Технология сварки трубопровода

 Способы сварки трубопроводов
Способы сварки трубопроводов классифицируют как термические,    термомеханические и механические. Термические способы включают все виды сварки плавлением (дуговая,    газовая,    плазменная,    электронно-лучевая,    лазерная и др. виды сварки. К термомеханическому классу относятся стыковая контактная сварка,    сварка магнитоуправляемой дугой. К механическим способам относятся сварка трением и взрывом.
Различают методы сварки трубопроводов по типу носителей энергии (дуговая,    газовая,    плазменная,    лазерная и др.); по условиям формирования соединения (свободное или принудительное формирование сварного шва); по способу защиты зоны сварки (под флюсом,    в защитных газах,    с использованием самозащитной электродной проволоки т.д.); по степени механизации и автоматизации процесса (ручная,    механизированная,    автоматизированная и роботизированная).
Для сварки магистральных трубопроводов наибольшее распространение получили дуговые методы сварки. Более 60% всех стыков на магистралях свариваются автоматической дуговой сваркой под флюсом. Дуговая сварка под флюсом используется только в тех случаях,    когда существует возможность вращения стыка. Сварку трубопроводов под флюсом в основном автоматизированным способом применяют при изготовлении двух- и трехтрубных секций диаметром 219...1420 мм. Когда применение механизированных методов невозможно,    используется ручная дуговая сварка.
Ручную дуговую сварку выполняют при различных пространственных положениях стыка - нижнем,    вертикальном и потолочном. В процессе сварки вручную перемещают электрод по периметру стыка со скоростью 8.. .20 м/ч.
Сварка в защитном газе имеет разновидности: по типу защитного газа - сварка в инертных газах (аргон,    гелий,    их смесь),    в активных газах (СО2,    азот,    водород),    сварка в смеси инертного и активного газов (Аг + СО2; Аг + СО2 + О2); по типу электрода - плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом; по степени механизации ручная,    механизированная и автоматизированная сварка. Дуговую сварку в защитных газах применяют для сварки трубопроводом в различных пространственных положениях. Скорость ручной сварки 8...30 м/ч,    механизированной и автоматизированной 20...60 м/ч. Для сварки трубопроводом применяют метод механизированной сварки порошковой проволокой с принудительным формированием шва,    при котором функции защиты выполняют порошкообразные компоненты,    заполняющие металлическую оболочку проволоки. По мере кристаллизации сварочной ванны наружное формирующее устройство и сварочная головка перемещаются по периметру стыка снизу вверх со скоростью 10...20 м/ч. Перспективна лазерная сварка трубопроводом,    при которой носителем энергии служит лазерный луч. Скорость лазерной сварки - до 300 м/ч.
При стыковой контактной сварке непрерывным оплавлением процесс происходит автоматически по заданной программе. Продолжительность сварки одного стыка труб диаметром 1420 мм составляет 3...4 мин,    цикл сварки одного стыка при строительстве трубопроводов -10... 15 мин.
Автоматическая сварка магнитоуправляемой дугой (или дугоконтактная сварка) отличается от стыковой контактной сварки способом нагрева кромок. При дугоконтактной сварке нагрев выполняется дугой,    вращаемой магнитным полем по кромкам свариваемых труб с большой скоростью. Этот способ сварки применяют для сооружения трубопроводов малого (пока до 114 мм) диаметра.

Требования к трубам
Для строительства магистральных и распределительных газопроводов применяются стальные бесшовные электросварные прямошовные и спиральношовные. Трубы диаметром до 1020 мм изготавливаются из спокойных и полуспокойных низколегированных сталей,    трубы диаметром до 1420 мм - из низколегированных сталей в термически улучшенном или термомеханически упрочненном состоянии. Только для распределительных газопроводов низкого давления (до 0,   005 МПа) допускается применение труб из кипящих низкоуглеродистых сталей.
В СНГ трубы применяются в соответствии с ГОСТ 8731 ... ГОСТ 8734 группы В,    а также при соответствующем технико-экономическом обосновании - по ГОСТ 9567; трубы стальные электросварные - в соответствии с ГОСТ 20295 для труб с условным диаметром (Ду) до 800 мм включительно. Для труб Ду > 800 мм разрабатываются специальные технические условия,    в которые должны включаться требования,    изложенные ниже.
Готовые трубы маркируют,    выбивая клеймами (холодной штамповкой) на расстоянии 250-500 мм от одного из концов трубы следующие данные: товарный знак или наименования предприятия - изготовителя; марку стали или ее условное обозначение; номер трубы; клеймо технического контроля; год изготовления. Участок клеймения четко обводят краской. Кроме того,    на трубе несмываемой краской указывают ее диаметр и толщину стенки.
Импортные трубы изготавливаются и поставляются в основном по стандартам Американского нефтяного института (АРI),    таких как: АРI-5 I (бесшовные и прямошовные трубы),    АРI-513 (спиральношовные трубы для различных трубопроводов) АРI-51Х (трубы для трубопроводов высокого давления).
По этим стандартам трубные стали объединяются в группы по пределу текучести. Каждая группа сталей с одинаковыми значениями предела текучести в тысячах фунтов на 1 кв.дюйм. По этим стандартам существуют группы сталей: Х-42,    Х-46,    Х-52,    Х-56,    Х-60,    Х-65,    Х-70 с временным сопротивлением разрушению от 414 до 565 МПа. Стандарты АРI помимо механических свойств регламентируют процесс изготовления труб,    химический состав стали,    размеры,    массу и длину трубы,    давление при гидравлических испытаниях в процессе изготовления,    методы неразрушающего контроля,    которые применяют при изготовлении,    условия ремонта труб и т.д. Обозначение трубы по стандарту АРI состоит из названия фирмыизготовителя труб,    монограммы АРI (товарного знака,    означающего,    что данная труба изготовлена в соответствии с требованиями АРI),    размера трубы в дюйма,    массы одного фута трубы в фунтах,    обозначения класса прочности стали и вида изготовления (S -бесшовные,    Е - сварные прямошовные трубы,    SW - спиральношовные трубы,    Р - трубы с продольным швом,    сваренные прессовыми методами),    обозначения типа стали (Е - сталь,    выплавленная в электропечах,    М - высокопрочная низколегированная сталь),    обозначения вида термообработки (NМ -нормализация или нормализация и отпуск,    NО - закалка и отпуск,    NS -высокий отпуск). Маркировка выполняется несмываемой краской. Трубы для магистральных трубопроводов изготавливаются из сталей с соотношением предела текучести к временному сопротивлению разрыву не более: 0,   75 - для низкоуглеродистых сталей; 0,   8 - для низколегированных нормализованных сталей; 0,   85 - для дисперсионно-твердеющих нормализованных и термически улучшенных сталей; 0,   9 - для сталей контролируемой прокатки.

Подготовка кромок труб под сварку
Перед началом сварочно-монтажных работ необходимо убедиться в том,    что используемые трубы и детали трубопроводов имеют сертификаты качества и соответствуют проекту,    техническим условиям на их поставку. Трубы и детали должны пройти входной контроль в соответствии с требованиями соответствующих стандартов и технических условий на трубы.
Концы труб и соединительных деталей должны иметь форму и размеры скоса кромок,    соответствующие применяемым процессам сварки. При их несоответствии допускается механическая обработка кромок в трассовых условиях. Для труб небольшого диаметра (до 520 мм) возможно применение торцевателей,    фаскоснимателей,    труборезов и шлифмашинок. Для больших диаметров применяются орбитальные фрезерные машины,    гидроабразивная резка и шлифмашинки. В отдельных случаях,    при врезке катушек или выполнении захлестов,    допускается применение термических способов подготовки кромок,    таких как:
а) газокислородная резка с последующей механической зачисткой кромок абразивным кругом на глубину 0,   1.. .0,   2 мм;
б) воздушно-плазменная резка с последующей механической обработкой на глубину до 1 мм - вследствие насыщения кромки азотом (при использовании аргона в качестве плазмообразующего газа механическая обработка не требуется); в) воздушно-дуговая резка с последующей зашлифовкой на глубину до 0,   5 мм (науглераживание кромок);
г) строжка и резка специальными электродами типа АНР-2М,    АНР-3 или ОК.21.03,    после которых не требуется механическая обработка.
Перед сборкой труб необходимо очистить внутреннюю полость труб от попавших туда грунта,    грязи,    снега,    а также зачистить до металлического блеска кромки и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхность труб и соединительных деталей на ширину не менее 10 мм.
Участки усиления наружных заводских швов,    прилегающие к свариваемому торцу трубы,    рекомендуется ошлифовывать до высоты О..Д5 мм на расстоянии от торца не менее 10 мм.
Все трубы поступают на трассу с заводов с разделкой кромок,    предназначенной для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Эта разделка (рис. 1,    а) имеет для труб любого диаметра при толщине стенки более 4 мм угол скоса кромок 25-30° и притупление 1-2,   6 мм. При толщине стенки 16 мм и более трубы большого диаметра могут поставляться с комбинированной разделкой кромок в соответствии с рис. 1,    б.
Размер В зависит от толщины стенки и составляет:
7 мм - при толщине стенки трубы 15... 19 мм
8 мм - при толщине стенки трубы 19...21,   5 мм
10 мм - при толщине стенки трубы 21,   5... 26 мм.

Для трубопроводов Ду 1000 мм и свыше,    когда предусмотрено выполнение подварочного корневого шва изнутри,    рекомендуется разделка представленная на рис.1,    в. При строительстве распределительных трубопроводов допускается ручная дуговая сварка труб без разделки кромок с толщиной стенки до 4 мм. Кроме того,    для трубопроводов диаметром до 152 мм возможно применение газовой сварки (без разделки кромок - до 3 мм,    и односторонним скосом кромок - до 5 мм).
Соединение разностенных труб на трассе допускается без дополнительной обработки кромок:
• для толщин стенок не более 12,   5 мм,    если разность толщины не превышает 2 мм;
• для толщин стенок свыше 12,   5 мм,    если разность толщины не превышает 3 мм. В этом случае смещение стыкуемых кромок не допускается.
Соединение труб или труб с запорной и распределительной арматурой с большей разностью толщин стенок осуществляют посредством вварки между стыкуемыми элементами переходников заводского изготовления или вставок из труб промежуточной толщины длиной не менее 250 мм.
Допускается выполнять непосредственную сборку и сварку труб или труб с деталями трубопроводов при разностенности до 1,   5 толщин при специальной обработке,    прилегающей к торцу поверхности более толстой трубы или детали (рис.2,    а). Сварка захлесточных стыков разностенных труб не допускается.
Непосредственное соединение труб с запорной и распределительной арматурой разрешается при условии,    если толщина стыкуемого торца арматуры не превышает 1,   5 толщины стенки трубы с подготовкой патрубка арматуры согласно (рис. 2,    б). Указанная подготовка должна быть осуществлена заводом-поставщиком.

Требования к сборке труб
Сборка стыков труб должна гарантировать:
• перпендикулярность стыка к оси трубопровода. Отклонение от перпендикулярности не должно превышать 2 мм;
• равномерность по периметру зазора,    находящегося в пределах значений,    регламентированных соответствующими стандартами и инструкциями;
• минимально возможную величину смещения кромок,    регистрируемую универсальными шаблонами,    не превышающую допустимых значений (для магистральных трубопроводов - 0,   2 толщины стенки,    но не более 3 мм,    для распределительных - (0,   15 толщины стенки + 0,   5 мм);
• смешение продольных заводских швов относительно друг друга на расстояние не менее 100 мм - для труб диаметром более 100 мм и на 1/3 длины окружности - для труб диаметром менее 100 мм. В случае технической невозможности выполнения указанных требований назначается дополнительный ультразвуковой контроль сварочного соединения на данном участке стыка.
При изготовлении труб большого диаметра,    корпусов цилиндров из обечаек применяют следующие виды сборки и сварки - "Сборка и сварка обечаек корпуса."

Предварительный подогрев
Предварительный подогрев является одной из важнейших технологических операций,    позволяющих регулировать термический цикл сварки. Известно,    что структура и свойства сварного соединения в значительной степени определяются скоростью охлаждения металла в интервале температур 800-500°С (наименьшей устойчивости аустенита). При высоких скоростях охлаждения возможно образование закалочных структур типа мартенсит в ЗТВ,    обладающих высокой прочностью и низкой пластичностью,    а также склонностью к образованию холодных трещин. Особенно это относится к низколегированным сталям с эквивалентом углерода 0,   43% и выше. Эти стали весьма чувствительны к действию термического цикла,    к концентраторам,    а зона термического влияния склонна к охрупчиванию. Наиболее ярко эти явления проявляются при ручной дуговой сварке,    когда скорость охлаждения металла ЗТВ может достигать 70°С/с. При заданной толщине стенки трубы регулировать скорость охлаждения зоны термического влияния можно изменяя начальную температуру стыкующих кромок предварительным подогревом. Особенно важно это при сварке корня шва электродами с целлюлозным покрытием,    когда скорость охлаждения максимальна по сравнению со сваркой других слоев шва,    уменьшена погонная энергия сварки (скорость сварки такими электродами вдвое превышает скорость сварки электродами с основным покрытием) и увеличена склонность и образованию холодных трещин за счет повышения содержания диффузионного водорода в металле шва.
Температуру предварительного подогрева выбирают в зависимости от химсостава стали (по эквиваленту углерода),    толщины станки трубы,    температуры окружающего воздуха и вида электродного покрытия. Эти параметры,    как правило,    регламентируются соответствующими стандартами и технологическими инструкциями. Так,    например,    в СНГ руководствуются ВСН 066-89 (табл. 2). При сварке электродами с целлюлозным покрытием температура предварительного подогрева повышается на 75 °С.

Размещено компанией TOTAL TORG