Техника сборки и сварки технического трубопровода

метки: Сварка, Конструкция, Трубный, Труба, Диаметр, Сварной, Таблица, Электрод

определить назначение конструкции;

общая схема конструкции;

определить и выбрать соответствующие сварочные материалы;

расшифровать марку стали, маркировку, указать рабочие свойства;

определить источник питания, дать техническую характеристику;

выполнить расчетную часть;

описать последовательность сборки и сварки заданной конструкции;

обосновать выбор контроля качества в соответствии с заданной конструкцией;

описать технику безопасности при выполнении сборочных сварочных работ.

Трубопровод — сооружение, состоящее из плотно соединенных между собой труб, деталей трубопроводов, запорно-регулирующей аппаратуры, контрольно-измерительных приборов, средств автоматики, опор и подвесок, крепежных деталей, прокладок, материалов и деталей тепловой и противокоррозионной изоляции и предназначенное для транспортировки жидких и твердых нефтепродуктов.

К технологическим относятся находящиеся в пределах нефтебазы трубопроводы, по которым транспортируют различные вещества, в том числе сырье, полуфабрикаты, промежуточные и конечные продукты, отходы производства, необходимые для ведения технологического процесса или эксплуатации оборудования.

Условия изготовления и монтажа технологических трубопроводов определяются: разветвленной сетью большой протяженности и различием конфигурации обвязки технологического оборудования; разнообразием применяемых материалов, типов труб, их диаметров и толщин стенок; характером и степенью агрессивности транспортируемых веществ и окружающей среды; различием способов прокладки /в траншеях, без траншей, каналах, тоннелях, на стойках, двух- и многоярусных эстакадах на технологическом оборудовании, а также на разных высотах и часто в условиях, неудобных для производства работ/; количеством разъемных и неразъемных соединений, деталей трубопроводов, арматуры, компенсаторов, контрольно-измерительных приборов и опорных конструкций.

На рисунке 1, показано схематическое изображение технического трубопровода:

Рис.1. Схематическое изображение трубопровода

S — толщина стенки трубы 8мм; В — протяженность трубы; d — диаметр трубы 300мм; e — угол скоса кромки 30 ⁰ +\-5⁰ .

Так как трубопровод работает в агрессивных средах, под высоким давлением, для изготовления элементов трубопровода выбираются трубы не ниже первого сорта в соответствии с нормативными документами СН 527-80 и ГОСТ 10705-80. В данном случае используется стальная электросварная труба марки стали 20.

Технология монтажа трубопроводов

... технические условия и правила производства работ, тщательно контролировать качество поступающих на монтаж труб, деталей и узлов трубопроводов, арматуры и других материалов. 1.2. Технология монтажа внутрицеховых трубопроводов. Внутрицеховые трубопроводы имеют сложную конфигурацию с ...

2.1 Характеристика основного металла

Данная конструкция изготавливается из стали марки 20, которая имеет следующие характеристики: химический состав марки стали (см. в таблице 1); физические свойства (см. в таблице 2); механические свойства (см. в таблице 3); технологические свойства (см. в таблице 4).

Таблица 1. Химический состав стали 20

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.17 — 0.24	0.17 — 0.37	0.35 — 0.65	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.25	до 0.3	до 0.08

Таблица 2. Физические свойства стали 20

T	E 10 — 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м 3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13		52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.9	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.6	14.6	35.8	7659	584	758
700		14.8	32	7617	636	925
800		12.9		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695
T	E 10 — 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

Таблица 3. Механические свойства стали 20 при Т = 20 ⁰

Сортамент	Размер	s в	s T	d 5	y	KCU
—	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м 2
Лист термообработ., ГОСТ 4041-71	4 — 14	340-490		28
Трубы горячедеформир., ГОСТ 550-75		431	255	22	50	780
Трубы, ГОСТ 8731-87		412	245	21
Трубы, ГОСТ 10705-80		372	225	22
Прокат, ГОСТ 1050-88	до 80	410	245	25	55
Прокат нагартован., ГОСТ 1050-88		490		7	40
Прокат отожжен., ГОСТ 1050-88		390		21	50
Лента отожжен., ГОСТ 2284-79		310-540		18
Лента нагартован., ГОСТ 2284-79		490-830

Таблица 4. Технологические свойства стали 20

Свариваемость:	1 группа свариваемости — хорошо свариваемые (без ограничений).
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

По марке стали основного металла выбираются сварочные материалы

2.3 Характеристика сварочного материала

Для получения качественных швов при сварке конструкционной стали выбираются электроды марки ЛБ 52У. Химический состав электродов ЛБ 52У (см. в таблице 5).

Рекомендации по применению сварочных электродов ЛБ 52У (см. в таблице 6)

Таблица 5. Химический состав электродов ЛБ 52У

диаметр (мм)	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo
2,6	0,06	0,52	1,00	0,011	0,005	0,01	0,03	0,01
3,2	0,06	0.51	1,02	0,011	0,006	0,01	0,02	0,01
4,0	0,06	0,49	1,01	0,013	0,004	0,01	0,03	0,01

Таблица 6. Рекомендации по применению сварочных электродов ЛБ 52У

Диаметр электродов , LB-52U, мм	Для сварки труб класса до 530 Н/мм 2 (до К54) включительно, ЛБ-52У	Электроды СЭЛБ-52 для сварки труб класса до 580 Н/мм 2 (от К55 до К60) включительно
2,0	Слои сварочного шва — корневой, заполняющий и облицовочный	Корневой слой сварочного шва
3,0	Слои шва сварочного — корневой, подварочный, заполняющий, облицовочный	Корневой, подварочный слои шва
4,0	Слои сварочного шва: подварочный, заполняющий, облицовочный	Подварочный шов сварочный

Э50А — СЭ- ЛБ -52 U — 3.2- УД

Е 514- Б 2 4

Где —

Э50А — тип электрода

СЭ- ЛБ -52 U — марка электрода

3.2 — диаметр электрода

У — для сварки углеродистых сталей

Д — с толстым покрытием , Е — международное обозначение плавящегося покрытого электрода

51 — предел прочности на растяжение 510 МПа

4 — относительное удлинение 35%

Б — вид покрытия — основное

2- пространственное положение — для всех положений, кроме вертикального сверху вниз

4 — сварочный ток и напряжение холостого хода, сварка постоянным током любой полярности, напряжение холостого хода около 70В.

Данная марка электродов обеспечивает глубокое проплавление корня шва с формированием с обратной стороны соединения валика с усилением до 2,0 мм с плавным переходом к основному металлу. Обеспечиваются сварные швы с легко удаляемым шлаком.

Исходя из расшифровки маркировки следует, что сварка выполняется во всех пространственных положениях и на переменном или постоянном токе отсюда следует сборку и сварку выполнять сварочным инвертором Miller CST 280.

2.4 Технические характеристики источника питания сварочной дуги

Miller CST 280 — инверторный выпрямитель с диапазоном сварочных токов 5 — 280 ампер. Технические характеристики выпрямителя Miller CST 280 (см.в таблице 7)

Таблица 7. Технические характеристики выпрямителя Miller CST 280

Технические характеристики
Управление:	Плавное
Напряжение питания (V):	220/380
Сварочный ток (A):	5-280
Мощность,кВт:	10.2
U холостого хода (V):	67
Режим работы, ПВ%:	35
Массогабаритные характеристики
Размеры мм:	457x191x343
Вес кг:	21
Дополнительная информация и характеристики
	США

Сварочный инвертор постоянного тока CST 280 предназначен для проведения сварочных работ методом ручной дуговой сварки (MMA) (см. рисунок 2)

с применением электродов с основным и целлюлозным покрытием, и сварки в среде инертного газа (TIG) с вольфрамовым электродом.

Технические особенности:

• исключительно высокое качество сварки методом MMA;
• легкое переключение входного напряжения с одной фазы на три с помощью двухдиапазонного переключателя;
• сварочный ток 280А для получения идеальных результатов при использовании сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG);
• наличие функции HotStart обеспечивающей увеличение сварочного тока в начале сварки для легкого получения стабильной дуги;
• наличие функции LiftArc обеспечивающей начало сварки без применения токов высокой частоты, что помогает избежать загрязнения сварного шва частицами вольфрама
• современная система охлаждения Fan-On-Demand™ обеспечивающая пониженный шум благодаря включению только при реальной необходимости охлаждения аппарата;
• небольшой вес и компактные размеры облегчают доставки сварочного инвертора к месту проведения работ;
• наличие контактного гнезда для подключения дистанционного управления позволяет легко управлять параметрами сварки непосредственно на месте работы.

Рис.2. Панель регулировки режимов.

1 — индикатор выходной мощности; 2 — выключатель питания;3 — переключатель режимов сварки;4 — аварийный индикатор перегрева

5 — регулятор силы тока

2.5 Инструмент, приспособления для сборки и сварки данной конструкции

Для выполнения сборки и сварки данной конструкции необходимы инструменты показанные в таб. 8 , Таблица 8. Инструмент и приспособление для сборки и сварки

Рабочий инструмент	Контрольно-измерительный инструмент	Вспомогательный инструмент	Сборочно-сварочное приспособление,
УШМ	рулетка	молоток шлакоотделитель,	штатив
электрододержатель щипковый	металлическая линейка	металлическая щетка- для зачистки сварного шва	центратор
плоскогубцы	УШС
чертилка

3.1 Общие сведения о режиме сварки

Режимом сварки называют основные показатели, определяющие процесс сварки, которые устанавливаются на основе исходных данных и должны выполняться для получения сварного соединения требуемого качества, размеров и формы, установленных проектом.

Основные параметры и дополнительные параметры режимов сварки отражены в таб. 9.

Таблица 9.Основные и дополнительные параметры режимов сварки

основные параметры режимов сварки	дополнительные параметры режимов сварки
диаметр стержня покрытого электрода	величины вылета электрода,
сила сварочного тока	толщина покрытия
род, полярность сварочного тока	первоначальная температура
напряжение дуги

3.2 Расчет сварочного тока на сборку и сварку данной конструкции

В зависимости от толщины металла определяется диаметр электрода. Примерное соотношение между толщиной S металла и диаметром D электрода при сварке шва в нижнем положении приведено в таб.10.

Таблица 10.Соотношение толщины металла к диаметру электрода

S, мм	1…2	3…5	4…10	12…24	30…60
D, мм	2…3	3…4	4…5	5…6	6 и более

Толщина стенки трубы равна 8мм. Соответственно подбираются электроды диаметра 4мм. Для провара корневого шва выбираем электрод диаметром 2мм.

Силу сварочного тока обычно устанавливают в зависимости от выбранного диаметра электрода. При сварке швов в нижнем положении ее значения, А, рассчитывают, пользуясь эмпирическими формулами

Iсв=Kd или Iсв=(20+6D)D (1)

Где К- коэффициент, принимающий в зависимости от диаметра электрода D следующие значения указанные в таб.11

Таблица 11Значения коэффициента в зависимости от диаметра электрода

D, мм	2	3	4	5	6
К	25…30	30…45	35…50	40…45	45…60

Сварка стыкового соединения трубы выполняется электродом диаметра 4мм, соответственно расчет сварочного тока выглядит следующим образом:

Iсв = 30…45*4=120…180

Iсв = (20+6*4) *4=178

Для электрода диаметром 2мм расчет следующий:

Iсв = 30…45*2=60…90

Iсв = (20+6*2) *2=64

Род и полярность тока устанавливают в зависимости от вида свариваемого металла и его толщины. Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20…36 В и регламентируется изготовителем электродов. Обычно напряжение указывают на каждой пачке электродов.

3.3 Расчет количества сварочного материала

Расчет необходимого количества материалов для сварки ведется на основе существующих норм их потребления при применении того или иного метода сварки.

Норма расхода сварочных материалов — это их количество, необходимое для полного изготовления сварного изделия с учетом всех потерь и отходов.

Существуют определенная нормативная формула, помогающая рассчитать расход материалов при сварочных работах. Эта формула позволяет понять, сколько сварочных материалов потребуется на один метр шва:

N = G * K (2)

где

N — норма расхода сварочных материалов на один метр сварного шва

G — масса наплавленного металла сварного шва, длина которого равна 1 метру

K — коэффициент перехода от массы наплавленного металла к расходу материалов для сварки. Обычно указывается на коробке электродов. Для ЛБ52у 3.2мм этот коэффициент равен 9.

Для того, чтобы определить массу наплавленного металла на 1 метр сварного шва ( G) , можно воспользоваться следующей формулой:

G = F * y * L (3)

где:

F — площадь поперечного сечения сварного шва (в мм² )

y — удельная масса металла (г/см³ )

L — длина сварного шва (она равна 1 метру).

Для определения площади поперечного сечения шва существует формула:

Fн = Sb + (S — h) ² tga + (h — c)² tgB + 2(h — c)(S — h)tgB + 0,75(eg +e₁ g₁ ) (4)

F — площадь поперечного сечения шва

S — толщина свариваемого металла

b — величина зазора между свариваемыми кромками

e — ширина шва

g — величина усиления

e ₁ — ширина усиления с обратной стороны

g ₁ — величина усиления с обратной стороны

h — высота кромки

c — величина притупления кромки

tga — тангенс угла скоса кромки

tgB — тангенс угла скоса кромки

Расчеты выглядят следующим образом:

8*2 + (8 — 2) ² 0,5 + (2 — 2)² 0,1 + 2(2 — 2)(8 — 2)0,1 + 0,75(15*4 +3*2) = 86мм² площадь поперечного сечения шва

86 * 7.8 * 1= 670г масса наплавленного металла на 1 метр шва

670 * 9=6037г норма расхода сварочных материалов на один метр.

Приведенные выше формулы позволяют рассчитать нормы расхода материалов для сварочного шва в наиболее простом — нижнем положении. Если же сварочные работы ведутся в вертикальном или потолочном положении, то полученный норматив необходимо умножить на поправочный коэффициент, который как раз и учитывает особенности расхода материалов при различных положениях сварного шва:

• для нижнего положения шва этот коэффициент равен 1,00
• при полувертикальном положении шва берется коэффициент 1,05
• при вертикальном (горизонтальном) положении шва коэффициент равен 1,10
• при потолочном положении шва полученная предварительно норма умножается на коэффициент 1,20.

4.1 Организация рабочего места

Для выполнения сборочно-сварочных работ необходимо наличие средства индивидуальной защиты подразделяют согласно ГОСТ 12.4.011 — 89:

• специальная одежда, обувь;
• средства защиты рук, головы, лица, глаз и органов дыхания;
• предохранительные приспособления (диэлектрические коврики, ручные захваты, манипуляторы);
• вентиляционное оборудование;

Основные инструменты, необходимые для проведения сборочно-сварочных работ:

Электрод держатель — приспособление для закрепления электрода и подвода к нему тока. Кабели и сварочные провода необходимы для подвода тока от источника питания к электрода держателю и изделию. Для очистки от ржавчины свариваемых поверхностей используется металлическая щетка. В процессе сгорания флюса и электрода на сварном шве часто образуется корка, которой удаляется зубилом. Для соединения проводов и текущего корректирующего ремонта необходимы молоток, отвертки, разводной ключ и плоскогубцы.

4.2 Сборка стыкового соединения трубопровода

— произвести контроль сварочных материалов (соответствия сертификату);

• произвести визуальный осмотр поверхности труб (недопустимые дефекты регламентируемые техническими условиями поставки);
• выправить или обрезать деформированные концы и повреждения поверхности труб;
• произвести очистку от масла, ржавчины, окалины и других загрязнений. Внутренняя поверхность труб также должна быть очищена. Кромки труб и прилегающие к ним поверхности (внутренняя и наружная) должны быть зачищены до металлического блеска на ширине не менее 10 мм;
• обработка кромок при толщине металла 8мм производится U-образная фаска, притупление кромок не менее 2мм;
• элементы труб установить на плоскую поверхность, смещения труб относительно друг друга устранить клиньями, оставить зазор между трубами 3мм;
• установить прихватки, в количестве 4шт по 20мм, на равном расстоянии, для этого вычисляется длина окружности трубы с помощью формулы:

D (5),

где:

• 3,14

D-диаметр трубы

3,14*300 = 942мм

• окружность делится на четыре отрезка по 235,5мм;
• проводится контроль сборки с помощью уровня.

4.3 Сварка стыкового соединения трубопровода

— сварку производить в поворотном положении;

• конструкция устанавливается в специальный зажим, в горизонтальном положении;
• в два приема сваривают две верхние четверти диаметра трубы в направлении навстречу друг к другу, затем труба поворачивается на 180 градусов, оставшиеся две четверти свариваются таким же образом;
• с помощью УШМ в корне шва вырубается канавка шириной 3-4 мм и глубиной 1-2 мм, которая заваривается за один проход;
• перед наложением следующего слоя поверхность предыдущего зачищается от шлака и брызг;
• шов очищается от шлака и визуально проверяется на наличие дефектов;
• при обнаружении брака, данный участок вырезается УШМ и заваривается заново.

5.1 Общие сведения о дефектах

Дефекты в сварных соединениях могут быть вызваны плохим качеством сварочных материалов, неточной сборкой и подготовкой стыков под сварку, нарушением технологии сварки, низкой квалификацией сварщика и другими причинами. Дефекты, содержащиеся в сварных соединениях, снижают прочность сварных конструкций и при неблагоприятных условиях могут привести к разрушению отдельных швов или всей конструкции.

5.2 Причины образования и устранение возможных дефектов сварных швов в данной конструкции

Швы неравномерной ширины — результат отклонений от заданного зазора кромок при сборке или неправильных движений электрода при ручной сварке. При автоматической сварке причинами образования дефектов этого вида служат отклонения значений скорости горения дуги и др.

Неравномерность выпуклости по длине шва, местные бугры и седловины появляются при ручной сварке из-за недостаточной квалификации сварщика, неправильных приемов сварки прихваток и неудовлетворительного качества электродов. При автоматической сварке эти дефекты встречаются редко и являются следствием неполадок в механизме автомата, регулирующем скорость сварки.

Наплывы образуются при вертикальном и потолочном положении шва или неправильном смещении электродной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом, но чаще всего — из-за чрезмерной силы тока при большой длине дуги и высокой скорости сварки.

Подрезы, их глубина может колебаться от десятых долей до нескольких миллиметров. Появление этих дефектов связано со значительной силой тока и повышенной скоростью сварки. Подрезы в шве уменьшают рабочую толщину металла, вызывают местную концентрацию напряжений и могут стать причиной разрушения соединений в процессе эксплуатации.

Кратеры образуются при внезапном прекращении сварки. Размеры кратера зависят от силы сварочного тока. Кратеры снижают прочность сварочного соединения, так как являются концентраторами напряжений.

Прожог образуется в результате вытекания металла сварочной ванны при сварке листов небольшой толщины и первого слоя в многослойных швах. Причинами появления прожогов служат чрезмерно высокая погонная энергия дуги, малая скорость сварки и увеличенный зазор между кромками свариваемых деталей. Во всех случаях отверстие, возникающее при прожогах, заваривают.

Непровар образуется вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. Непровары могут представлять собой прослойки оксидов или шлаков между основным и наплавленным металлами.

5.3 Методы выявления и устранения дефектов сварных швов

Методы неразрушающего контроля, являющиеся основными при оценке качества готовой продукции, позволяют установить степень соответствия сварного соединения требованиям нормативной документации без нарушения целостности конструкции.

Внешним осмотром выявляют несоответствие шва требуемым размерам, наплывы, подрезы, глубокие кратеры, прожоги, наружные трещины, непровары, свищи, поры и другие внешние дефекты. Размеры швов должны соответствовать указанным на чертеже.

При испытании под давлением сжатый газ (воздух, азот, инертные газы) или пар подают в испытываемый сосуд. Сосуды небольшой вместимости погружают в ванну с водой, где по выходящим через неплотности в швах пузырькам газа обнаруживают дефектные места.

Использование рентгеновского излучения для просвечивания материалов основано на его свойстве проникать через непрозрачные тела. В условиях строительно-монтажной площадки применяют главным образом радиографический метод регистрации дефектов, с помощью которого изображение дефектов шва получают на рентгеновской пленке.

Метод ультразвуковой дефектоскопии основан на способности высокочастотных колебаний (с частотой 20 кГц) прямолинейно распространяться в металле и отражаться от границы раздела сред, имеющих разные акустические свойства. Отраженные ультразвуковые волны распространяются с той же скоростью, что и прямые. Это свойство имеет важное значение в ультразвуковой дефектоскопии.

В данном случае я буду использовать визуальный контроль качества.

Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-кратным увеличением. Внешний осмотр предусматривается не только визуальное наблюдение, но и обмер сварных, соединений и швов, а также замер подготовленных кромок.

1. Государственный стандарт. Ручная дуговая сварка ГОСТ 5264-80 «Основные типы конструктивных элементов»

2. Куликов О.Н. Охрана труда при производстве сварочных работ. — М.: Академия, 2015г.

3. Овчинников В.В. Контроль качества сварных соединений. — М.: Академия, 2015г.

4. Чернышов Г.Г. Сварочное дело. Сварка и резка металлов.- М.: Академия, 2015г.

5. Овчинников В.В. Современные материалы для сварочных конструкций. — М.: Академия, 2015г.

6. Корякин — Черняк. Краткий справочник сварщика. — Санкт-Петербург, 2016г.