Меню

Сварка трубопроводов учебное пособие



Мустафин Ф.М. — Сварка трубопроводов

Ф. М. Мустафин, Н. Г. Блехерова, О. П. Квятковский

А. Ф. Суворов, Г. Г. Васильев, И. Ш. Гамбург

Ю. С. Спектор, Н. И. Коновалов, С. А. Котельников

Ф. М. Мустафин, Р. А. Харисов

Утверждено Редакционно-издательским советом Уфимского государственного нефтяного технического университета

в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Москва «НЕДРА» 2002

УДК 621.774.21 ББК 34.641

Книга выпущена при содействии ООО «СМУ-4»

Ф. М. МУСТАФИН, Н. Г. БЛЕХЕРОВА, О. П. КВЯТКОВСКИЙ,

А Ф. СУВОРОВ, Г. Г. ВАСИЛЬЕВ, И. Ш. ГАМБУРГ, Ю. И. СПЕКТОР,

Н. И. КОНОВАЛОВ, С. А. КОТЕЛЬНИКОВ, Ф. М. МУСТАФИН,

директор ООО «СМУ-4» В. В. Кулаков, зам. директора Уфимского филиала ЦУП

ООО «Стройнефть» В. П. Кулагин

Сварка трубопроводов: Учеб. пособие / Ф. М. Мустафин,

С 24 Н. Г. Блехерова, О. П. Квятковский и д р . — М.: О О О «НедраБизнесцентр», 2002.— 350 с.

Рассмотрены теоретические основы сварочного производства, приведены различные виды и технологии сварки трубопроводов, а также применяемые материалы и оборудование.

Для специалистов, занятых в области проектирования, строи­ тельства, эксплуатации и ремонта трубопроводов, а также для сту­ дентов, обучающихся по специальности 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехрани­ лищ»

ISBN 5-247-03883-5 © Коллектив авторов, 2002

© Оформление. ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002

Глава Р. Теоретические основы сварки

1.1. Классификация и сущность сварки

1.2. Сварные соединения и швы

1.3. Термические источники энергии при сварке

1.4. Физико-химические процессы при сварке

1.4.2. Плавление электродного и основного металла

Тепловые процессы при сварке

1.4.4. Формирование и кристаллизация сварочной ванны . . . 24

1.4.5. Металлургические процессы при сварке

1.4.6. Термический цикл сварки и структура сварного соеди­

Глава 2. Подготовка труб к сборке и сварке

Входной контроль и подготовка труб

Оборудование для кислородной резки

Газы, применяемые при сварке и резке

Машинная кислородная резка

Ручная электродуговая сварка

Технология ручной дуговой сварки

Оборудование для ручной дуговой сварки

Источники питания для ручной дуговой сварки

Требования к источникам тока при сварке

3.1.2.3. Агрегаты с коллекторными генераторами

3.1.2.4. Агрегаты с вентильными генераторами

3.1.2.5. Агрегаты со сварочными выпрямителями

Сварка под флюсом поворотных стыков

3.2.1. Технология сварки под флюсом поворотных стыков

на трубосварочных базах

3.2.2. Оборудование для сварки под флюсом поворотных

стыков на трубосварочных базах

3.3. Стыковая контактная сварка трубопроводов

3.3.1. Технология И организация стыковой контактной свар­

3.3.2. Оборудование для стыковой контактной сварки

3.4. Автоматическая дуговая сварка неповоротных стыков трубо­ проводов порошковой проволокой с принудительным фор­

3.4.1. Технология автоматической дуговой сварки порошко­

3.4.2. Оборудование для сварки порошковой проволокой

стыков магистральных трубопроводов

3.5. Полуавтоматическая сварка труб процессом STT

3.5.1. Технология полуавтоматической сварки труб процес­

3.5.2. Сварка корневого шва неповоротных стыков труб . . . . 156

3.5.3. Техника сварки

3.5.4. Влияние различных сварочных параметров процесса

STT на форму корневого шва

Основные сварочные параметры

3.6. Автоматическая сварка труб в среде защитных газов комп­

лексом CRC-Evans AW

Технология автоматической сварки труб комплексом

3.6.2. Оборудование сварочного комплекса CRC-Evans AW . 173

3.7. Полуавтоматическая сварка самозащитной порошковой про­

волокой типа Иннершилд

3.7.1. Технология полуавтоматической сварки самозащит­

ной порошковой проволокой типа Иннершилд

3.7.2. Оборудование и режимы сварки проволокой типа

3.8. Сварка захлестов и разнотолщинных соединений

Сварка разнотолщинных соединений труб

3.9. Ремонт стыков с помощью сварки

флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки

4.4. Газы, применяемые при электрической сварке плавлением . . 229

4.5. Условия хранения и транспортировки сварочных материа­

Сварка трубопроводов — основной и наиболее ответственный эт

Сварочные работы в трубопроводном строительстве непрерывно совер сварки резко повысились производительность труда, темпы сва- рочно-монтажных работ и качество свариваемых соединений. За последние годы разработаны и широко применяются принципи­ ально новые виды сварки.

В книге авторы постарались кратко раскрыть теоретические основы сварочного производства, позволяющие понять физиче­ ские и химические процессы, происходящие при термическом воздействии на свариваемые детали. Авторы обобщили свой опыт работы при строительстве трубопроводов в Западной Сибири и при строительстве магистрального трубопровода Каспийского трубопроводного консорциума (КТК). В книге рассмотрены техно­ логии ручной электродуговой сварки, сварки под флюсом пово­ ротных стыков на трубосварочных базах, стыковой контактной сварки, сварки порошковой проволокой, полуавтоматической сварки труб процессом STT, автоматической сварки труб в среде защитных газов комплексом фирмы CRC-Evans AW, полуавтома­ тической сварки самозащитной порошковой проволокой типа Иннершилд, сварки захлестов и разнотолщинных соединений, а так­ же ремонт стыков с помощью сварки. Представлены применяе­ мые сварочные материалы и оборудование. Рассмотрены конт­ роль качества кольцевых сварных соединений трубопроводов и техника безопасности при сварке магистральных и промысло­ вых трубопроводов.

ГЛАВА ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И СУЩНОСТЬ СВАРКИ

Сваркой называется процесс получения неразъ­ емных соединений посредством установления межатомных свя­ зей между свариваемыми частями при их местном или общем на­ греве или пластическом деформировании, или совместном дей­ ствии того и другого [4].

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

Так как свариваемые поверхности неоднородны, имеют мак­ ро- и микронеровности, оксидные пленки, загрязнения, то для сварки необходимо приложить внешнюю энергию. В зависимости от вида энергии различают три класса сварки: термический, тер­ момеханический и механический [1].

Читайте также:  Ролик для трубореза stayer d32мм

К термическому классу относят виды сварки, осуществляе­ мой плавлением, т. е. местным расплавлением соединяемых ча­ стей с использованием тепловой энергии: дуговую, газовую, элек­ трошлаковую, электронно-лучевую, плазменно-лучевую, термит­ ную и др.

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

Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки со­ единяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых на выхо­ де горелки для газовой сварки.

Электрошлаковая сварка — сварка плавлением, при которой

для нагрева металла используют тепло, выделяющееся при про­ хождении электрического тока через расплавленный электропро­ водный шлак.

При электронно-лучевой сварке для нагрева соединяемых ча­ стей используют энергию электронного луча. Тепло выделяется за счет бомбардировки зоны сварки направленным электронным по­ током.

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

При термитной сварке используют тепло, образующееся в ре­ зультате сжигания термит-порошка, состоящего из смеси алюми­ ния и окиси железа.

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

Основным видом термомеханического класса является кон­ тактная 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 относи­ тельно длительном воздействии повышенной температуры и при незначительной пластической деформации.

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

К механическому классу относят виды сварки, осуществляе­ мые с использованием механической энергии и давления: холод­ ную, взрывом, ультразвуковую, трением и др.

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

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

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

Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев осу­ ществляется трением, вызываемым вращением свариваемых ча­ стей друг относительно друга.

Наплавка — это нанесение с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавочные работы выполняют для восста­ новления размеров изношенных деталей (ремонтная наплавка, восстановительная наплавка) и при изготовлении новых изделий наплавкой на их поверхность слоев металла с особыми свойства­ ми, например с повышенной коррозионной стойкостью, износо­ стойкостью, 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, осно­ ванную на использовании тепла газового пламени; дуговую резку расплавлением с использованием тепла электрической дуги, обыч­ но горящей между разрезаемым металлом и электродом; плазмен- но-дуговую резку (резку сжатой дугой) — особый вид дуговой рез­ ки, основанный на выплавлении металла из полости реза направ­ ленным потоком плазмы; воздушно-плазменную резку, отличаю­ щуюся от плазменно-дуговой использованием струи сжатого воздуха.

Металл из полости реза в процессе термической резки удаляют:

термическим способом за счет расплавления и вытекания ме­ талла из полости реза;

химическим способом за счет окисления металла, его превра­ щения 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.

1.2. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ

Сварное соединение — это неразъемное соеди­ нение, выполненное сваркой. Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными (рис. 1.1) [7].

Стыковым называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности.

Рис. 1.1. Сварные соединения:

а — стыковое; б — нахлесточное; в — тавровое; г — угловое

Угловым называется соединение двух элементов, расположен­ ных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Нахлесточным называют сварное соединение, в котором сва­ риваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга.

Тавровым называется сварное соединение, в котором к боко­ вой поверхности одного элемента примыкает под углом и прива­ рен торцом другой элемент.

Сварной шов — участок сварного соединения, образовавший­ ся в результате кристаллизации металла сварочной ванны.

Угловой шов — сварной шов углового, таврового и нахлестан­ ного соединений.

Сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно- и многослойными, одно- и двусторонними. Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихват­ ками.

Для качественного формирования сварного шва делают подго­ товку кромок под сварку. Элементы геометрической формы под­ готовки кромок под сварку (рис. 1.3, а) — угол разделки кромок а, угол скоса одной кромки р\ толщина свариваемого металла S, зазор между стыкуемыми кромками Ь, притупление кромки, т. е. нескошенная часть торца кромки с.

Читайте также:  Медные трубы для систем кондиционирования гост

Элементы геометрической формы сварного шва (рис. 1.3, б) — высота шва h, ширина шва е, глубина провара Л пр , усиление (ослаб­ ление) шва q.

На рис. 1.4 показаны основные положения швов в простран­ стве.

1.3. ТЕРМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПРИ СВАРКЕ

Основными термическими источниками энергии (тепла) при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и тепло, выделяемое при элект­ рошлаковом процессе.

Термические источники энергии характеризуются температу­ рой источника, степенью сосредоточенности, определяемой наи­ меньшей площадью нагрева (пятно нагрева), и наибольшей плот­ ностью в пятне нагрева.

Эти энергетические характеристики (табл. 1.1) определяют технологические свойства источников нагрева металла при свар­ ке, наплавке и резке.

Виды сварочных дуг. Источником теплоты при дуговой сварке является сварочная дуга — устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, ис­ пользуемых при сварке, характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой. Процесс возникновения сварочной

Источник

Производство металлоконструкций на заводе СевероЗапад

ЗМК «Северо-Запад» — завод металлоконструкций в Санкт-Петербурге. Продукция предприятия широко применяется в строительстве, нефтегазовой промышленности, автомобилестроении. Производим металлоизделия для розничной и оптовой реализации. Выпускаем серийные изделия, принимаем заказы на индивидуальное изготовление нестандартных конструкций. В ассортименте продукции – металлические фундаменты и фермы, причальные и портовые сооружения, осветительные мачты, емкости и другие изделия. Завод выполняет все виды металлообработки – резку, рубку, гибку, вальцовку, цинкование, фрезерные и токарные работы.

Безупречное качество работы обусловлено:

  • качественными материалами;
  • системой контроля продукции на каждом этапе производства;
  • постоянным усовершенствованием технологических процессов;
  • разработками инновационных конструкторских решений;

своевременным исполнением договорных условий.

Калькулятор расчета:
массы, стоимости, расхода

Завод металлоконструкций «Северо-Запад» постоянно имеет на складе следующие виды продукции для продажи:

  • металлическая тара;
  • металлические контейнеры различной вместимости;
  • емкости различного назначения;
  • громоотводы, прожекторные мачты;
  • трубопроводные опоры;
  • металлоконструкции для линий электропередач (траверсы и другие изделия);
  • гидротехнические анкерные тяги.

Предоставляем услуги монтажа металлических конструкций на объекте заказчика и ремонта существующих сооружений. По договоренности используем для работы сырье заказчика. Отпускаем серийную продукцию по выгодным ценам производителя в розницу и оптом, принимаем крупные и мелкие индивидуальные заказы.

Место расположения Северо-западного завода металлоконструкций — Санкт-Петербург, Тосно, Фёдоровское, ул.Малая, 15.

Источник

Технология сварки труб


Под трубопроводом подразумевается инженерная коммуникация, при которой подача рабочего вещества осуществляется через трубы (вода, газ, нефть и т.д.). Чтобы обеспечить качественную подачу, необходимо не только правильно его проложить, но и время от времени проводить ремонтные и профилактические работы. Здесь как раз не обойтись без стыковки элементов между собой. Рассмотрим, что такое сварка труб, как сваривать трубы электросваркой, какие техники необходимо применить на практике для создания герметичного трубопровода.

Виды трубопроводов и сварка

Трубопроводов существует огромное количество, которые используются для перемещения разных материалов и рабочих жидкостей. Отталкиваясь от их предназначения, есть следующая классификация:

  • технологические;
  • магистральные;
  • промышленные;
  • трубопроводы газоснабжения;
  • водяные;
  • канализационные.

При изготовлении трубопровода применяются различные материалы – керамика, пластик, бетон и различные виды металлов.

Современные сварщики для стыковки труб используют три основных способа:

  1. Механический осуществляется за счет взрывов в результате трения.
  2. Термический, который осуществляется за счет плавления, например газовой сваркой, плазменной или электро-лучевой.
  3. Термомеханический производится за счет магнитоуправляемой дуги посредством стыкового контактного метода.

Существует множество типов сварки, которые разделяются по многим классификациям. Перед тем, как варить трубы, нужно разобраться, каким способом лучше всего это делать. Теоретически, каждый вид подходит для сварки труб малого диаметра и большого. Она может осуществляться плавлением и давлением. К методам плавления относятся электродуговая и газовая сварки, а к методам давления – газопрессовая, холодная, ультразвуковая и контактная. Самыми распространенными способами для соединения коммуникаций является ручная электродуговая и механизированая.

Сварка труб электросваркой плавящимся и неплавящимся электродами

Эффективнее всего проводить сварку технологических трубопроводов электродом вручную или посредством автомата. Это может быть методика работы плавящимся или неплавящимся электродом (аргонно-дуговая сварка). Технология сварки труб реализуется в три основных этапа:

  1. Подготовительный, который делится на две части – подготовка мастера и подготовка материала. К подготовке сварщика стоит отнестись очень ответственно, так как от этого зависит его безопасность. Обязательно нужно подготовить спецодежду и защитную маску для глаз, чтобы предотвратить ожог яркими искрами. Под подготовкой деталей имеется в виду тщательная зачистка труб под сварку от коррозии, краски и загрязнений. Перед ручной дуговой сваркой трубопроводов нужно хорошо металлической щеткой или наждачной бумагой обработать стыки и площадь, прилегающую к ним. Если этого не сделать, то могут быть «пробелы» в самом шве, так как материал «не перехватится» на загрязненную трубу.
  2. Сварочный процесс. Когда все готово, можно начинать. Самое основное в дуговом способе ( вне зависимости вручную она проводится или инвертором) это удержать дугу. Сначала необходимо зажечь электрод и возбудить дугу. Затем полноценно производится шов. Его тип выбирается непосредственно мастером в процессе работы. На способ ведения электрода и на технологию сварки трубопровода в целом влияет множество факторов – расположение труб, материал их изготовления, предпочтения сварщика.
  3. Проверка качества работы. Когда шов готов (не стоит забывать оббивать шлак, который образуется над ним в виде валика), можно запустить коммуникацию на предмет контроля качества соединения.
Читайте также:  Станки для художественного гнутья профильной трубы

Технология сварки водопровода, газопровода и других инженерных коммуникаций практически одинаковая. Важно соблюдать последовательность действий и учитывать виды швов в разных положениях, так как от умения их варить и будет зависеть качество коммуникации.

Как состыковать трубы

Для новичка, который хочет в совершенстве овладеть сваркой, необходимо знать все тонкости этого процесса. Для сваривания двух труб существует более 30 способов. Рассмотрим самые распространенные способы сварки труб:

  • в угол;
  • в тавр (перпендикулярно по отношению друг к другу);
  • в стык;
  • внахлест.

Тип стыковки труб выбирается в зависимости от типа металла, вида сварки и характера коммуникации. Например, трубы для системы централизованного отопления чаще всего соединяются встык с помощью электросварки. Для качественного шва, главное – сделать провар по всей толщине изделия.

Большую роль в технике сварки труб ручной дуговой сваркой играют типы шва, которые классифицируются на четыре основных группы:

Каждый из этих способов имеет свою технологию выполнения. Самое удобное и простое для выполнения качественного соединения – нижнее положение. Если есть возможность перемещать и поворачивать элемент, то мастер старается их установить именно в нижнее положение. При этом, во время работы, металл не стекает вниз, как при вертикальном шве, не разбрызгивается по сторонам, как при потолочном положении. Сварка технологических трубопроводов проводится, применяя все эти виды, так как коммуникации имеют множество разветвлений.

По типу продолжительности шва на трубопроводе, они разделяются на сплошные и прерывистые швы.

Особенности сварки труб

Ручная дуговая варка трубопроводов значительно отличается от работы с плоскими деталями. Тоже самое касается и других видов, которые применяются для водо- или газопроводов (аргонная, газовая). Далее представлены самые основные аспекты сварки труб ручной дуговой сваркой:

  1. Режимы настройки аппарата:
  • сварочный ток рассчитывается следующим образом: диаметр электрода нужно умножить на 35. Это и будет оптимальная сила. Например, при работе с проводником в 3 мм, сила тока будет (3х35) 105А. конечно, эта цифра условная, но в среднем так и получается. При сварке труб малого диаметра и толщины не более 4мм, больше 150Атне потребуется;
  • чтобы удержать дугу, необходимо четко соблюдать расстояние между проводником и металлам. Его рассчитывают исходя из диаметра электрода +1. Например, при электроде в 4 мм, расстоянием для дуги будет 5мм.
  1. Сварка труб малого диаметра (до 10 см):
  • изначально стыки собираются вручную и прихватываются точечным методом (достаточно двух точке, располагающихся друг напротив друга);
  • при стыковке деталей толщиной 4 мм и более варят в два слоя – сначала корневым швом, а потом валиком;
  • горизонтальный шов при сварке труб малого диаметра каждый валик укладывается в противоположном направлении. Например, первый – справа налево, второй – слева направо, третий – справа налево и так далее;
  • детали, толщиной от 3 до 8 сантиметров нужно сваривать небольшими участками, для получения более качественного соединения.

  1. Поворотные стыки и сварка труб большого диаметра:
  • скорость поворота изделия должна равняться скорости ведения проводника (она устанавливается, отталкиваясь от толщины изделия (более толстые свариваются немного дольше);
  • самое выгодное положение сварочной ванны – 30 градусов от верхней точки;
  • при сваривании на участках, где есть возможность повернуть изделие на 180 градусов, работа производится в три этапа. Первый — в два приема сваривают две верхние четверти диаметра трубы в направлении навстречу друг другу в один или два слоя. Второй – повернуть изделие и проварить оставшийся стык. Третий – опять поворачивают на 180 градусов и доваривают шов до конца.
  1. Неповоротные стыки варить намного сложнее, поэтому для сварки труб ручной дуговой сваркой существует определенная технология:
  • вертикальные стыки варятся в два этапа. Периметр стыка условно делится вертикальной прямой линией на два участка. Они оба в итоге три положения: потолочное, горизонтальное и нижнее. Потолочным называется участок, занимающий примерно 20 градусов от самой нижней точки детали. Нижним – 20 градусов от верхней точки изделия. Между этими положениями находится горизонтальное положение. Работу необходимо начинать с потолочного положения и вести электрод в нижнему. Каждый участок обрабатывается короткими дугами, которые рассчитываются так: D(эл)/2.
  • горизонтальные стыки скрепляются углом назад. По отношению к оси электрод должен располагаться 80 градусов. Работа производится на средней дуге и для сварки труб малого диаметра и большого.

Соблюдая эти правила при сварке водопроводных труб электросваркой получится ровный и красивый шов, а главное герметичный, прочный и долговечный.

В завершении важно отметить, что дуговая сварка труб широко используется для работы с разными типами проводов. Мы рассмотрели, как правильно варить, находящиеся в разных положениях детали. В этом и заключается особенность обработки данных элементов, так как они соединяются разными типами швов, в разных положениях.

Новичкам, которые уже набили руку к разным видам соединения, не сложно будет адаптироваться к сварке труб ручной дуговой сваркой. И не стоит забывать, что половина успеха зависит от качества зачистки труб под сварку.

Технология сварки трубопроводов отлично показана в следующем видео:

Источник

Adblock
detector