Курсовая работа сварка кольцевого стыка трубопровода из труб

метки: Сварка, Трубопровод, Сварочный, Кольцевой, Труба, Процесс, Дефект, Перемещение

Сварка трубопроводов – основной и наиболее ответственный этап в технологическом процессе строительства трубопроводов, определяющий надежность всей трубопроводной системы в период эксплуатации.

Сварочные работы в трубопроводном строительстве непрерывно совершенствуются. В результате автоматизации процессов сварки резко повысились производительность труда, темпы сварочно-монтажных работ и качество свариваемых соединений. За последние годы разработаны и широко применяются принципиально новые виды сварки.

Оборудование для стыковой контактной сварки трубопроводов.

Электроконтактную сварку непрерывным оплавлением впервые начали применять на строительстве магистральных трубопроводов в 1952 г., когда Институтом электросварки им. Е. О. Патона была создана установка КТСА-1 для сварки труб диаметром 219 — 529 мм в непрерывную нитку.

Дальнейшее усовершенствование технологической схемы сварки труб оплавлением благодаря разработкам ИЭО им. Е. О. Патона, ВНИИСТ, КФ СКВ «Газстроймашина» и другими привело в 1980-е годы к использованию двух групп установок — ПЛТ для сварки труб в секции на стационарных трубосварочных базах и ТКУП (Север) — для сварки труб или секций в непрерывную нитку.

Для сварки трубопроводов различных диаметров были разработаны установки, приведенные в табл. 3.25

Табл. 3.25

Электроконтактные сварочные установки.
Тип установки	Тип сварочной головки	Диаметр свариваемых труб, мм	Потребляемая мощность, кВ-А	Производительность, стык/ч
Север-4	К-810	1420	1500	6
Север-5	К-830	720-820	800	6-8
ПЛТ-321	К-584-М	114-325	250	6
ПЛТ-141	К-700-1 .	1420	1000	8-10
Север-1	К-700	1420	1160	6
Север-3	К-800	1020-1220	1160	6
ТКУП-321	—	114-325	200	6,5
ПЛТ-531	—	377-530	500	8

В состав полустационарных и передвижных установок входят: сварочная машина с аппаратурой управления и контроля процесса сварки, наружный и внутренний гратосниматели, агрегат зачистки концов труб под контактные башмаки сварочной машины, транспортный рольганг электростанции, транспортное средство.

Сварочные машины предназначены для центровки свариваемых труб, подвода к ним электроэнергии и перемещения навстречу друг другу в процессе оплавления и осадки, удаления грата (в отдельных случаях) (табл. 3.26).

Табл 3.26

Техническая характеристика сварочных машин.

Показатели	Тип и марка сварочных машин
	К-584М	К-805	К-800	К-700
Наружный диаметр свариваемых труб, мм	114-325	377-530 1020-1220 1420
Максимальное свариваемое сечение, мм 2	14000	22000	60000	92300
Мощность сварочного трансформа тора, кВ А	200	400	790	820
Вторичное напряжение сварочного трансформатора, В	7,3	6,8	7,4	7,4
Сопротивление сварочного контура при коротком замыкании, мкОм	110	16	14	13,5
Рабочее давление масла в гидросистеме, МПа	12,25	16	20	16
Рабочий ход поршня механизма оплавления, мм	70	85	85	85
Максимальное усилие осадки, МН	0,52	1	3,9	4
Скорость оплавления, мм/с	0,1-1,5	0,1-1,5	0,1-1,5	0,1-1,5
Скорость осадки, мм/с (на холостом ходу)	70	90	90	60
Масса, кг	3300	9000	25000	28000

В зависимости от диаметра свариваемых труб сварочные машины изготавливают в соответствии с типовым рядом. По конструктивному исполнению их делят на наружные и внутритрубные. Машины для сварки труб диаметром до 530 мм изготавливают в наружном варианте, а для сварки труб диаметром 720 — 1420 мм — внутритрубные.

Машины наружного типа К-584М и К-805 разъемные и могут перемещаться от стыка к стыку независимо от труб. Машины внутреннего типа К-700, К-755, К-800 перемещаются от стыка к стыку по внутренней поверхности трубы с помощью привода, встроенного в машину.

Для выполнения основных функций все сварочные машины имеют следующие узлы: понижающий трансформатор, силовой корпус с центрирующим и зажимным устройствами, механизм перемещения свариваемых труб, включающие и отключающие устройства, аппаратуру управления и регистрации основных параметров процесса сварки.

Важнейший узел сварочной машины — сварочный трансформатор. Он предназначен для преобразования электрической энергии стандартного (промышленного) напряжения 380 В в сварочное с низким (4 —8 В) вторичным напряжением и большим током. Необходимость такого преобразования связана с физической сущностью процесса оплавления. В стыковых сварочных машинах непрерывным оплавлением в основном применяют трансформаторы броневого и кольцевого типов.

Кольцевой трансформатор состоит из кольцевого магнитопровода, первичной и вторичной обмоток. Первичная обмотка представляет собой катушки, равномерно расположенные на магнитопроводе и соединенные параллельно, вторичная обмотка состоит из одного витка.

Трансформаторы броневого типа соединяют параллельно как со стороны первичной, так и вторичной обмоток и располагают равномерно по периметру трубы. Такие трансформаторы называют блочными.

Сварочные машины наружного типа К-584М, К-805 оснащены блочными трансформаторами. Масса блочного трансформатора больше, чем кольцевого, но он проще в изготовлении, удобнее и надежнее в эксплуатации.

Основными характеристиками сварочного трансформатора являются полное Z _K.З. , активное R_K.З . и индуктивное Х_К.З. сопротивления короткого замыкания и коэффициент мощности ф = R _K.З. /Z _K.З Сопротивления Z _K.З , R _K.З и Х_К.З. определяют замыканием вторичного витка накоротко при пониженном первичном напряжении U₁ измерением силы тока I₁ и мощности Р₁ в первичной цепи и расчетом по формулам

Большая часть трансформаторов машин для сварки труб диаметром 57 мм, 377 — 1420 мм имеет воздушное охлаждение. Трансформатор машины К-584М имеет жидкостное охлаждение.

Кольцевые трансформаторы применяют в основном на машинах К-700, К-755, К-800, К-810 для сварки труб большого диаметра. Причем кольцевые трансформаторы могут быть в разном исполнении: многосекционные, двухсекционные и неразъемные. Многосекционные трансформаторы состоят из большого количества секций (на К-700 девять секций) с разделенным секционно магнитопроводом и раздельных обмоток, соединенных параллельно. В двухсекционных конструкциях магнитопровод разделен на две части, а неразъемный имеет сплошной кольцевой магнитопровод и непрерывную обмотку первичных витков.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора на свариваемые детали передается через токоподводящие шины и башмаки. Токоподводящие шины вторичного контура большинства сварочных трансформаторов выполнены из большого количества лент медной фольги толщиной 0,2 мм.

Для придания шинам гибкости в местах изгиба они распушены. Число разъемных соединений должно быть минимальным. Болтовые соединения должны обеспечивать удельное давление в нахлесточных соединениях не менее 20 МПа.

Токоподводящие башмаки, обеспечивающие электрическую связь между шинами и свариваемыми деталями, выполняются, как правило, из бронзы, обладающей наибольшей твердостью и малым активным сопротивлением. Этим требованиям удовлетворяют бронзы марок КН-1-3 или БРАЖ9-4. Усилие прижима токоподводящих башмаков к поверхности стальных изделий должно быть 2 — 3 кг/мм ² .

Силовой корпус сварочной машины с центрирующими и зажимными устройствами — главная составная часть — выполняет следующие функции: осуществляет зажим труб по всему периметру и устраняет овальность концов труб, при этом обеспечивает соосное их выставление и равномерный и надежный прижим токоподводящих и силовых башмаков к поверхности труб, синхронное перемещение свариваемых поверхностей по заданному закону как в процессе оплавления, так и в процессе осадки, удаление грата и усиления сварного шва после сварки, должен перемещаться к следующему стыку без повреждения стенок труб и изоляции как на прямолинейных, так и криволинейных участках трубопровода.

Для зажатия труб с обеспечением совпадения соединяемых кромок труб без значительных смещений (не более 2 мм) необходимо, чтобы центратор сварочной машины осуществлял центровку правой и левой половин сварочной головки по осям. В этом случае разница в диаметрах труб при центровке равномерно распределится по окружности труб.

Для обеспечения смещения концов труб при центровке не более 2 мм разница в периметрах свариваемых труб не должна превышать 12 мм. Сварочные машины К-700. К-755, К-805 обеспечивают центровку труб по осям, а сварочная машина К-584М — центровку по поверхности соединяемых труб, т. е. имеется базовая поверхность правой и левой половины сварочной машины, относительно которой и зажимаются трубы. При центровке по поверхности обеспечить отсутствие смещений сложнее.

Поэтому в таких машинах (К-584М) предусмотрена возможность в небольших пределах (±2,5 мм) смещать оси зажимных устройств правой и левой половин сварочной машины относительно друг друга (рис. 3.35).

Рис. 3.35. Схема механизма зажатия сварочной машины К-584 М: 1 — зажимный башмак; 2 — шток; 3 — щека, поршень; 4, 5 — гидроцилиндр; 6,7— рычаги; 8 — гидрораспределитель

Внутритрубные сварочные машины К-700, К-755, К-800 имеют механизм зажатия, у которого перемещение зажимных и токоподводящих башмаков синхронизировано с помощью одновременно перемещающихся ломающихся рычагов, одна ось которых закреплена на подвижной каретке, а другая связана с рычагом зажатия.

Перемещение каретки осуществляется гидроцилиндрами, равномерно расположенными по периметру сварочной машины. У сварочной машины К-805 синхронность перемещения за¬жимных и токоподводящих башмаков обеспечивается отдельным следящим гидроприводом, имеющимся на каждом башмаке (рис. 3.36) [28].

Рис. 3.36. Схема механизма зажатия сварочной машины К-805: 1 — гидроцилиндр раскрытия головки; 2 — секция блочного трансформатора; 3 — центрируемая труба; 4 — зажимные и токоподводящие башмаки; 5 — гидрозамок; 6 — следящий гидропривод зажимных башмаков; 7 — карданная передача привода следящих золотников зажимных башмаков

Перемещение свариваемых деталей в процессе оплавления и осадки осуществляется с помощью гидроцилиндров, управляемых следящим гидроприводом.

У сварочной машины К-700 имеет¬ся девять цилиндров, обеспечивающих перемещение подвижной части сварочной машины в процессе оплавления и осадки. Число и размер цилиндров определяют исходя из необходимого для осад¬ки усилия и развиваемого каждым цилиндром давления.

Усилие осадки рассчитывают исходя из удельного давления 40 МПа, пере¬даваемого на стык. Для обеспечения высокой начальной скорости большая часть сварочных машин имеет гидроаккумуляторы, обеспечивающие подачу большого количества масла в начале (5 — 6 мм) осадки.

Наибольшие усилия корпус сварочной машины воспринимает при зажатии труб и осадке, поэтому его силовая часть рассчитывается исходя из условий минимальной деформации при зажатии и осадке, а также его минимального веса.

Управление перемещением подвижной части сварочной машины в процессе оплавления и осадки по заданной программе осуществляют с помощью следящего гидропривода, включающего гидроцилиндры, следящий золотник, электродвигатель с редуктором и командоаппарат.

Принцип действия такой системы состоит в следующем: перемещение подвижной части сварочной машины в заданном направлении определяется наличием давления масла в одной из полостей гидроцилиндров, связанных с корпусом машины и ее подвижной частью.

Поступление масла в ту или иную полость гидр о цилиндра определяется положением подпружиненного штока следящего золотника. Управление штоком осуществляется парой винт — гайка, приводимой в поступательное движение двигателем постоянного тока, управляемого командоаппаратом через машинный усилитель. Шток золотника стремится стать в нейтральное положение, закрывая доступ масла в обе полости гидроцилиндров. В связи с тем, что корпус золотника закреплен на подвижной части сварочной машины, при перемещении его штока на заданную величину в ту или иную сторону масло будет подаваться соответственно в одну из полостей гидроцилиндров до тех пор, пока подвижная часть сварочной машины не сместится на ту же величину в направлении, обеспечивающем выставление золотника в нейтральное положение.

Командоаппарат (КЭП) представляет собой многокулачковую систему, управляющую замыканием или размыканием контактов в заданное по циклограмме время включения отдельных механизмов сварочной машины. С помощью командоаппарата на машинах К-584М подается команда на начало и окончание процесса оплавления, изменение напряжения в процессе оплавления, включение начала форсировки и осадки, на перехват трубы зажимными губками сварочной машины для снятия грата, включение и выключение самопишущего прибора для регистрации параметров процесса. На машинах К-700, К-800, К-805 помимо указанных выше команд с помощью второго командоаппарата осуществляется ступенчатое изменение скорости форсировки (девять ступеней).

Электрическая схема машин К-584М, К-700, К-800, К-805 предусматривает коррекцию по току (разведение оплавляемых деталей) на этапе оплавления, если процесс входит в короткое замыкание. Перед началом форсировки коррекция по току выключается контактами командоаппарата. Длительность осадки под током устанавливается отдельным электромеханическим реле времени.

Управление процессом сварки на всех сварочных машинах практически одинаково. Перед началом сварки включают гидростанцию, после чего в гидросистеме устанавливается рабочее давление. После зажатия свариваемых труб в зажимах центратора нажатием кнопки «Пуск» включают силовой контактор и подают напряжение на сварочный трансформатор. Далее процесс идет по программе, установленной на КЭПе.

Все внутритрубные сварочные машины имеют механизм, обеспечивающий их перемещение внутри трубы. Наружные машины перемещают с помощью вспомогательных транспортных средств. В зависимости от года выпуска сварочной машины электропривод может включать электродвигатель постоянного тока и асинхронный.

Установочная скорость в последнем случае обеспечивается с помощью включения добавочных балластных сопротивлений или тиристорного привода.

Снятие грата у внутритрубных сварочных машин осуществляется ножами, равномерно расположенными по всему периметру на корпусе машины при ее перемещении к следующему стыку после сварки. В процессе снятия грата максимальное усилие резания на каждом ноже достигает 500 Н. При этом температура срезаемого грата может достигать значений не менее 800 — 850 °С.

К недостаткам гратоснимателей такого типа можно отнести плохое слежение рабочей поверхности ножей за поверхностью трубы, а также сложность их использования при сварке спирально-шовных и многослойных труб. Преимуществом является высокая надежность, производительность и простота конструкции.

В наружных сварочных машинах К-584М, К-805 снятие грата осуществляется ножами, приводимыми в действие гидроприводом осадки по всему периметру стыка одновременно.

Параметры процесса сварки регистрируются на самопишущих приборах типа Н-338 с чернильной записью измеряемых электрических и механических характеристик процесса. Регистрации подлежат: сварочный ток, напряжение в первичной обмотке сварочного трансформатора, перемещение подвижной части сварочной машины в процессе оплавления и осадки, напряжение на якоре двигателя оплавления, пропорциональное скорости оплавления.

Для регистрации указанных параметров сварочные машины снабжают специальными датчиками и преобразователями. Датчиком сварочного тока и напряжения служат трансформаторы тока и напряжения. Сигнал с трансформаторов подается на преобразователь (рис. 3.37), где переменный ток преобразуется в постоянный.

Датчиком перемещения является круговой резистор, один оборот которого соответствует перемещению подвижной части машины на величину 2,8 мм. Преобразование указанных параметров для регистрации на. самописце Н-338 по величине и характеру сигналов осуществляется специальным блоком.

Зачистные устройства обеспечивают подготовку труб к сварке и предназначены для зачистки пояска на поверхности труб до металлического блеска на ширину прилегания контактных башмаков. Зачистные устройства, как и сварочные машины, делят на внутритрубные и наружные. Отличаются они принципом очистки (абразивные, скребковые и иглофрезерные) и конструктивным исполнением.

Концы труб зачищают, вращая рабочие инструменты (иглофрезерные) или перемещая их по зачищаемой поверхности с заданным усилием поджатия (скребковые, абразивные).

Усилие поджатия у иглофрезерных зачистных машин составляет (в Н): 300 — 500, у скребковых — 20 — 50, а у абразивных — до 20. Зачистные машины с абразивным инструментом в настоящее время не применяются.

Наибольшее распространение получили зачистные машины с иглофрезерной очисткой поверхности труб, так как они наиболее качественно готовят поверхность труб под контактные башмаки. К агрегатам с иглофрезерной зачисткой относят: АЗТ-141, АЗТ-121, АЗТ-82. Эти агрегаты готовят зачищенный поясок на внутренней поверхности труб. Ширина пояска составляет 150—170 мм. Располагается он на расстоянии 50 мм от торца трубы.

Рис. 3.37. Сварочный преобразователь:

• / — медные пластинки коллектора;
• 2 — щетки генератора;
• 3 — регулировочный реостат;
• 4 — распределительное устройство;
• 5 — зажимы;
• 6 — вольтметр;
• 7 — вентилятор;
• 8 — трехфазный асинхронный двигатель;
• 9 — тяга;
• 10 — магнитные полюсы;
• 11 — корпус;
• 12 — якорь

Все механизмы зачистного агрегата (рис. 3.38) смонтированы на специальном упоре-демпфере 1, ограничивающем ее вхождение в трубу. На упоре-демпфере закреплен ротор 4 с четырьмя за-чистными головками 6 и электродвигателями 5. Гидроцилиндры 7 обеспечивают выведение зачистной головки в рабочее положение и возвращение в исходное. Ротор приводится во вращение от мотор-редуктора 8. Зачистной агрегат фиксируется в трубе гидроцилиндром 3.

6 5 4 3 2 1

Рис. 3.38. Схема машинки для зачистки концов труб:

1 — упор-демпфер; 2 — резиновое кольцо; 3,7 — гидроцилиндры; 4 — ротор; 5 — электродвигатель; 6 — зачистные головки; 8 — мотор-редуктор; 9 — пульт управления

Принципиальная гидросхема зачистного агрегата аналогична гидросхеме агрегата для снятия наружного грата. Зачистной агрегат подвешивают на стреле трубоукладчика, питание — от автономной электростанции мощностью 30 кВт.

Образующийся в процессе оплавления и осадки грат и усиление сварного шва удаляют с помощью специальных гратоснимающих устройств. Необходимость удаления внутреннего грата диктуется тем, что он снижает пропускную способность трубопровода, а наружного — тем* что он не позволяет качественно осуществить наружную изоляцию труб, а также может быть причиной наличия концентратора напряжений в стыке при его эксплуатации. Грат удаляют в горячем и в холодном состоянии. На трубах малого диаметра (57 — 325 мм) внутренний и наружный грат удаляют в горячем состоянии, а наружный — в холодном. Основной показатель качества удаления грата — высота оставшегося усиления. Она не должна превышать 3 мм. При этом в оставшемся усилении не должно оставаться острых кромок (R = 0,2 мм).

В связи с тем что наружные сварочные машины снабжены гратоснимателями, комплексы комплектуют отдельными внутренними гратоснимателями. При внутренних машинах они комплектуются наружными гратоснимателями [24].

Наружные гратосниматели АНГ-141, АНГ-121, которые подвешивают на крюке стрелы трубоукладчика, состоят из корпуса 1 (рис. 3.39) и перемещающихся по периметру труб тележек 6 и 8.

Корпус представляет собой разъемный цилиндр, фиксируемый на трубе, и включает в себя полукорпуса 10 и 11, вал 9, гидрозамок 7 с гидроприжимом. Полукорпуса могут раскрываться на угол, обеспечивающий снятие или установку агрегата на трубу. В закрытом состоянии обода полукорпусов образуют замкнутые круговые направляющие и зубчатый венец. Катки служат опорными элементами корпуса при перемещении его вдоль трубы на стык.

Гидрозамок 7 и гидроприжим предназначены для фиксации закрытого положения полукорпусов. На каждом полукорпусе установлены копиры, которые обеспечивают радиальное относительно трубы перемещение режущего инструмента при рабочем и холостом ходе тележки.

Упоры останавливают в исходном положении одну тележку и изменяют направление движения другой. Тележки имеют механизмы перемещения и вращения режущих инструментов, которые удаляют грат методом копирного фрезерования.

Питание электроэнергией механизмов, приборов и осветительных устройств осуществляется от электростанции мощностью 30 кВт, представляющей собой автономный дизельный электроагрегат типа АД-ЗО-Т/230, смонтированный вместе с отключающим устройством на одноосном прицепе ТАПЗ-755Б. Отключающее устройство обеспечивает отключение линии потребителей в случае нарушения изоляции приводов или пробоя фазы на корпус.

Внутренние гратосниматели по принципу своего действия отличаются от наружных и в своей основе используют центробежные силы быстровращающихся бойков или метод протяжки. Бойки при вращении прижимаются к поверхности с силой не менее 1,5 кН, сбивая грат и раскатывая усиление сварного шва. В отдельных гратоснимателях (для сварки труб диаметром 377 — 530 мм) бойки снабжают резцами, которые обеспечивают еще и дополнительное срезание грата. Все внутренние гратосниматели удаляют грат сразу же по окончании сварки при температуре металла шва не ниже 800-1100 °С.

Гратосниматели с использованием метода протяжки срезают грат специальными ножами при их перемещении вдоль оси трубы сразу же после сварки. Перемещение (протяжку) ножей осуществляют с помощью гидроцилиндра или пневмопривода через штангу.

Оборудование и режимы сварки проволокой типа Иннершилд

Перед началом работ необходимо на механизме подачи сварочной проволоки установить два параметра сварочного процесса — напряжение и скорость подачи проволоки. При этом следует учитывать, что регулятор скорости подачи проволоки отградуирован в американских единицах измерения скорости — дюймах в минуту.

В каждом конкретном случае разрабатывается конкретная технология сварки в зависимости от диаметра, толщины стенки и вида слоя. При этом сочетания параметров выбираются в соответствии с табл. 3.33 и 3.34.

Таблица 3.33, Выбор режима сварки проволокой типа Иннершилд

Марка проволоки; диаметр	Устанавливаемые значения		Сварочный ток, А	Коэффициент наплавки, кг/ч
	Скорость подачи проволоки, дюйм/мин	Напряжение дуги, В
NR-207,	80	17	195	1,3
NR-208H;	90	18	205	1,4
1,7 мм;	100	19	220	1,6
прямая	110	20	230	1,7
полярность	120	21	245	1,8
NR-208H;	70	17	205	1,5
2,0 мм;	80	18	225	1,8
прямая	90	19	245	1,9
полярность	100	20	255	2,1
	ПО	21	275	2,3
	120	22	290	2,5
	130	23	300	2,6

Таблица 3.34, Параметры режимов при сварке проволокой Иннершилд.

Специализированный комплект оборудования для сварки самозащитной порошковой проволокой, разработанный и выпускаемый фирмой Lincoln Electric, включает следующее:

• специальный источник сварочного тока — Idealarc DC-400, Invertec V350-PRO, Invertec V300-I, SAM-400 и источники типа Commander различных модификаций;

• адаптер модели К350 или К350-1;

• механизм подачи порошковой проволоки LN-23P;

• сварочную горелку К345 со шлангом и кабелями.

Сварку захлесточных стыков для ликвидации технологических разрывов можно производить при следующих условиях:

В первых двух случаях соединение участков трубопровода может осуществляться сваркой одного кольцевого захлесточного стыка или вваркой катушки с выполнением двух кольцевых стыков. В третьем случае ликвидацию технологического разрыва производят путем вварки катушки с выполнением двух кольцевых стыков.

Для удобного монтажа (рис. 3.68) захлеста следует оставлять незасыпанными концы стыкуемых участков трубопровода на расстоянии 50 —60 м в обе стороны от места сварки захлесточного стыка.

Рис. 3.68. Схема производства работ при монтаже и сварке трубопровода на захлестах:

/ — отвал грунта; 2 — трубоукладчик; 3 — установка сварочная; 4 — плеть трубопровода; 5 — полотенце мягкое; 6 — линия реза; 7 — центратор наружный; 8 — переходный мостик; 9 — лестница приставная; 10 — опора инвентарная

При сборке захлесточного стыка обязательно применение наружного звенного центратора. Подготовку концов труб к сборке захлесточного стыка рекомендуется выполнять в следующем порядке:

• В процессе сборки совмещение осей стыкуемых участков трубопровода производится путем манипуляций стрелой трубоукладчика в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом высота подъема обрезанного участка не должна превышать 1,5 м на расстоянии 50 — 60 м от торца;
• в процессе сборки устанавливают зазор в стыке (см.

рис. 3.69), регламентированный операционной технологической картой. Для фиксации сборочного зазора допускается установка прихваток.

В процессе сварки корневого шва прихватки должны быть полностью удалены; для повышения качества сборки рекомендуется собирать стык с зазором на 0,5— 1,0 мм меньше рекомендуемого операционной технологической картой с последующим сквозным калиброванным пропилом зазора шлифовальным кругом толщиной 2,5 — 3,0;

• в случае необходимости в процессе сборки допускаются перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях торцов обоих стыкуемых участков.

Рис. 3.69. Установка зазора

Подготовку труб к сборке при вварке катушки рекомендуется выполнять в следующем порядке:

• соединяемые концы труб обрезают и подготавливают под сварку;

• изготавливают катушку требуемой длины из трубы тех же размеров и марки стали, что и соединяемые трубы;

• пристыковывают катушку к концу одной из плетей и производят сборку стыка с применением наружного центратора;

• после сварки стыка производят сборку второго (захлесточно-го) стыка с помощью наружного центратора;

• длина ввариваемой катушки, должна быть не менее 1,5 DH.

В процессе монтажа захлесточного стыка запрещается для установки требуемого зазора или обеспечения соосности труб натягивать или изгибать трубы силовыми механизмами, а также нагревать за пределами зоны сварного стыка. В процессе сварки захлесточного стыка запрещается производить изменения параметров монтажной схемы, зафиксированной к моменту завершения сборки. Опускание приподнятого при монтаже участка (участков) трубопровода разрешается только после окончания сварки стыка.

Сварку захлесточных стыков следует выполнять без перерывов. Сварные соединения запрещается оставлять незаконченными. Сварку захлесточных стыков должны выполнять не менее двух сварщиков.

Работы по ликвидации технологических разрывов следует выполнять, как правило, в светлое время дня при минимальной среднесуточной температуре. Монтаж захлесточных стыков следует выполнять в присутствии инженерно-технических работников. На проведенные работы составляется акт установленной формы. Сварка разнотолщинных труб при монтаже захлестов не допускается. Контроль стыков захлестов необходимо осуществлять радиографическим (100 %) и ультразвуковым (100 %) методами.

Метод акустической эмиссии, Акустическая эмиссия (АЭ)

Моменты излучения акустической эмиссии распределены статистически во времени, и возникающие при этом дискретные импульсы имеют широкий частотный диапазон (от десятков килогерц до сотен мегагерц в зависимости от материала).

Сигналы улавливаются преобразователями, которые благодаря своим ограниченным размерам имеют одинаковую чувствительность в некотором диапазоне углов.

Улавливаются не только те сигналы, которые распространяются вдоль прямой, соединяющей источник эмиссии и преобразователь, но и сигнал, который из-за конечной толщины материала может быть суммой многократных отражений от границ изделия.

Эмиссия характеризуется следующими основными параметрами: числом импульсов — общим числом импульсов, зарегистрированных за время наблюдения при определенном пороговом уровне чувствительности аппаратуры; интенсивностью — числом импульсов, зарегистрированных за 1 с; амплитудой — максимальным значением огибающей принятых сигналов; пиковой амплитудой сигналов — максимальным значением амплитуды за определенный интервал времени; энергией эмиссии — суммой квадратов амплитуд сигналов, принятых за определенный интервал времени; амплитудным распределением сигналов, принятых за время наблюдения.

Контроль сварных соединений с помощью акустической эмиссии (АЭ) можно осуществлять на разных стадиях: в процессе сварки, когда шов только формируется; в процессе охлаждения сварного шва после окончания сварки до прихода его в равновесное состояние; при внешнем механическом нагружении конструкции.

Для протяженных швов первые две стадии можно совместить во времени. Общей их особенностью является возникновение АЭ без внешней нагрузки, под действием внутренних локальных напряжений, развивающихся в самом шве и околошовной зоне. Причинами этих напряжений являются неравномерность и нестационарность теплового режима сварки, неоднородность структуры материала.

Использование АЭ для оценки качества сварного шва определяется возможностью выделения сигналов, порождаемых развивающимися дефектами, из общей массы сигналов, большинство из которых являются мешающими (шумами).

Метод целесообразно применять для решения следующих задач: проведения диагностики технического состояния трубопроводов; наблюдения за ростом трещин в процессе проверочных испытаний резервуаров под давлением; постоянного надзора в эксплуатации за участками сварных конструкций, находящихся в напряженном состоянии, в которых могут образоваться трещины; оценки возможности появления трещин в процессе остывания; изучения особенностей роста усталостных трещин при разных условиях эксплуатации.

Принцип работы акусто-эмиссионных приборов основан на приеме информативных параметров акустических сигналов, возникающих как при деформировании твердых тел, трещин по образовании, так и при развитии в них усталостных дефектов. Приборы определяют местоположение дефектов, локализуя их в направлении расположения двух преобразователей.

Электромагнитные методы

Для всех электромагнитных методов (токо-вих-ревых и магнитных) характерно наличие полезадающей системы, магнитного поля дефекта и устройства его обнаружения. Для электромагнитных средств контроля металлических изделий используют широкий спектр частот, начиная от постоянного магнитного поля до переменных полей с частотами в несколько десятков мегагерц.

Методы электромагнитного контроля, которые основаны на изменении реакции вихревых токов, создаваемых на поверхности изделия, называют вихретоковыми. Этими методами можно контролировать только электропроводимые материалы [5, 23].

Различные методы контроля ферромагнитных материалов, основанные на намагничивании исследуемого сварного шва, называются магнитными. По способу регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих в зоне расположения дефектов, магнитные методы разделяют на магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, индукционный, магнитоакустический, маг-нитополупроводниковый, магнитоэлектрический. Каждый из этих методов имеет свои разновидности.

Принципиальным отличием всех магнитных методов от вих-ретоковых является обязательное намагничивание ферромагнитного изделия. При этом на поверхности сварного шва в зоне расположения дефекта возникает магнитное поле рассеяния. Если шов не насыщен, то магнитное поле рассеяния от дефекта увеличивает индукцию в металле, а на поверхности изделия дополнительное поле практически не возникает. При достаточно высоком намагничивании сварного шва магнитное поле рассеяния от дефекта обнаруживается на поверхности шва. Внутри дефекта магнитный поток распределен неравномерно. Это распределение зависит от геометрии дефекта, близости его расположения к поверхности и степени насыщения детали.

В зависимости от метода создания магнитного поля, намагничивание делят на: постоянное; остаточное; импульсное; индукционное; комбинированное; циркуляционное; полюсное.

При каждом методе намагничивания процесс обнаружения дефекта протекает в приложенном или остаточном поле. Более эффективен контроль в приложенном магнитном поле (рис. 6.8).

Такое намагничивание сварного шва хорошо выявляет дефекты, находящиеся на внутренней поверхности цилиндрической детали. По характеру замыкания силовых линий без выделения магнитных полюсов этот метод намагничивания называют циркулярным. Такого же характера поле возникает в протяженной цилиндрической детали, если через нее пропускать электрический ток большой силы.

Рис. 6.8. Циркуляционное индукционное намагничивание труб

В случае переменного электрического тока при циркулярном методе хорошо намагничиваются внешние слои детали. Если деталь имеет сложное переменное сечение, то внешнее намагничивание, аналогичное рассмотренным двум вариантам, будет сопровождаться образованием полюсов. Это явление нежелательно.

Наиболее распространены методы регистрации полей рассеяния дефектов с помощью измерительной катушки, магнитного порошка, магнитной ленты, датчиков Холла, магнитных полупроводниковых элементов, феррозондов, индукционных головок.

Принципиальное различие в системах регистрации — наличие каких-либо механических или электрических средств измерений, позволяющих получить э. д. с. в соответствии с законом электромагнитной индукции. Такие устройства не нужны при статических методах регистрации, например, с помощью датчиков Холла, магнитного порошка, магнитных диодов и т. п.

Рассмотрим наиболее распространенные методы регистрации магнитных полей. Эффективным оказался магнитоакустический метод, при котором измерительную катушку наклеивают на пластинку из ферромагнетика с магнитострикционным эффектом. В пластине возбуждаются колебания, которые передаются наклеенной на нее измерительной катушке. Наводимая э. д. с. пропорциональна постоянному магнитному полю дефекта, которое под-магничивает пластину. Этот метод удобен для автоматизации процесса обнаружения относительно грубых дефектов. Измерение происходит в зоне локального насыщения пластины с магнитострикционным эффектом, который изменяется в зависимости от степени подмагничивания.

простоты,

Чувствительность магнитопорошкового метода может быть охарактеризована следующими размерами дефекта (мм): ширина раскрытия 0,001; глубина 0,01—0,05; протяженность 0,3.

Среди магнитных методов дефектоскопии наибольшее распространение для контроля сварных швов получил магнитографический метод благодаря низкой стоимости материалов, простоте применяемого оборудования, безопасности для обслуживающего персонала и др.

Магнитографическим методом выявляются трещины, непро-вары, несплавления, а также газовые поры и раковины. С уменьшением глубины залегания дефектов чувствительность метода возрастает. Значительное влияние на чувствительность оказывает состояние поверхности шва. Грубая чешуйчатость, наплывы, брызги металла приводят к повышению уровня помех, которые могут быть ошибочно приняты за дефекты. Для повышения эффективности и достоверности контроля целесообразна предварительная подготовка стыков. Поверхность сварного соединения очищают от грязи, воды, металлических брызг, остатков шлака и др.

Магнитографический контроль осуществляют следующим образом. На контролируемое изделие накладывают магнитную ленту и плотно прижимают ее к поверхности, например, резиновым поясом. Намагничивают изделия путем перемещения намагничивающего устройства вдоль шва. Магнитные поля рассеяния, появляющиеся в местах расположения дефектов, фиксируются на магнитной ленте. Считывание информации с магнитной ленты осуществляют протягиванием этой ленты через дефектоскоп, при этом определяют местонахождение дефекта.

Оптимальные режимы намагничивания сварных швов в каждом конкретном случае определяют на эталонах, имеющих недопустимые дефекты. Эталоны изготовляют из того же материала, что и контролируемое изделие.

Получение видимого изображения существенно расширяет возможности магнитографического контроля, делает его более наглядным, позволяя оценивать не только размеры, но и характер и форму дефектов.

Появившиеся на экране дефекты различных видов характеризуются присущими только им особенностями. Газовые поры и шлаковые включения появляются в виде темных пятен разнообразной формы. Непровар по кромке изображается черной линией, смещенной от оси шва, а непровар в корне шва — линией посередине. Подрезы дают изображение в виде широких черных линий по краям шва. При наличии трещин на экране появляются прямые или зигзагообразные линии с неровными краями.

Список используемой литературы., Сварка трубопроводов: