отдельными участками в противоположных направлениях.   

  Газосварка  используют для газопровода диаметром  до 150 мм, при толщине стенок до 5 мм, без скоса кромок и с зазором до 2 мм. Перед сборкой с трубы убирают посторонние предметы, а кромки шлифуют до металлического          блеска. 

        2.2 Выбор сварочных материалов 

  В большинстве случаев при газовой сварке применяют сварочную проволоку близкую по своему химическому составу к свариваемому металлу. Нельзя применят для сварки случайную проволоку неизвестной марки. Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже to плавления металла. Проволока должна плавится спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочих дефектов.

  Кислород  при атмосферном давлении и обычной  температуре газ без цвета  и запаха, несколько тяжелее воздуха. При атмосферном давлении и температуре 20 градусов, масса 1м3 кислорода равна 1.33 кг. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей в чистом виде в кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, а в зоне горения возникает высокая температура. Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом. 

   2.3 Выбор  режимов сварки

  Режимы  газовой сварки определяются в основном следующими факторами: мощностью сварочного пламени, скоростью сварки, диаметром присадочного материала, углом наклона мундштука горелки. Все эти факторы связанны с толщиной свариваемого металла.

  Мощность  пламени определяется расходом горючего и обычно измеряется в литрах на час. Приближённо мощность ацетилено-кислородного пламени определяется по формуле: 

                                                       Va=k*S,      (2.1)

   где Va – мощность пламени (расход ацетилена), л/ч;

   S – толщина свариваемого металла, мм;

   k – коэффициент пропорциональности, л/ч (для низкоуглиродистой стали – 100-130, для высоколегированной стали и чугуна – 75-100).

                                                      Va=100*4=400 л/ч;

         При сварке правым способом  значение коэффициента пропорциональности  несколько возрастает.

         Скорость сварки примерно определяется  по формуле:

                                                     Vсв=A/S,      (2.2)

   где Vсв – скорость сварки, м/ч;

   S – толщина свариваемого металла, мм;

   А – коэффициент, зависящий от свойства свариваемого металла и частично от его толщины, м*мм/ч (для стали  средних толщин – 12-15).

                                                     Vсв=12/4=3 м/ч;

         Диаметр присадочного материала  в виде проволоки определяется  по формуле:

                                                      d=S/2       (2.3)

                                                      d=4/2=2 мм. 
 
 

         2.4 Выбор сварочного оборудования

  Газовая сварка включает в себя: баллон с  пропаном, баллон с кислородом, специальные газовые шланги, редукторы для пропана и кислорода, газовые вентили и газовую горелку.

  Баллон  для пропана представляет собой  большой цилиндрический сосуд, в  горловине которого имеется отверстие, в которое вкручивается затворный вентиль. Объём баллона 50 л, толщина стенки 3 мм, рабочее давление 1,6 мПа. Его окрашивают в красный цвет согласно ГОСТу. Баллоны для кислорода представляют собой стальные цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с конусной резьбой, куда ввертывается запорный вентиль.  Баллон бесшовный изготавливают из труб углеродистой и легированной стали. Баллоны окрашивают  в голубой цвет. Верхнюю сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают паспортные данные баллона. Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляю хомутом. Вентили кислородных и пропановых баллонов изготавливают из латуни. Сталь для деталей

  вентиля как для кислородного, так и для пропанового применять нельзя так как она сильно коррозирует в среде сжатого влажного кислорода. Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов (или газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от снижения давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех редукторов примерно одинаковы. По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные. Двухкамерные редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие последовательно, дают более постоянное рабочее давление и менее склонны к замерзанию при больших расходах газа. Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны обладать достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава для пропана и кислорода. Сварочная горелка служит основным инструментом

при ручной газовой сварке. В горелке смешивают в нужных количествах кислород и пропан. Образующаяся горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют основной и присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для регулирования тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода. Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки, пайки, наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов. 

        2.5 Выбор грузоподъёмного оборудования и оснастки 

        Грузоподъёмным оборудованием для  данной сварной конструкции является  кран-балка. Его конструкция состоит  из следующих компонентов:

  - пролётной балки (моста), имеющей  вид двутавра;

  - концевой балки жесткой;

  - концевой балки подвижной, перемещающейся в соответствии с несущей балкой;

  - ходовых кареток, перемещающихся  в соответствии с подкрановыми двутавровыми направляющими, к которым подвешиваются балки;

  - подъемного механизма, в качестве  которого выступает либо ручная, либо электрическая таль;

  - кнопочного пульта, с помощью  которого управляют электрической кран-балкой. Управление осуществляется с пола, от кнопочной станции. В зависимости от того, какую площадь необходимо обслуживать, кран-балка подвесная бывает двух видов: однопролетная и двухпролётная.

  В зависимости от вида привода существует две разновидности крана мостового  подвесного: краны с электрическим  приводом и краны с ручным приводом. Несущие конструкции могут быть либо в виде специально сооруженных  опор, либо несущих конструкций зданий. Собственно, название этого вида техники пошло от того, что кран-балка подвесная в мостовом кране прикреплена к специальным подвесным тележкам на профиль направляющих, которые уложены на опоры. Благодаря применению различных типов талей, кран-балка подвесная применяется во многих областях хозяйственной деятельности. Она может выступать в качестве основы грузоподъемной части практически в любом современном производстве, к примеру, в строительстве, при ремонтных работах, в складском хозяйстве, на железнодорожных узлах и агропромышленных предприятиях. Такая популярность связана и с высокой надежностью, обусловленной тем, что кран-балка подвесная имеет минимум передвижных механических частей. К тому же этот механизм значительно меньше весит, чем опорный кран-балка той же грузоподъемности. Да и площадь обслуживания более обширная, она может задействовать пространство вдоль стен. 
 
 
 
 
 
 

   3 СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ  СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ