Сварка участка трубопровода Ø1220´16 мм протяженностью 100 км с применением процесса Иннершилд. 2

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО КУРСУ:

«Сварка магистральных трубопроводов»

на тему: «Сварка участка трубопровода Ø1220´16 мм                        протяженностью 100 км с применением процесса Иннершилд»

Задание на курсовую работу №20

Содержание

Введение

В последние годы при строительстве магистральных трубопроводов на- 
шли применение механизированные процессы: полуавтоматическая сварка 
самозащитной порошковой проволокой Иннершилд, полуавтоматическая 
сварка проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа методом 
STT, а также автоматическая сварка в среде защитных газов фирмы           CRC —Evans AW, автоматическая сварка под флюсом на трубосварочных базах, стыковая электроконтактная сварка непрерывным оплавлением.

Развитие механизированной и автоматизированной сварки, которые в 
сочетании с совершенствованием геометрии свариваемых кромок труб обеспечивают высокую стабильность технологических программ и высокое качество сварных соединений, не исключает применения ручной электродуговой сварки трубопроводов, в том числе для выполнения специальных работы исправления дефектов. Специальные работы предусматривают сварку крановых узлов, криволинейных участков, захлестов, катушек и других особо ответственных сварных соединений, при подготовке которых зачастую используют термическую резку кромок в процессе их подгонки.

Современные магистральные газонефтепроводы России работают под 
давлением до 8,4 МПа и, начиная с 1980-х годов, используют трубные стали 
класса прочности Х70. Сварочные работы ведут применяя большое количество марок электродов для ручной дуговой сварки, проволок сплошного сечения и порошковых, т.е. весь набор сварочных материалов. За рубежом проложены первые наземные трубопроводы на давление более 1 МПа из стали класса прочности Х80 с минимальным пределом прочности 550 МПа и проводятся исследования по строительству морских трубопроводов из этих сталей.

1. Технология сварки труб на трубосварочной базе в трехтрубные секции

Полевые трубосварочные базы применяют для механизированной сборки и сварки отдельных труб в секции длиной 24—36 м и более. Применение трубосварочных баз позволяет механизировать сборочные операции, применить высокопроизводительные методы сварки, организовать поточный контроль качества сварочных работ.

Для сборки и соединения труб в секции с применением автоматической сварки под флюсом применяется полустационарная сварочная база, состоящая из механизированной трубосварочной линии МТЛ – 121 и полевой автосварочной установки ПАУ-602.

Трудоемкие процессы при сборке труб в секции (накатывание одиночных труб, сближение труб, установка зазора, вращение секции, скатывание секции) на трубосварочных линиях механизированы, и управление осуществляется дистанционно.

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. После 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 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. После того как 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 ручным или полуавтоматическим методом обеспечивает получение качественного сварного соединения. Сварка последующих слоев швов выполняется под флюсом на полевых автосварочных установках ПАУ-602, 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-602

2. Оборудование  трубосварочной базы

2.1. Вращатель

Вращатели используют на ПАУ для создания непрерывного или периодического изменения положения собранного стыка относительно сварочной головки, обеспечивая выполнение процесса в нижнем положении с регулируемой частотой. Роликовый вращатель СВР-142 обеспечивает    окружную скорость секции труб диаметром 720-1420 мм с помощью  приводных  роликов, которые входят в контакт с внешней поверхностью труб. Он может быть использован в комплекте установок ПАУ, где выполняет следующие операции: вращение секции обрезиненными роликами и высокой равномерностью: отсекание, укладывание и снятие секций со стенда с помощью системы рычагов с электрическим приводом.

Табл. 2.1.1 - Техническая характеристика СВР-142

2.2. Перегружатель

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.

2.3. 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).

Табл. 2.3.1 - Техническая характеристика ОР121

2.4. Тяговая лебедка

При сборке труб в секции на сборочном кондукторе используют тяговую лебедку ЛТ-82-1 для осевого перемещения одиночных труб.

Табл. 2.4.1 - Техническая характеристика ЛТ-82-1

2.5. Сварочная  головка

Головку СГФ-1004 используют в полевой автосварочной установке  ПАУ-602 для автоматической сварки трубопровода под слоем флюса. Эта 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, токопровод, бункер с флюсом, кронштейн с кассетой и пульт управления. Головка имеет корректор, который позволяет сместить электрод относительно зенита труб на величину 20—120 мм. Для обеспечения надежного подвода тока к электродной проволоке головка комплектуется токоподводами двух типов — пружинным и трубчатым. Пружинный токопровод используют для сварки труб диаметром 720—1420 мм, применяя проволоку толщиной 2—3 мм. Токоподвод имеет мундштук, на нижнем конце которого крепится токосъемник, состоящий из двух бронзовых накладок, одна из которых с помощью пружины давит на проволоку, обеспечивая надежный контакт.

Для подачи флюса в зону сварки головка комплектуется раздельным флюсоподводом, который жестко закрепляется с токоподводом и копирует его перемещение при работе корректором.

Табл. 2.5.1 - Техническая характеристика СГФ-1004

2.6. Передвижная  электростанция

Для питания трубосварочной базы ПАУ-602 применяется передвижная электростанция АБ16-Т230 П-Р

2.7. Выпрямитель

Сварочные выпрямители собирают из полупроводниковых элементов-вентилей, которые используют для выпрямления переменного тока. Выпрямители имеют понижающий трансформатор с регулирующим устройством и блоки вентилей. В сварочных выпрямителях применяют селеновые или кремниевые вентили, собранные по трехфазной мостовой или шестифазной схеме выпрямления.

Табл. 2.7.1 - Техническая характеристика ВДМ-1001УЗ

2.8. Станок для очистки и намотки проволоки

Сварочная проволока поступает в бухтах, при этом упаковка может иметь повреждение и проволока ржавеет. Кроме этого поверхность проволоки часто покрыта смазкой, на ней может быть окалина и грязь, попадание этих веществ в сварочную ванну нежелательно. Поэтому проволоку перед употреблением подвергают очистке на станке МОН-52, в закрытом вращающемся блоке с помощью иглофрез и наматывают с рядной укладкой в кассеты сварочных головок. Для подъема и установки проволочной бухты на станке установлено подъемное устройство. Станок позволяет очищать обычную сварочную проволоку и наматывать в кассеты омедненную проволоку.

Табл. 2.8.1 - Техническая характеристика МОН-52

2.9. Печь

Печь СНО-5,5.5/5-И2 используют для прокаливания на трубосварочных базах флюса и электродов при температуре до 500 ºС.

Табл. 2.9.1 - Техническая характеристика СНО-5,5.5/5- И2

2.10. Станок  СПК

Для изменения геометрии кромок (снятия фасок) и зачистки поверхности трубы, примыкающей к кромке изнутри и снаружи, применяют лобовой станок СПК-121А.

В трассовых условиях станок перемещают от трубы к трубе трактором-трубоукладчиком, на котором установлена станция питания станка. На трубосварочной базе станок подвешивают на тали и помещают в будке, где обрабатываются кромки труб, которые подаются на рольганге.

Табл. 2.10.1 - Техническая характеристика СПК-121А

2.11. Механизм подачи проволоки

Подающий механизм полузакрытого типа, внутри которого установлен 4-х роликовый редукторный привод CWF 5110, электромагнитный клапан, плата управления и газовый тракт. Органы управления сварочным режимом расположены на лицевой панели. Снаружи на отдельном кронштейне расположена кассета и тормозное устройство. Механизм подачи может быть использован при работе непосредственно с полной бухтой электродной проволоки, уложенной на разматывающее устройство. Стыковочный узел с горелкой может быть двух видов: с евроразъемом или втычным соединением, что позволяет свободно работать с любым типом современных горелок.

Табл. 2.11.1 - Техническая характеристика подающего механизма ПДГО-510

2.12. Материалы

На трубосварочной базе для сварки под флюсом труб из марки стали Х56 с нормальным пределом прочности до 489 МПа включительно применяем комбинацию «флюс + проволока»:

• ОК Flux 10.71 (ESAB) + ОК Autrod12.24 (ESAB);
• АН-47 + Св-08ГА

3. Сборка и технология сварки трубных секций в трассовых условиях поточным методом с применением процесса сварки Иннершилд

При поточно-групповом методе (ПГМ) головная группа сварщиков выполняет корневой и остальные слои с применением процесса Иннершилд. При сварке слоев шва работу выполняют несколько пар сварщиков, каждая из которых работает на своем стыке, выполняя его до конца.

При поточном методе строительства укрупненными бригадами группы или звенья работающих выполняют следующие функции.

Звено подготовительных работ при ПГМ обычно состоит из пяти человек (машинист крана-трубоукладчика, слесарь-трубоукладчик, такелажник, газорезчик и машинист передвижной электростанции) и выполняет подборку секций труб (по герметическим размерам) и подготовку труб к сварке.

Головная группа при ПГМ имеет обычно 10 человек (бригадир, машинист крана-трубоукладчика, два слесаря-трубоукладчика, машинист сварочного агрегата, бульдозерист, четыре электросварщика) и выполняет следующие работы: подвоз с помощью трубоукладчика очередной секции труб и установку ее на центраторе, предварительный подогрев, центровку стыка и установку зазора, сварку, зачистку и шлифовку корневого слоя, сварку «горячего» прохода, перемещение внутреннего центратора и оборудования в исходное положение к месту сборки и сварки следующего стыка.

Сварку корневого слоя выполняют одновременно четыре сварщика и начальные участки швов, выполняемые третьим и четвертым сварщиками, удаляют абразивным кругом на длине 15— 20 мм во избежание непроваров.

Шлифовку корневого слоя часто совмещают по времени со сваркой корневого слоя шва и «горячего» прохода. «Горячий» проход выполняют те же четыре сварщика. После выполнения «горячего» прохода проводят следующие операции: трубоукладчиком поднимают секцию вверх, под свободный конец подкладывают лежку (или инвентарную опору), секцию плавно опускают, трубоукладчик перемещается за следующей секцией, жимки центратора отходят от поверхности трубы и бульдозер перемещает его к следующему стыку, где другая группа сварщиков сваривает оставшиеся слои.

4. Расчет разжимного усилия центратора ЦВ-124П

Гидравлический центратор разработан в СКБ «Газстроймашина» и применяется для сборки стыков трубопроводов диаметром 325—1420 мм. Работа внутреннего гидравлического центратора основана на действии клинового зажима. Два конических клина устанавливают в жестком корпусе. Под действием давления масла, подаваемого в цилиндры, концы клиньев воздействуют через ролики на два ряда независимых рычагов-жимков. На первом этапе центровки зажимается торец трубы с помощью левого ряда рычагов-жимков. Затем устанавливают вторую трубу с необходимым зазором и разжимают правый ряд рычагов-жимков. Таким образом, торцы приобретают форму, а трубы устанавливаются с требуемым положением осей в пространстве. После сварки корневого слоя шва масло сливается из полости цилиндров и клиновые зажимы под действием пружины перемещаются в исходное положение, освобождая трубы от действия рычагов-жимков. Конические клиновые устройства имеют две разновидности: с многоскосым клином и с конусом. В клиновом устройстве возникают значительные контактные напряжения между роликом и конусом, что ограничивает увеличение разжимного усилия. При расположении рычагов-жимков вокруг конуса общее усилие ряда на поверхность трубы:

где Q – усилие на штоке конического клина, кг:

где S – площадь сечения штока, см2:

где d – диаметр штока (d = 11,23 см).

g - разжимное усилие пружины:

α - угол скоса конического клина (α=11°).

φ – угол трения:

где f – коэффициент трения скольжения (f = 0,55);

- приведенный угол трения рычагов-жимков:

где l - расстояние от центра шарнира до середины направляющей рычага, l=174,25 мм; а - длина направляющей рычага, а = 338,25 мм; - коэффициент трения скольжения двухопорного рычага,

Усилие, оказываемое жимком на поверхность трубы, Fi = F/n, где п — число жимков в одном ряду центратора. Fi = F/n = 2380/16 = 148,75 Н;

Возникающие напряжения при контакте клина с роликом в общем случае можно выразить

где α1 - коэффициент, зависящий от отношения А/В (α1 = 0,9);

где R2 - радиус конуса в расчетном сечении, R2 = 0,23 м; R1 - радиус ролика, R1 = 0,031 м;

P - нормальная сила на площадку контакта,

Е - модуль упругости стали, ;

Принимаем F = 800 кН;

5. Работы при выполнении захлеста

5.1. Технология производства работ  на захлестах

В процессе монтажа магистральных газонефтепроводов оставляют технологические разрывы трубопровода, которые выполняют в виде захлеста.

Один из наиболее удобных вариантов монтажа предусматривает схему, когда оба конца трубопровода не засыпаны землей на расстоянии 60—80 м от планируемого места захлестного стыка (приложение Б).

При выполнении захлеста в условиях свободного перемещения трубопровода работы проводят в следующей последовательности.

Один из концов трубопровода А заранее подготавливают под сварку и укладывают трубоукладчиком на опоры высотой 50—60 см по оси трубопровода.

Затем плеть Б, образующую другой участок трубопровода, поднимают трубоукладчиком рядом с первой и производят разметку места реза с применением унифицированного шаблона, обеспечивая припуск 25—50 мм по отношению к концу плети Л.

Далее производят газовую резку и формирующую разделку с помощью унифицированной кромкорезательной машины и поверхность обрабатывают шлифовальной машиной.

В процессе центровки производят подъем обрезанной плети Б трубоукладчиком на высоту до 1 м на расстоянии 25—30 м от конца. Упругое провисание обрезанного торца позволяет совместить один торец с другим, при этом не допускается строповка плети для подъема в местах расположения кольцевых сварных швов.

При центровке используют звеньевой центратор, добиваясь чтобы смещение кромок в потолочной части кольцевого стыка не было более 1 мм, а в остальной части периметра не более 3 мм.

В процессе монтажа захлесточного стыка запрещается обеспечивать зазор, используя натяжение или изгиб трубы силовыми механизмами и производить нагрев за пределами зоны сварного стыка. В летнее время сварку выполняют при минимальной суточной температуре во избежание опасного уровня напряжений в сварном соединении. После центровки допускается выполнение прихваток, которые в процессе сварки удаляют. Независимо от толщины стенки трубы зазор под сварку составляет 2,5±0,5 мм. Перед сваркой выполняют предварительный подогрев. Сварку захлесточных стыков выполняют не менее двух сварщиков без перерыва с полным завершением работ.

В зависимости от конкретных условий строительства возможны варианты захлестов, когда один из концов трубопровода А защемлен, засыпан замлей или соединен с крановым узлом, а другой Б имеет свободное перемещение и оба конца соединяемых участков защемлены. Для указанных вариантов предусматривается установка катушек длиной не менее 1 диаметра трубы.

5.2. Оборудование  для проведения работ на захлестах

5.2.1. Машина  для газовой резки

Табл. 5.1 - Техническая характеристика машины «Орбита-БМ»

5.2.2. Баллоны  для сжатых газов

Табл. 5.2 - Сводная таблица характеристик газовых баллонов