Подготовка труб к сварке. Сварка труб под давлением
что это такое, и какие ее виды существуют
Согласно ГОСТ 2601-84 под сваркой вообще понимается процесс образования контакта элементов на атомном уровне, образующегося при нагревании или пластической деформации отдельных частей свариваемых изделий.
Из этого определения следует, что понятие сварки может относиться не только к металлам, но и к пластмассам, стеклу и другим неметаллам, а также к их производным.
Для более доступного понимания, что такое сварка давлением необходимо введение такой важной физической величины, как энергия активации. Она ответственна за перераспределение межатомных связей и формирование их на новом уровне.
Принцип сваривания
В процессе сваривания заготовок энергия активации расходуется либо на нагрев, что проявляется в виде оплавления места контакта, либо на его пластическую деформацию.
Согласно определению, в зависимости от вида энергии, используемой для объединения изделий на межатомном уровне, следует различать сварку плавлением от той же процедуры, осуществляемой под деформационным воздействием. Последний принцип используется в частности, когда проводится сварка труб под давлением.
Известные виды сварочных операций в основном различаются характером физико-химических процессов, происходящих непосредственно в контактной зоне.
В основу сварки плавлением заложен принцип её нагрева до определённого состояния, при котором происходит перемешивание двух стыкующихся частей с образованием общей жидкой массы (сварочной ванны).
По завершении сварочных процедур и охлаждения ванны образуется соединительный шов, получаемый непосредственно из расплава и лишь частично – за счёт применения особых присадок.
Источником местного нагрева в условиях классической сварки плавлением могут служить:
- электрическая дуга;
- пламя газовой горелки;
- химическая реакция, сопровождающаяся выделением большого количества тепла;
- энергия электронного происхождения;
- плазма или лазерное излучение.
Достаточно узкая полоска материала, образующаяся вдоль границы свариваемых частей или заготовок, называется зоной сплавления. Несмотря на малые размеры этого образования (оно измеряется в микронах), его влияние на качество сварного соединения достаточно велико.
Специфические черты
Принцип сварки давлением заключается в пластической деформации материала металла вдоль стыков свариваемых частей (отдельных участков трубопроводов, например). Такое механическое воздействие достигается за счёт значительных по величине статических, а в отдельных случаях и ударных нагрузок.
Для ускорения этого процесса сварка сопровождается местным нагревом, что способствует образованию более прочных связей между вступающими в непосредственный контакт частицами. Полоса материала с происходящими в её границах физическими процессами, называется зоной объединения.
В качестве источника тепла при сварке давлением под нагревом могут использоваться как специальные термические печи и электрический или индукционный ток, так и особые химические реакции или переменная электрическая дуга.
Картина протекания сварочного процесса под давлением с нагреванием зоны контакта существенно отличается от случая сварки плавлением.
Так, при сварке стыков давлением с частичным нагревом, места соединения сначала слегка оплавляются и только после этого пластически деформируются. Одновременно с этим некоторая часть деформированного материала вместе со шлаком выдавливается за границы стыка, образуя так называемый «грат».
Разновидности сварки давлением
Известны следующие виды сварки давлением:
- холодная;
- с использованием эффекта трения;
- ультразвуковая и кузнечная.
Контактную сварку (когда деталь разогревается электрическим током) также можно причислить к виду под давлением. Ее результат зависит во многом от усилия сжатия.
Она получила наибольшее распространение при соединении труб и деталей конструкций в машиностроении. Активно развиваются такие виды сварки под давлением, как диффузионная и соединение взрывом.
Холодная
При давлениях, значительно превышающих предельные значения для структуры любого металла, на его стыках начинает проявляться эффект текучести. Особо легко достигается он при условии, когда при нормальной температуре материал сам по себе достаточно пластичен.
Под воздействием давления сжатия в месте соединения осуществляется диффузия одного материала в другой с одновременным выделением определённого количества тепла. По завершении сварочного процесса соединённые таким образом детали постепенно охлаждаются.
В итоге образуются натуральные швы достаточно высокого качества, свободные от каких-либо нежелательных внутренних напряжений и остаточных явлений, наблюдаемых из-за перегрева металла. Указанный вид сварки применяется при необходимости соединения деталей из трудно сплавляемых материалов, содержащих титан, никель, медь и их сплавы.
Область возможного применения этой методики ограничена необходимостью привлечения к процессу сваривания довольно дорогого и сложного специального оборудования. Ещё одним недостатком метода холодной сварки давлением является его сравнительно низкая производительная эффективность.
С применением эффекта трения
Этот вид соединения частей материала реализуется за счёт использования теплоты, выделяющейся при динамическом (трущемся) соприкосновении свариваемых поверхностей.
Для достижения результата обрабатываемые заготовки фиксируются в зажимах специального механизма, один из которых во время операции остаётся неподвижен. Второй зажим в это время совершает контролируемые оператором вращательные и поступательные колебания.
В процессе сварки обрабатываемые заготовки сначала сжимаются за счёт осевого давления, после чего в работу включается специальный вращательный механизм. При достижении предельной температуры трения (порядка 980-1300 градусов) вращение заготовок останавливается, а их сжатие продолжается.
К преимуществам этой разновидности сварки давлением можно отнести простоту и надёжность, а также высокую производительность технологического процесса. Следует добавить невысокую энергоемкость и возможность соединения изделий из разнородных материалов.
Для реализации способа с эффектом трения промышленностью выпускаются специальные механизмы, способные сваривать и пластмассовые заготовки.
Метод широко применяется для соединения с трудом поддающихся сварке разнородных металлов. Примером могут служить варианты соединения давлением стали с алюминием или же аустенитных материалов с перлитными.
Ультразвуковая и кузнечная
Сварка с помощью ультразвука – ещё один способ сочленения давлением разнородных по составу материалов, находящихся в твёрдом состоянии. Наибольшей эффективностью отличается использование этого метода при сварке современных полимеров, изготавливаемых в виде листовых изделий.
С его помощью прекрасно соединяются практически все наименования самых распространённых полимерных материалов. С его помощью также могут осуществляться соединения изделий из искусственных кож, а также природных натуральных тканей, содержащих в своём составе синтетические волокна.
Особым спросом пользуется ультразвуковой способ сварки при необходимости соединения разнородных по структуре и термочувствительных материалов.
Кузнечная сварка давлением по своей сути не отличается от печного варианта и предполагает механическое ударное воздействие на материал предварительно разогретых до пластичного состояния заготовок.
Как сваривают сосуды
При изготовлении специальных сосудов и емкостей очень часто возникает необходимость в образовании не только прямолинейных, но и кольцевых или круговых стыковочных соединений.
Сварка сосудов организуется в связи с этим по особым методикам, учитывающим толщину стенок изделия и предусматривающим тщательное исполнение каждого рабочего шва.
Выполнить все условия, предъявляемые к соединению частей тонкостенных сосудов, удается лишь путём применения рассматриваемого метода, а именно – сварки под давлением. Для получения результата используются несложные приспособления и специальный инструмент, обеспечивающие равномерное прижатие кромок свариваемых тонкостенных изделий.
Сварочные операции под давлением обеспечивают достаточно эффективное неразъемное сочленение самых различных типов металлов (в том числе – и разнородных по своему составу). При этом качество получившегося сварного контакта, образуемого без применения классических сплавных технологий, во многом определяется тщательностью подготовки свариваемых плоскостей и поверхностей.
Помимо этого, оно в значительной мере зависит и от свойств используемых материалов, то есть от их способности подвергаться пластической деформации при воздействии предельных механических нагрузок.
svaring.com
Подготовка стыков труб к сварке и обработка труб после сварки
Все технологические конструкционные трубопроводы промышленного, социального, коммунального значения изготавливаются из различных материалов, следовательно, происходит разная методика подготовка труб к сварке. Попробуем разобраться, какие методы и способы используют для данного технологического процесса. Для всех процессов используют один из выбранных вариантов, это подготовка труб под сварку автоматическим или промышленным полуавтоматическим способом. Рассматривая подробно технологию подготовку труб к сварке стыков, выделим следующие методы, например под рабочим давлением:
- Холодная технология.
- Газопрессовая.
- Прессовая.
- Методика трением.
- Термитная технология.
- Универсальная контактная.
- Ультразвуковая.
Рассматривая другой способ, подготовка кромок труб под сварку плавлением, следует выделить следующие группы:
- Методика электродуговой сварки в специальной среде газов.
- Электродуговая, с использованием флюса.
- Ручная методика сварки электродугового типа.
- Электрическая технология, на основе шлака.
- Стандартная газовая.
Какие виды соединений существует? 
В большинстве случаев обработка стыков труб до и после сварки производится с использованием условного электрического источника подачи переменного тока. В большинстве случаев, электроток является самым выгодным по экономическим соображением вариантом, который позволяет проводить сварочные работы с минимальными финансовыми затратами, по сравнению с использованием источника постоянного тока.
В целом, при проведении сварочных работ, используется несколько вариантов соединений, в частности:
- Стыковой метод.
- Соединение под угловым расположением.
- Внахлёст.
Каждый из этих вариантов также имеет несколько подвидов, которые отличаются по основным техническим, механическим и иным параметрам, например по количеству используемых швов, по наличию или же по отсутствию скосов применяемых кромок, по способу проведения состыковочных операций.
Как осуществляется подготовительная работа?
Для того чтобы обработка концов труб под сварку прошла идеально и без лишних проблем, необходимо правильно организовать рабочий процесс подготовительных работ, которые включают несколько технологических этапов.
- Правка концевых соединений, которые подвергаются сварке.
- Зачистка труб перед сваркой от образования загрязнений, мусора, обезжиривание и т.д.
- Комплексная сборка труб к подсоединению.
Проведение правки. Как правило, во время транспортировки трубы имеют свойство деформироваться, и для того, чтобы избежать ненужных досадных ситуаций, проводится подготовка труб к сварке на газопроводе для придания идеальной круглой формы конструкциям трубы концевых соединений.
Деформированная труба
«Важно!
Для того, чтобы добиться идеальной круглой формы используют основное и вспомогательное оборудование, которое основано на механическом, гидравлическом или пневматическом принципе действия.»
Для примера приведём вариант исправления кривизны при помощи гидравлического домкрата, а также с использованием для вставки специальных радиальных прокладок, которые вставляются во внутреннюю часть трубы. При помощи домкрата производится подготовка труб к сварке под углом 90, радиальные прокладки выравнивают неровные участки, и труба становится идеально круглой и подготовленной к сварочным работам.
Очистка концевых соединений. Для того чтобы труба имела идеальную конструкцию после сварочных работ, необходимо произвести размагничивание труб перед сваркой, а также обработать поверхность специальными чистящими составами. В качестве чистящего вещества, используют доступные материалы и средства. Например, для очистки от скопившегося налёта или масла, используют обычное дизельное топливо или бензин. Допускается применение специальных растворителей, очищающие кромки концевых соединений от налёта. Если на месте обработки имеется ржавчина, то разделка под сварку труб, предусматривает проведение очистки при помощи механических средств, в виде щётки или абразивных кругов.
Зачистка труб перед сваркой
Сборочный процесс. Окончательным этапом является сборка стыковых соединениях, после того, как пройдёт обработка труб после сварки. Этот процесс требует выполнение в обязательном порядке 3 основных правила, которые знают специалисты по сварочным работам.
- Общая поверхность всех стыковых соединений должны полностью совпадать.
- Технологическая ось основного трубопровода не должна быть нарушена, ни под каким предлогом.
- Общий технологический зазор между соединениями должен совпадать по всему диаметру обрабатываемой трубы.
Сборочный процесс допускается выполнение в ручном режиме, но для труб большего диаметра или для более точных производственных операций используются центраторы, которые в свою очередь делятся на внутренние и наружные приспособления.
После окончания всех подготовительных работ можно приступать к основной работе, которая включает в себя сварочные работы специального типа.
«Обратите внимание!
Сварщик, должен знать особенности материала труб, и только после этого он может приступать к выполнению прямых обязанностей.»
Не последнее место занимает знание целевого предназначения трубопроводной магистрали. Зная конечную цель эксплуатации трубопровода, применяется соответствующий тип варочной технологии:
- По варианту используемой энергии, которая подразделяется на дуговую, лучевую, а также на плазменную или газовую.
- По типу защитного слоя, который может быть как под флюсом, так и под воздействием газовой среды.
- По уровню автоматизации, который может быть — автоматическим, полуавтоматическим, а также ручной.
По статистике, для магистральных трубопроводов общего и специального назначения, почти в 70% случаев используется автоматический вариант сварочных работ с использованием флюса.
Безопасность проведения подготовительных работ
Несмотря на то, что подготовительный этап требует минимальное использование сварочного оборудования, необходимо соблюдать все требования пожарной и электробезопасности, которые позволяют грамотно и безопасно осуществлять технологические процессы. К работе допускается только специалист, имеющий соответствующий разряд подготовки. Перед началом работы, проводится общий и специальный инструктаж мастера и исполнителя, которые подписывают соответствующие документы. Во всех случаях, исполнителям предоставляется технологическая карта, в соответствии с которой осуществляется общий фронт работ. По окончании подготовки, исполнители также проводят ознакомительные действия при работе со сварочным оборудованием. В непосредственной близости должны располагаться основные средства пожаротушения и электрозащиты, в случае возникновения непредвиденных ситуаций.
svarkaipayka.ru
Сварка трубопроводов высокого давления, термообработка сварных соединений трубопроводов
Сварка трубопроводов высокого давления, термообработка сварных соединений трубопроводов
При изготовлении и монтаже трубопроводов высокого давления применяют все промышленные способы сварки. Учитывая особую ответственность сварки труб высокого давления, к выполнению этих работ допускаются только сварщики, имеющие удостоверение о сдаче испытаний в соответствии с правилами Госгортехнадзора.
Трубы высокого давления требуют выполнения некоторых особых условий сварки и контроля качества. Особые условия сварки вызваны технологическими затруднениями вследствие больших толщин стенок труб при сравнительно небольших диаметрах. При этом необходимо обеспечивать получение высоких механических свойств сварного шва при нормальных, отрицательных и повышенных температурах транспортируемой по трубопроводу среды, а также шва, стойкого против коррозии. Трубопроводы из сталей 20 и ЗОХМА сваривают электродуговой или газовой сваркой в зависимости от их диаметра и толщины. Применение газовой сварки допускается только для углеродистых труб с условным проходом от 6 до 25 мм.
Автоматическую и полуавтоматическую сварку под слоем флюса при ручной подварке корня шва применяют для труб с условным проходом 100 мм и выше. Трубы меньшего диаметра сваривают ручной электродуговой сваркой. Трубы с условным проходом от 25 до 40 мм сваривают обычным швом с V-образной разделкой кромок, а более 60 мм — с подкладными кольцами или без них.
При ручной сварке труб из стали 20 применяют электроды типа Э42А марки УОНИ-13/45, а из сталей ЗОХМА, 20ХЗМВФ — электроды типа ЭП-60 марок ЦЛ-19ХМ и ВСН-2. Перед прихваткой и еваркой стыки труб всех диаметров из легированных сталей (ЗОХМА, 20ХЗМВФ и др.) предварительно подогревают до 300—350° С, а из стали 20 при толщине стенки более 27 мм — до 150—200° С. Температуру подогрева поддерживают в течение всего периода прихватки и сварки. Количество слоев сварки зависит от толщины стенки и составляет от 4 до 10.
Полуавтоматическую сварку под флюсом осуществляют с помощью полуавтомата ПШ-5 с удлиненным мундштуком и специальной воронкой. Сварку выполняют в несколько слоев в зависимости от толщины стенки трубы. Усиление шва должно быть в пределах 2—4 мм и обязательно с плавным переходом к основному металлу.
После любого вида сварки для снятия возникающих внутренних термических напряжений стыки на участке длиной не менее 200 мм (по 100 мм с обеих сторон шва) подвергают термической обработке. Стыки из стали 20 при толщине стенок труб более 27 мм подвергают отпуску при температуре 560—580° С с выдержкой 2,5—3 ч.
При сварке труб из некоторых марок легированных сталей, а также толстостенных труб из стали 20 вследствие высоких температур происходит изменение структуры металла шва и околошовной зоны основного металла, возникают внутренние термические напряжения и, как следствие, ухудшаются механические свойства сварного соединения. Чтобы снять внутренние термические напряжения, сварные соединения подвергают отжигу, а для улучшения структуры металла и повышения пластичности— нормализации. Для стыков толстостенных труб из стали 20 вполне достаточной термообработкой является высокий отпуск. Режимы термообработки зависят от марки стали свариваемых труб и их толщины стенки; обычно они указаны в производственных инструкциях на сварку или на чертежах. На трубозаготовительных заводах или в цехах термообработку сварных соединений элементов и узлов трубопроводов (без арматуры) производят в специальных термических печах.
Рис. 86. Электрическая муфельная печь сопротивления:
1 — шплинты, 2 — керамиковые полуцилиндры, 3, 6 — контакты, 4 — замок, 5 — медная перемычка, 7— нихромовая лента, 8— установочные полукольца, 9 — шпильки, 10— корпус, 11, 12 — теплоизоляционный материал, 13 — стальной кожух, 14 — асбестовый лист, 15 - внешний вид на opti-myst engine 600
В монтажных условиях для термообработки сварных соединений труб применяют муфельные печи сопротивления, газовые кольцевые горелки и индукционные нагреватели. Электрические муфельные печи сопротивления (рис. 86) предназначены для нагрева сварных соединений труб диаметром от 30 до 325 мм со стенками любой толщины до 900—950° С. Печь — разъемная; состоит она из двух половин.
Рис. 87. Схема термообработки сварных стыков труб индукционным способом нагрева токами промышленной частоты:
1 — сварочный трансформатор, 2 — гибкий провод, 3 — конденсаторная батарея, 4 — нагреваемая труба, 5 — слой асбеста, 6—-нагревающие витки провода, 7 —термопары, 8 — переключатель, 9 — гальванометр
Индукционный способ нагрева токами промышленной частоты (50 гц) применяют при термообработке сварных стыков труб с условным проходом от 100 мм и выше при толщине стенки более 10 мм. Для этого стык и прилежащие к нему участки трубы (рис. 87) на 600—700 мм в каждую сторону обертывают листовым асбестом толщиной не менее 10 мм; поверх него укладывают 12—28 витков медного многожильного неизолированного провода сечением не менее 100 мм2. Провод наматывают на трубу достаточно плотно с расстоянием между витками 15—20 мм (во избежание замыкания). Последние витки закрепляют хомутами. Провод подключают к источнику низкого напряжения при силе тока около 800—1000 а. Обычно используют сварочные трансформаторы ТСД-1000 и ТСД-2000.
При термической обработке сварных стыков трубопроводов торцы труб следует закрывать временными пробками, чтобы предотвратить создание воздушной тяги и охлаждение стыка.
При термической обработке с помощью хромель-алюминиевых термопар и гальванометров непрерывно контролируют температуру.
Выполняют термообработку сварных соединений трубопроводов специально обученные для этой цели слесари-трубопроводчики под наблюдением ответственного инженерно-технического работника.
1. В чем заключаются особенности сварки трубопроводов высокого давления?
2. Какие виды сварки применяют для трубопроводов высокого давления?
3. Для чего производится термическая обработка сварных соединений?
4. Какое оборудование и какие приспособления используют для термической обработки сварных соединений?
Все материалы раздела «Сварка труб» :
● Способы сварки трубопроводов и виды сварных соединений
● Подготовка труб под сварку
● Технология газовой сварки и резки
● Кислородно-флюсовая и дуговая резка
● Технология ручной электродуговой сварки, электроды
● Источники питания сварочной дуги
● Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом
● Автоматическая и полуавтоматическая сварка в защитных газах
● Сварка трубопроводов из легированной стали
● Сварка трубопроводов высокого давления, термообработка сварных соединений
● Сварка трубопроводов из алюминия и его сплавов, из меди и ее сплавов
● Пайка трубопроводов, дефекты сварных швов
● Контроль качества сварных швов
● Виды сварки и применяемое оборудование
● Сварка и склеивание винипластовых труб
● Сварка полиэтиленовых трубопроводов
● Правила техники безопасности при резке и сварке трубопроводов
shkval-antikor.ru
