Новые технологии сварки трубопроводов

Обновлено: 20.09.2024

В статье рассмотрены классы нефте- и нефтепродуктопроводов, представлена классификация труб для магистральных нефтепроводов, описан процесс сварки магистрального трубопровода для транспортировки нефти и нефтепродуктов в суровых климатических условиях стандартными способами сварки, выявлены достоинства и недостатки данных способов. Рассмотрены современные способы сварки нефте- и газопроводов, изучены возможности применения технологии гибридной лазерно-дуговой сварки нефтепроводов из конструкционных легированных сталей, определены ее преимущества, определены факторы, сдерживающие широкое применение данной технологии. Рассмотрена технология гибридной лазерно-дуговой сварки швов толстостенных трубных заготовок, с одновременным использованием двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Выделены особенности, способствующие повышению качества сварного соединения при выполнении сварки с использованием двух лазерных лучей, также определены недостатки данного вида сварки.. Представлена автоматизированная комбинированная технология сварки корневого слоя шва посредством перехода со способа с механизированной сварки плавящимся электродом в среде активных газов в стандартную заводскую разделку кромок труб на автоматическую сварку проволокой сплошного сечения в защитном газе в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором, способствующая повышению механических свойств сварных швов, улучшению качества сварного соединения, что подтверждено внедрением данной технологии при сварке трубопроводов.

4. Каи?тель С. Технологии гибридной лазерно-дуговой сварки кольцевых швов на магистральных трубопроводах // Автоматическая сварка. 2014. № 4. С. 37–43.

5. Федоров М.А., Котлов А.О., Черняев А.А., Романцов А.И. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы // Патент РФ № 2637035. Патентообладатель ПАО «Челябинский трубопрокатный завод». 2017.

6. Татаринов Е.А. Новая комбинированная технология автоматической сварки неповоротных стыков труб магистрального газопровода // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 17. С. 74–84.

7. Технологическая инструкция ОАО «Газпром» по автоматической сварке проволокой сплошного сечения в углекислом газе методом STT корневого слоя шва и порошковой проволокой в защитных газах заполняющих и облицовочного слоев шва сварочными головками М-300С в специальную зауженную разделку кромок неповоротных кольцевых стыковых соединении?. ОАО «Газпром», 2012. 26 с.

В настоящее время одним из лидеров мирового нефтяного рынка является Россия. По всей территории страны расположены малые, средние, крупные месторождения, поэтому актуален вопрос транспортировки нефтепродуктов. Для перекачки нефти и различных нефтепродуктов трубопроводный вид транспортировки является наиболее выгодным. Многие трубопроводы России были проложены в сложных природно-климатических условиях. Можно выделить ряд преимуществ трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов: низкие операционные издержки; низкая себестоимость перекачки; допустимость перекачки сразу нескольких сортов нефтепродуктов; малые потери нефтепродуктов при перекачке; бесперебойные поставки, вне зависимости от климатических условий и т.д. Более 90 % нефти, добываемой в стране, проходит по трубопроводам. Добывающие скважины соединены с нефтепромысловой инфраструктурой нефтепроводами [1]. Процесс строительства нефте/газопроводов характеризуется большими капитальными вложениями, снижению которых способствуют применение инновационных технологий, новых технических решений, привлечение высококвалифицированных кадров.

Методы исследования: теоретические (изучение, анализ и синтез литературы по рассматриваемой проблеме; анализ предмета исследования; обобщение результатов исследования); эмпирические (изучение нормативных документов, анализ документации, анализ результатов механических испытаний; экспериментальные (механические испытания сварных соединений).

Результаты исследования и их обсуждение

Трубопроводы классифицируют на нефтепроводы для перекачки нефти и нефтепродуктопроводы, а также для перекачки дизельного топлива, бензина, мазута и т.д. Способы сварки нефтепроводов: термические виды сварки (дуговую, под слоем флюса, плазменную, газовую, лазерную и другие), термомеханические (контактная сварка с магнитоуправляемой дугой), специальные способы. Во всех пространственных положениях сваривают трубы посредством дуговой сварки. При ручной сварке скорость движения электрода по диаметру стыка достигает 20 м/ч, в автоматизированном режиме – 60 м/ч [1]. Монтаж секций, состоящих из двух и более труб больших диаметров, производят посредством механизированной сварки. Наибольшее применение нашли автоматическая сварка под флюсом, сварка порошковой проволокой. При соединении труб малого диаметра применяют автоматическую сварку с магнитоуправляемой дугой, называемую дугоконтактной. Действие магнитного поля вдоль кромок стыкуемых труб вызывает высокоскоростное вращение дуги, способствующее нагреванию соединяемых кромок. Сварка ведется в автоматическом режиме по заданному алгоритму с беспрерывным оплавлением кромок трубы [2].

До проведения монтажных работ трубы и комплектующие элементы проверяются на соответствие параметров с данными технических условий, все соединяющие изделия должны подходить по форме к концам труб. Для изготовления магистральных нефтепроводов с завода трубы поставляют с разделанными кромками для выполнения дуговой сварки. Перед сборкой трубы очищают от внешних загрязнений, кромки труб и примыкающие к ним части (более чем на 1 см) зачищают до металлического блеска.

При сборке труб следят за перпендикулярностью трубопроводных осей со стыками, допустимое отклонение не более 2 мм, контролируют равномерность зазора по всему периметру соединения. При помощи специальных центраторов производят сборку труб, при этом между диаметрами свариваемых труб допускается зазор не больше 1 см.

Предварительный подогрев применяют для регулирования термического цикла сварки, избежания образования холодных трещин (особенно для низколегированных сталей с эквивалентом углерода 0,43 % и выше). Подогрев производят специальными устройствами, равномерно нагревая кромки на ширину около 7,5 см влево и вправо от шва по всей длине [3]. Сварку трубопроводов производят встык. Процесс сварки ведется в направлении снизу вверх с поперечными колебательными движениями электродов, амплитуда колебаний определяется расстоянием, которое разделяет стык частей труб.

Добиться более глубокого провара корня шва, повысить плотность сварного шва позволяет ручная дуговая сварка, производимая в 2–4 слоя. Первый накладываемый слой, обеспечивающий провар корня стыка, имеет вогнутую поверхность. Последующие слои накладываются на предыдущие, перекрывая их, сплавляясь с кромками стыка. Последним выполняют облицовочный слой, он обеспечивает плавный переход к основному металлу, имеет мелкочешуйчатую поверхность, выполняет декоративную функцию. Поточно-расчлененный способ сварки труб предполагает, что каждый сварщик обрабатывает отдельный участок шва. Если в работе задействованы два сварщика, то сварка производится снизу вверх, от начала в противоположных направлениях вдоль периметра.

Процесс сварки сопровождается образованием усиления шва, называемым гратом, который препятствует изоляции снаружи и проходимости внутри трубопровода. После сварки грат удаляют при помощи гратоснимателя [4]. При ручной дуговой сварке замедление темпов строительства магистрали обусловлено невысокой скоростью процесса. Время сооружения трубопроводов сокращается за счет использования не отдельных труб, а секций, сваренных автоматической сваркой под флюсом или сваркой встык оплавлением в заводских условиях. В современных условиях при строительстве магистральных нефтепроводов текущий участок делится на 10–20 отрезков, бригады начинают работу на расстоянии 1 км друг от друга, что способствует достижению скорости укладки 5–6 км в день. Качество сварных швов предварительно проверяется визуально-измерительными методами, после чего используют радиационный или ультразвуковой контроль. Завершающим этапом укладки участков нефтепровода является его испытание на герметичность.

При сооружении магистральных нефтепроводов для избежания разрушения под действием ударной волны, устанавливается система сглаживания волн давления (СВД), которая защищает трубопровод и обеспечивает минимизацию сброса рабочей жидкости.

Для защиты от почвенной и атмосферной коррозии трубопровода используются следующие методы: пассивные – изоляционные покрытия на основе битумных мастик, эпоксидного праймера, полимерных липких лент и др.; активные – электрохимическая защита катодной поляризацией трубопроводов. В настоящее время используют изолирующие монолитные муфты [4].

Для повышения эффективности процесса строительства нефтепроводов уделяется большое внимание исследованиям новых технологий сварки труб. При этом акцент делается на сокращение количества проходов в процессе сварки, следовательно, увеличение скорости сварки. Перспективным направлением в развитии сварочных технологий является лазерная сварка. Широкое внедрение данного способа сдерживается высокими требованиями к качеству подготовки свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снизить данные требования [3]. Гибридная лазерно-дуговая сварка предусматривает одновременное действие сварочной дуги и лазерного излучения с целью формирования сварочной ванны. Процесс может осуществляться неплавящимся или плавящимся электродом. Подогрев металла и расплавление его верхнего слоя осуществляется посредством электрической дуги, что способствует созданию широкого шва, заполняющего зазоры; лазерный луч осуществляет глубокое проплавление металла .Данный способ сварки позволяет применять в северных условиях для сварки нефтепроводов конструкционные легированные стали, имеющие высокие механические свойства. Первоначально эксперимент по сварке кольцевых швов трубопровода проводился компанией «Gullco». Оптоволоконный лазер использовался как источник лазерного излучения. Лазер мощностью 4,5 кВт использовался при высоте притупления до 6 мм, а при большей высоте притупления – лазер SLV Mecklenburg – Vorpommern мощностью 10 кВт [5].

В процессе проведения эксперимента определены распределения твердости в шве, наибольшая твердость зафиксирована в корне шва, что позволило проводить заварку корневого шва без перекрывающего прохода. В процессе испытаний сваренных трубных соединений их располагали и фиксировали в различных положениях, что позволило определить значения допусков, характерных при строительстве трубопроводов. Для контроля качества сварных швов применяли ультразвуковой контроль, результаты которого подтверждают перспективность применения гибридной технологии при сварке нефтепроводов в суровых климатических условиях. Для сварки нефтепроводов посредством гибридной лазерно-дуговой технологии неповоротных применяют мобильные технологические комплексы, базирующиеся на модернизированный сварочный трактор комплексы включают: лазерно-дуговой модуль (волоконный лазер с лазерной головкой), систему наведения на шов, механизм подачи электродной проволоки, инвертор – в качестве дугового источника.

Экономическая эффективность при внедрении данной технологии обусловлена: повышением производительности, автоматизацией процесса, повышением качества сварного шва, уменьшением затрат на производство. Следует отметить, что внедрение технологии лазерной сварки сдерживается высокими требованиями к подготовке свариваемых кромок. Гибридная лазерно-дуговая сварка позволяет снижению требовании? к подготовке свариваемых кромок, что в настоящее время сдерживает внедрение технологии лазерной сварки при сварке нефтепроводов.

Лазерно-дуговая сварки не лишена недостатков, а именно: возрастание поперечных размеров сварного шва способствует перегреву основного металла; увеличение давления дуги на сварочную ванну, что обусловлено увеличением величины погонной энергии, для обеспечения проплавляющей способности гибридного теплового источника, в сравнении с лазерной сваркой. В процессе сварки возникают характерные дефекты, такие как подрезы с одной или двух сторон верхнего валика, внутренние поры, провисание швов. Устранение данных недостатков возможно при одновременной модуляции дуги плавящегося электрода и лазерного излучения. Дополнительно происходит сужение сварного шва (0,87 – коэффициент формы шва), а также измельчение дендридной структуры шва [4].

Гибридную лазерно-дуговую сварку возможно использовать для выполнения продольного шва толстостенных трубных заготовок как с максимально допустимым зазором, так и с зазором превышающим допустимое значение, при этом обеспечивается повышение качества сварного шва. При этом для сварки шва толстостенных трубных заготовок используют размещение одновременно двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Лазерные лучи направляют в расфокусированном состоянии на противоположные по отношению к ним кромки стыка трубной заготовки. Это становится возможным, когда области распространения лучей не пересекаются и расположены на максимально близком расстоянии, которое выбирается исходя из условий возможности осуществления процесса сварки. Лазерные лучи перекрещиваются в зоне участков с наименьшим диаметром каждого луча, в результате происходит суммирование энергии лазерного излучения. Одинаковый угол установки лазерных лучей относительно вертикали способствует оплавлению кромок трубной заготовки и формированию сварного шва.

В зону сварки подают присадочную проволоку, расплавляемую в защитной среде электрической дугой, с образованием единой сварочной ванны, В качестве защитной среды сварочной ванны используют газ или смесь газов, например аргон и двуокись углерода. Электрическую дугу располагают позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и под равными углами от вертикальной оси с пересечением их в области фокуса. Фокус располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки, а области расфокусировки – с обеспечением попадания луча на соответствующую противоположную кромку стыка. Сварка шва выполняется за один проход, что способствует снижению энерго- и трудозатрат [4].

Наиболее распространенные технологии сварки газопроводов, а именно автоматическая сварка проволокой сплошного сечения в защитных газах, комбинированная технология, предусматривающая сварку корневого шва механизированной сваркой плавящимся электродом в среде активных газов с последующим заполнением разделки порошковой проволокой автоматической сваркой в среде защитных газов, не всегда способны учитывать особенности строительства газопроводов из стали высокого класса прочности, большой проектной мощности, с использованием труб большого диаметра, из металла большой толщины (более 25 мм). Следует учитывать и стоимость комплекса оборудования для данных способов сварки.

Технология выполнения неповоротных стыков труб автоматической сваркой проволокой сплошного сечения в защитном газе в специальную зауженную разделку кромок труб, собранных со «слепым» зазором [6], способствует получению качественных сварных соединений при использовании не столь дорогостоящего оборудования. Данная технология способствует: уменьшению времени сборки стыка; уменьшению времени на сварку; уменьшению количества заполняющих слоев, сведение к минимуму применения валиковой сварки, способствует повышению качества.

Преимущества технологии: автоматизация процесса; умеренная стоимость оборудования (по сравнению с полностью автоматическими комплексами); легкость обучения (переобучения) сварщиков-операторов; снижение времени сборки и сварки стыка; за счет уменьшения площади сечения разделки происходит уменьшение объема наплавленного металла; экономия сварочных материалов; высокие механические свойства сварных соединении? [6]. Сварка корневого слоя шва производится в среде активных газов, дальнейшее заполнение разделки шва осуществляется порошковой проволокой посредством автоматической сварки в защитных газах. Это способствует тому, что нормативное смещение кромок не более 3 мм, совершенствуется геометрия свариваемых кромок труб, уменьшается ширина облицовочного слоя шва, производится полное проплавление свариваемых кромок, при этом высота обратного валика составляет 0–3 мм. Корневой слой формируется высотой 4–5 мм, шириной 3–6 мм.

Механические испытания сварных соединении? позволяют сделать вывод, что данная технология способствует получению высоких механических свойств сварных соединении?, а именно повышению ударной вязкости (таблица) [6].

Результаты сравнительных испытании? механических свойств сварных соединении?, выполненных на стыках труб Ø1420 мм х 25,8 мм из стали класса прочности К60

Механизированная сварка плавящимся электродом в среде активных газов корневого слоя шва с последующим заполнением разделки автоматической сваркой порошковой проволокой в защитных газах

Комбинированная технология сварки корневого слоя шва в автоматическом режиме проволокой сплошного сечения в углекислом газе и сварки заполняющих и облицовочного слоев шва порошковой проволокой в защитных газах

Новые технологии в сварке

Современная цивилизация многим обязана процессу сварки. Без сварочных элементов мы не получили бы транспорта, огромных строений, технологических конструкций, мобильных телефонов и пр. Несмотря на то, что этот физический процесс применяется много столетий, он не останавливает своего прогресса. Учёные многих стран продолжают исследовать и совершенствовать сварочные механизмы, применять новые приёмы и производить революционные открытия в этой сфере.

Новые технологии позволяют добиться более совершенного результата с использованием минимальных ресурсов. Разработки, появляющиеся ежегодно, делают возможным сварку тех материалов, которые раньше оставались за границами данной технологии.

Основные инновационные направления

Все разработки в данной области направлены на то, чтобы улучшить основные показатели процесса с наименьшими затратами:

снижение коррозии и коробления металлов во время эксплуатации;
повышение скорости выполнения сварочного процесса;
облегчение зачистки мест соединения или обеспечение отсутствия такой необходимости;
минимальный расход материалов;
облегчённое и упрощенное управление процессом;
способность соединения самых тонких листов металла различных марок.

Портативные аппараты

Такие типы сварочных аппаратов позволили вывести сварку на новый – бытовой — уровень. Если до изобретения портативных устройств подобные работы выполнялись преимущественно профессионалами с высокой квалификацией, то портативная техника позволила применять их и дома.

Современные сварочные аппараты

Во-первых, такие аппараты очень лёгкие по весу, в связи с чем их удобно транспортировать. Во-вторых, производители снабдили их полным готовым для использования комплектом, не забыв о системе подачи электродов (проволоки весом до 10 кг).

Главным усовершенствованием можно считать то, что в аппарат вмонтирована система цифрового управления. На дисплее каждый может указать основные параметры сварки: диаметр закладываемой проволоки, тип газа и т.д. На основании введённых данных портативный аппарат самостоятельно настраивается и выполняет сварку на достаточном для непроизводственных сварных швов уровне.

Усовершенствованные горелки

Самым примитивным звеном во время сварки считается газовая горелка, но даже небольшие изменения этого элемента позволили значительно улучшить качество выполняемой работы. Современные конструкции горелок производят не только из новых материалов, но имеют другой диаметр выходного отверстия, которое способно работать с нестандартными температурами и создавать необходимое давление.

Предлагаемые учёными газовые горелки стали безредукторными и высокодинамичными, при помощи их даже во время продолжительного процесса на самых высоких температурах можно получить идеально ровное пламя, в котором не будут появляться факелы, вспышки и хлопки. Из-за таких инноваций работа сварщика не требует частых остановок, что позволяет выполнить больший объём работ за то же самое время.

Разработаны агрегаты с многочисленными соплами, которые используются для соединения труб большого диаметра. Ширина пламени при использовании линейных горелок может достигать нескольких метров. Эта технология часто применяется для соединения деталей под водой или в воздухе, где существует острая необходимость в резком сокращении времени выполнения работ.

Гибридная лазерная технология

Такой способ был разработан для автомобилестроения, но нашёл применение и в других промышленных отраслях. Гибридный лазер используют для получения качественных швов при соединении тугоплавких сортов стали при совмещении с диоксидом углерода. Это позволяет получить идеальные сварные швы при точном управлении мощности лазерного излучения в пределах 1,5 – 4,0 кВт.

Ещё одной особенностью, присущей гибридной лазерной технологии, является высочайшая скорость плавящегося электрода и выполняемых работ – от 40 до 450 м/час. С такими же показателями можно обрабатывать тончайшие листы, изготовленные из автомобильной стали, что стало причиной финансовой поддержки и усовершенствования этой разработки ведущими автомобильными корпорациями.

Двухдуговая сварка

Такая методика была разработана для крупногабаритных конструкций, в изготовлении которых задействованы толстые листы закаливающейся стали таких марок как 30ХГСА. Способ основан на том, что при двухдуговом воздействии одномоментно применяются проволоки двух разных типов, имеющие в составе легирующие (сверхпрочные) компоненты. Диаметр таких электродов – 5 мм.

Для обеспечения устойчивого горения дуги при двухдуговой сварке необходим керамический флюс, созданный на основе керамики марки АНК-51А. Именно с керамическим флюсом данный способ показывает самый высокий результат и формирование идеальной сварной поверхности.

Щадящая методика

Для определённых работ была разработана новая щадящая технология, которая очень высокорезультативна, но отличается низкой себестоимостью. Во время процесса применяют специальные смеси защитных газов: диоксид углерода в соединении с аргоном или смесь аргона, диоксида углерода и кислорода. По сравнению с традиционным применением обособленного диоксида углерода, получаемый шов выходит более гладким и безупречным.

Ещё одним позитивным моментом является значительное удешевление сварочного процесса: на равный объём выполненных соединений расходуется меньшее количество проволочных электродов. Экономия составляет около 20%, что в промышленных масштабах представляет собой значительную сумму. Кроме того, во время сварочного процесса переход к деталям, поддающимся сварке, становится очень постепенным и плавным. Профессиональные сварщики, которые были задействованы в начальных тестах щадящей методики, подчеркнули, что разбрызгивание электродных металлов при многокомпонентной смеси газов значительно уменьшается.

Двухкомпонентная методика

Этот новый метод, который получил широкое распространение в развитых странах за короткий промежуток времени, обязан своим появлением запуску новых скоростных составов на железных дорогах. Двухкомпонентная технология является модифицированным вариантом литьевого способа. Она разрешила достичь результатов, которые раньше считались взаимоисключающими: обеспечить высочайшую пластичность шовного соединения, не ухудшив при этом износоустойчивость металла в месте сварного шва.

Технически двухкомпонентная методика выполняется сложно, поскольку требует особой подготовки: на месте проведения работ должна быть расплавленная сталь, которая аккуратно помещается в жидком виде в зазор между рельсами. Для того, чтобы придать соединению внушительную вязкость, применяется плавка с низколегированными компонентами. Износостойкость увеличивается посредством использования керамических флюсов, которые позволяют после заполнения сварного стыка вывести легирующие добавки из процесса. Керамика разрушается под действием высокой температуры, а добавки, укрепляющие соединение, застывают на поверхности, обеспечивая длительную эксплуатацию без трещин и деформаций.

Орбитальная аргонодуговая технология

Эта технология нашла применение в аэрокосмической отрасли, в автомобилестроении и полупроводниковой промышленности. Такая методика является высокоспецифичной и применяется для объектов со сложным конструктивным контуром. Впервые она была разработана 50 лет назад, но её значительно усовершенствовали, применив вольфрамовый электрод.

Главным преимуществом орбитальной аргонодуговой вольфрамовой сварки является то, что расход активирующего флюса при таком методе рекордно низкий: на 1 м сварного шва расходуется всего 1г флюса. Это делает возможным проводить процесс при пониженном токе, что уменьшает не только объём, но и вес сварочной ванны. При этом качество соединения регулируется в режиме реального времени посредством корректировки давления дуги.

Такой методикой успешно пользуются при необходимости соединить жаропрочные, высокопрочные сплавы, углеродистые стали, титан, медь и никель.

Технология СМТ

Эта методика основана на холодном переносе металлов. Когда говорят о холодном переносе, в виду не имеют реально низкую температуру, просто она значительно ниже, чем при классических вариантах.

Главное отличие заключается в том, что заготовки и зона будущего шва не прогреваются до максимальных значений, поэтому тепловложение в области обработки в разы уменьшается. Из-за того, что металл точечно не перегревается, не происходит сильная деформация. Работа электрода основана на контролируемом коротком замыкании, которое прекращается быстрым отодвиганием проволоки из зоны действия разряда и быстрого повторного его возвращения (до 70 раз в секунду).

Применение СМТ-сварки осуществляется через автоматизированные системы, которые дают очень однородные и качественные швы на местах соединения оцинкованных или стальных листов с алюминиевыми сплавами.

В данном случае сварка ведётся короткозамкнутой дугой с систематическими прерываниями. В результате такой системы шов атакуется горячими и холодными импульсами, что позволяет снизить давление в районе вхождения дуги. По такому же принципу снижается разбрызгивание при переносе металлов.

Таким образом, при помощи СМТ-сварки был достигнут стандарт, который ранее считался только теоретическим. Это стало возможным из-за контроля короткого замыкания и полного отсутствия разноса брызг, что резко снижает необходимость послесварочной механической обработки.

Плазменная сварка

Этот метод делает возможной сварку металлов разной толщины, начиная от самых тонких листов и заканчивая глубиной шва до 20 см. Плазменная технология позволяет одновременно с выполнением сварочных работ производить резку.

В основе плазменного метода находится ионизированный газ, который полностью заполняет пространство между двумя электродами. Именно через этот газ проходит электрическая дуга определённой мощности, обеспечивая очень сильный эффект.

Использование плазменного генератора представляет собой сложный процесс, требующий высокого профессионализма и профессиональных навыков, поэтому использовать его в бытовых целях не получится. Внутри генератора возникает многофункциональная сварочная система, которая может использоваться в узкоспециализированных сферах.

Технология компьютерного моделирования

Самое современное направление в сварочных технологиях по праву отводится компьютерному моделированию. Оно одинаково целесообразно для выполнения соединений самых мелких деталей со сложными контурами и для масштабных работ, где необходимо управление огромными площадями и множеством сварочных аппаратов.

Если раньше объёмные работы выполнялись при использовании многих аппаратов или целым сварочным комплексом, то компьютерное моделирование позволяет иметь одну функциональную единицу с разветвлённой периферией, оснащённой множеством горелок и насадок.

Полная автоматизация позволяет внедрять принципиально новые способы сварочных работ, которые недоступны для большинства сварщиков. Сами сварщики в таком случае функционально превращаются в операторов, задающих компьютеру все необходимые параметры, на основании которых программа задаёт оптимальные значения и контролирует процесс. Такой подход значительно повышает результат выполняемой работы.

Компьютерное моделирование сварочного процесса

Новые технологии вывели сварку на совершенно новый уровень, который позволяет выполнять сварочный процесс в рекордные сроки с минимальными трудозатратами и максимальным результатом. В то же время, прогресс не стоит на месте, поэтому вполне возможно, что в ближайшем будущем появятся системы, которые будут работать автономно, практически без участия людей. Разработки подобных проектов уже ведутся, и в том случае, если испытания увенчаются успехом, скоро человечество сможет получить новые масштабы и концепции сварочных производств.

Сварка трубопроводов

Сварка трубопроводов выполняется различными методами в зависимости от типа и условий функционирования конкретной трубы. Так или иначе, результат должен отвечать требованиям, изложенным в нормативных актах, регламентирующих данную сферу.

Одним из важных этапов сварных работ на трубопроводе является контроль качества соединений. В нашей статье мы расскажем, как осуществляется сварка труб, какие используются материалы и технологии, а также разберем состав работ для оценки пригодности сварных швов.

Нормативные документы для сварки трубопроводов

Основными документами, регламентирующими правила сооружения всех типов трубопроводов, являются СНиПы, на основании которых был утвержден СП 105-34-96 «Производство сварочных работ и контроль качества сварных соединений».

Этот документ отражает условия выполнения ремонтных работ и правила исправления дефектов, которые происходят во время сварных работ, цель проведения контроля швов, порядок проведения подготовки труб к запуску в эксплуатацию и требования к необходимому уровню квалификации сварщиков.

Помимо этого, разработаны технологические инструкции по выполнению сварочных работ на трубопроводах (ВБН А.3.1.-36-3-96 и ВСН 006-89) и по способам контроля их качества (ВСН 012-88).

Эти нормативные документы отражают основные положения технологий, применяемых при ручной и автоматической сварках при возведении любых типов трубопроводов.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Такие нормативные акты не относятся к сооружениям трубопроводов для транспортировки коррозионно-активных и агрессивных материалов.

Технической документацией, отражающей технологию сваривания труб, является ГОСТ, в котором подробно расписаны все необходимые требования к используемым материалам.

Страны СНГ при выборе стальных труб для сварки трубопроводов пользуются ГОСТ 8731-8734 группы B.

Сварочные материалы, используемые при строительстве трубопроводов, подбираются согласно требованиям, отраженным в ГОСТ 9466 –9467, а правила контроля качества сварочных соединений обозначены в ГОСТ 7512 и ГОСТ 14782.

В зарубежных странах при сварке таких магистралей в качестве нормативных документов используются международные и национальные стандарты. В развитых европейских странах и США часто применяется нормативная документация API 5D, BS 4515 и API 1104.

Контроль качества сварки трубопроводов должен проводиться согласно предписаниям, отраженным в международном стандарте ISO 8517 или его европейском аналоге EN 25817.

3 основных метода сварки трубопроводов

Метод электросварки трубопроводов

Несмотря на то, что относительно недавно соединение трубопроводов преимущественно производилось при помощи газовых горелок, сегодня для таких работ повсеместно используется электросварка. По-другому ее могут называть контактной или дуговой. По параметрам прилагаемых усилий она входит в дуговую группу термомеханических работ. Такой метод завоевал популярность из-за простоты проведения работ и его низкой стоимости.

Для выполнения сварки трубопроводов необходим трансформатор или инвертор. Такое оборудование предназначается для подачи заряда на электрод. Последний используется для обработки краев свариваемого элемента, при его соприкосновении с материалом возникает дуговой электрический заряд большой силы. Такая реакция сопровождается высокой температурой, благодаря которой и возможен процесс соединения труб.

Электросварка трубопроводов обходится дешевле по сравнению с газовым методом, но на выполнение шва требуются большие временные затраты. Этот метод обладает следующими преимуществами:

Метод холодной сварки при соединении трубопроводов

Такая технология регламентирована определенной технической документацией и является способом получения герметичных неразъемных соединений. При таком способе отсутствует нагревание свариваемых частей, а само стыковое соединение образуется при помощи деформации. При холодной сварке трубопроводов используются силы давления на детали, благодаря чему разрушается оксидная прослойка и происходит соединение заготовок на атомарном уровне, то есть возникает диффузия атомов.

Холодная сварки трубопроводов используется для:

соединения деталей, изготовленных из одинакового металла;
производства металлопроката, состоящего из нескольких слоев, представленных различными металлами;
для армирования алюминиевых проводов с использованием меди.

Способ холодной сварки трубопроводов сегодня широко распространен в промышленности. Такая популярность обусловлена следующими его достоинствами:

Отсутствие нагрева полностью исключает деформацию металлических деталей.
Метод позволяет производить довольно аккуратное соединение, отличающееся повышенной герметичностью и прочностью. Помимо того, исключается необходимость в дополнительной обработке.
Технология является безотходной (нет металлических брызг, остатков электродов и т. д.).
Работа выполняется без использования электроэнергии.
Метод является экологичным, так как нет выделения токсичных веществ и вредного для глаз сварщика излучения.
Использование сварки взрывом позволяет соединять существенные площади материалов.

Метод газовой сварки трубопроводов.

Метод соединения труб с помощью газовой горелки используется очень давно, тем не менее он и по сей день считается одним из самых надежных при монтаже различных коммуникационных систем. Для проведения таких работ необходимо наличие специальных газовых горелок, способных разогреть кромочные поверхности трубы до высокой температуры.

В процессе нагревания кромки труб и соединительная проволока быстро доходят до температуры плавления, в результате чего металл начинает наплавляться друг на друга, что приводит к образованию неразъемного прочного соединения, имеющего высокую устойчивость к различным механическим воздействиям.

Перечислим главные преимущества метода газовой сварки трубопроводов, которые имеют разную направленность:

высокая эффективность;
получение качественного и аккуратного сварного соединения;
относительная простота проведения процесса.

Есть и некоторые недостатки:

к работе с газовыми горелками должны быть допущены только обученные сварщики-специалисты, обладающие определенными навыками;
газосварка является достаточно затратным методом, так как подразумевает использование дорогостоящих ресурсов.

Выбор электродов для сварки трубопроводов

Диаметра электрода для сварки стальных трубопроводов с помощью электродугового метода зависит от толщины обрабатываемого проката. Перечислим, какие особенности обмазки и стержня электрода необходимо учитывать:

Электроды марки АНО-24, АНО-21 и МР-3 используются для изготовления сварных швов, не предназначенных для работ под большим давлением (сточные трубопроводы, дренажные системы) и высокой скоростью потока. Для работы можно использовать переменный ток.
Универсальные электроды марки УОНИ рекомендуют начинающим сварщикам. Они образуют прочное соединение с хорошей проваркой металла. При массовых работах с использованием электродуговой сварки трубопроводов они не эффективны, так как не обладают высокой скоростью изготовления сварного соединения, к тому же надо постоянно контролировать состояние дуги.
Электроды японского производства марки LB-52U применяют для соединения магистральных и технологических трубопроводных линий, предназначенных для эксплуатации при высоком давлении. Они обладают свойством ровного горения даже в моменты некоторого «провисания» в напряжении сети.
Для ручной дуговой сварки газовых трубопроводов высокого давления довольно часто используют электроды швейцарской фирмы ESAB, которые позволяют выполнять сварной шов хорошего качества. Электроды ОК 46 считаются универсальными, а марка ОЗС 12 применяется для обработки низкоуглеродистых сталей. При использовании ОК 74.70 и ОК 53.70 можно применять ток любой полярности, так как слой обмазки включает в себя защитный флюс, препятствующий реакции окисления расплавленной сварочной ванны.
Отечественная марка ЛЭЗ ЛБгп используется для сварки тонкостенного трубного проката и нанесения финишного слоя на стыковых соединениях толстостенных труб.
Э-09Х1МФ, УОНИИ-13/45 и Э42А предназначены для сварки тепловых трубопроводов из легированных сталей, толстый пласт обмазки типа Д формирует шлаковый слой, который защищает расплавленный металл от окисления.

Правильный выбор электродов во многом обеспечивает безаварийную эксплуатацию трубопроводных магистралей. Марка стали проката и стержня должны соответствовать друг другу, так как верно выбранное электродное покрытие влияет на степень защиты сварочной ванны.

Варианты соединений трубопроводов при сварке

Существуют следующие основные способы сварки трубопроводов:

Соединение «встык» предполагает, что торцы двух деталей перед сваркой размещаются друг напротив друга, к примеру, торцы обеих труб.
Тавровое стыковое соединение или сварка «в тавр» – способ, который наиболее часто применяется при врезке в трубу. Представляет собой соединение двух перпендикулярных относительно друг друга труб, по форме напоминающих букву «Т».
Метод сварки «внахлест» используется при необходимости усиленной герметичности сборки из двух труб, или в тех случаях, когда существуют небольшая разность в диаметрах или наличие неровных поверхностей. При такой технологии необходимо край одной из труб развальцевать (увеличить изнутри ее диаметр при помощи специального инструмента) и надеть ее край на конец сопрягаемой поверхности.
Сварка «угловая» представляет собой соединение двух труб под определенным углом. Наиболее часто применяются углы стандартного ряда: 45°, 60° или 90°.

Кроме этого, сварные соединения могут иметь отличие между собой по углу и месту расположения сварки. К примеру, горизонтальные швы будут при соединении труб, находящихся в вертикальном относительно пола положении, а вертикальные – когда обе трубы расположены горизонтально.

Так как при электросварке трубы могут располагаться как на полу, так и под потолком, то и швы будут отличаться друг от друга. При потолочном виде сварки трубопроводов положение электрода находится снизу заготовки, которая расположена выше головы сварщика, а напольный вариант предполагает сварку детали, требующих наклона к ней.

Требования и способы контроля качества сварки трубопроводов

Чтобы гарантированно обеспечить надежное сварное соединение, необходимо систематически контролировать качество шва. Это важная часть технологического процесса, подразумевающая определение отклонений, которые могут быть причиной разгерметизации системы трубопроводов при ее дальнейшей эксплуатации.

Процесс состоит из технологических операций, включающих в себя механические испытания части трубопровода со сварным соединением и систематический операционный контроль. Помимо этого, по всей толщине металла проверяется стык на «сплошность», так как сварное соединение должно представлять собой сплав без утончений, но при этом допускаются некоторые наплывы.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Аргоновая сварка труб

Аргоновая сварка труб сегодня востребована как никогда, ведь данная технология основана на использовании наиболее доступного, а потому самого дешевого газа, являющегося продуктом массового производства. Кроме того, этот процесс позволяет соединить разные виды металлов и занимает не так много времени.

Правда, одно дело варить аргоном плоские поверхности и совсем другое – более сложные изделия в виде труб. Тут без определенных навыков и знания некоторых тонкостей не обойтись. Все нужно делать последовательно и в соответствии с правилами, иначе работа вряд ли будет выполнено удовлетворительно.

Суть аргоновой сварки

Выражение «сварка аргоном», которое можно услышать среди домашних умельцев, в действительности некорректно. Аргон – инертный газ, который не принимает непосредственного участия в соединении заготовок. Верной является формулировка «сварка в инертной среде». При этом работы проводятся в среде аргона или другого защитного газа, который препятствует негативному воздействию окружающей среды на сварную зону.

Если же вернуться к бытовому выражению, то аргоновая сварка представляет собой технологию, в которой сочетаются газовая и электрическая. Она позволяет соединять заготовки из любых материалов и размеров. Технология подходит для сварки чугунных, стальных, медных и др. деталей. Она одинаково хороша как для крупных стальных труб, так и для небольших бронзовых крючков для вешалки. Аргоновая сварка используется также для работы с изделиями из нержавеющей стали.

В процессе аргоновой сварки труб и других металлических деталей соединяемые края расплавляются под воздействием высокой температуры.

Для нагревания заготовок используется огонь, который не может гореть без кислорода. Вступая в химическую реакцию с металлом, кислород окисляет его. Чем быстрее происходит окисление, тем сложнее процесс сварки. Эта реакция относится к нежелательным, с которыми сталкиваются сварщики во время выполнения сварных работ.

При окислении внутри металла образуется множество воздушных пузырьков, снижающих качество шва. Алюминий же при большом количестве кислорода сгорает.

Аргон необходим для того, чтобы защитить зону сварки от воздействия окружающей среды, т. е. вытеснить из нее кислород. Поскольку газ тяжелее воздуха, то он вытесняет кислород из рабочей области.

Кроме аргона, для этой цели используют также гелий. Однако последний применяется реже, поскольку он интенсивнее расходуется и дороже стоит. Кроме того, работа с гелием требует использования защитной одежды.

Еще одним инертным газом, применяемым при сварке, является азот. Это наиболее редкий газ, с помощью которого сваривают медные изделия. Самым востребованным является аргон, именно он и дал разговорное название для этой технологии сварных работ.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Плюсы и минусы аргоно-дуговой сварки

Далее расскажем о достоинствах и недостатках аргоновой сварки труб и других изделий, влияющих на качество шва, его прочность и другие параметры работы.

К достоинствам следует отнести:

Невысокую температуру нагрева, благодаря которой максимально сохраняются размеры и форма соединяемых заготовок.
Поскольку инертный газ плотнее и тяжелее воздуха, он вытесняет его из рабочей зоны, обеспечивая ее защиту.
Благодаря высокой тепловой мощности сварочной дуги соединение заготовок происходит за короткое время.
Аргоновая сварка труб и других заготовок очень проста в исполнении, может использоваться даже новичками.
Подходит для работы с различными видами металлов, которые нельзя сваривать с помощью других технологий.

Впрочем, у технологии есть и ряд недостатков:

Аргоновую сварку нельзя проводить при ветре и сильном сквозняке, поскольку в таких условиях часть газа улетучивается из рабочей зоны, тем самым снижая степень ее защиты и качество сварного шва. Работа с инертными газами выполняется в закрытых помещениях, оборудованных хорошей системой вентиляции.
Технология предполагает использование сварочного оборудования со сложной системой управления и настройки режимов работы.
При необходимости использования высокотемпературной дуги понадобится дополнительное охлаждение заготовок.

Области применения аргоно-дуговой сварки

Аргоновую сварку труб и других металлических заготовок используют в различных сферах промышленности, а также в бытовых условиях и на небольших производствах. В основном, технологию применяют для соединения деталей из цветных металлов и легированных сталей. Если предстоит работа с изделиями небольшой толщины, то сварка выполняется без использования присадок.

С помощью технологии сварки в среде защитного газа продлевают срок эксплуатации автомобильных запчастей, нарезают резьбу, латают трещины. Чтобы получить качественный сварной шов, сварщику требуется опыт, а также знания в области физико-химических свойств различных металлов.

Технология аргоновой сварки труб и других изделий из металла позволяет получать высококачественный шов, поддерживать одинаковую глубину проплавления металла. Именно его используют при необходимости соединения неповоротных стыков труб. Для работы с заготовками из алюминиевых и титановых сплавов необходимы неплавящиеся электроды, для изделий из алюминия и нержавеющих сталей – плавящиеся.

Технология сварки труб вручную в аргоне

При помощи ручной аргоновой сварки труб формируют корень шва технологических трубопроводов, изготовленных из углеродистых, низко-, среднелегированных и легированных сталей, диаметр которых не превышает 100 мм, а толщина стенок – 10 мм.

Технологические трубопроводы из хромированных никелевых сплавов монтируют также с помощью сварки в защитной аргоновой среде. Если толщина стенок трубопровода не превышает 3 мм, то их сваривают только аргоно-дуговой технологией. Если же стенки трубы толще 3 мм, то аргоновую сварку применяют для формирования корня шва, дальнейшее соединение элементов трубопровода выполняется аргоно-дуговым способом с использованием присадочной проволоки, ручным методом с применением покрытых электродов или механизированными способами сварки.

Если расстояние между свариваемыми трубами не превышает 0,5 мм, использовать присадочную проволоку для их соединения не нужно, если превышает – присадочная проволока обязательна. Если аргоновая сварка труб выполняется в ветреную или дождливую погоду, необходимо работать в специальном укрытии.

Чтобы определить, под каким углом располагать электрод к свариваемой трубе, необходимо ориентироваться на качество защиты и конструктивные особенности горелки. При использовании горелок АГМ-2 и АГС-3 угол может варьироваться в пределах от 0° до 70°, при использовании других горелок (АР-3, МГ-3 и пр.) с канальной схемой истечения газов – от 0° до 25°.

Если в процессе аргоновой сварки труб используется присадочная проволока, то подается она в рабочую зону слева направо, в то время как горелка двигается навстречу проволоке, т. е. справа налево. При формировании корневого шва амплитуда колебаний горелки и присадки составляет от 2 до 4 мм. Если в дальнейшем накладываются еще швы, то горелку перемещают поперечными движениями, амплитуда колебаний которых варьируется от 6 до 8 мм. Оплавляемый конец присадки во время сварочных работ должен находиться в защитной газовой среде. Сама подача проволоки должна происходить плавно, без резких движений.

При ручной аргоновой сварке труб и других металлических заготовок используют как можно более короткую электрическую дугу (около 1–3 мм), ток должен быть постоянным с обратной полярностью. Зажигают и гасят дугу на кромке или на шве соединяемых элементов на расстоянии 20–25 мм сзади кратера. Аргон начинает поступать в горелку за 15–20 секунд до того, как дуга активируется, подача инертного газа прекращается спустя 10–15 секунд после того, как дуга погашена. В эти периоды струю аргона необходимо направлять в зону начала сварки или на кратер.

При аргоновой сварке труб необходимо уделить пристальное внимание корню шва и заделке кратера. В последнем случае оптимально подходит дистанционное управление источником питания электрической дуги. Если нет возможности управлять дугой дистанционно, то в кратер вводят каплю расплавленного металла с присадки, одновременно быстро отводя горелку от области стыка, пока дуга естественным образом не оборвется.

Если сварочные работы выполняются без использования присадочной проволоки, то для заделки кратера горелку сначала быстро уводят в противоположную движению сторону, а потом также быстро возвращают обратно к кратеру. После того как корневой шов сформирован, необходимо проверить его качество. Если будут обнаружены трещины или другие дефекты, то этот участок удаляется с помощью узкого наждачного круга, после чего повторно заваривается с использованием присадки. При формировании корневого шва с применением расплавляемой вставки присадочную проволоку не используют, вставку расплавляют на всю глубину и по всему периметру сварного соединения.

Если свариваемый трубопровод имеет небольшой диаметр, то количество используемого для продувки аргона должно быть не более 3-4 л/мин. Чем больше диаметр и длина свариваемых труб, тем дольше время продувки. Чтобы сэкономить инертный газ, им заполняют не всю полость трубы, а только трубопровод в области сварного соединения, для чего используют специальные заглушки, ограничивающие зону продувки.

После того как заглушки установлены, инертный газ подают через специальный рукав и заполняют полость трубы. У этого способа есть определенные недостатки. Поскольку для продувки используется свыше 50 % аргона, который защищает рабочую зону, то защита обратной стороны формируемого шва стоит в два раза дороже, чем непосредственно сварка стыка. На увеличении стоимости продувки сказывается необходимость изготовления и установки заглушек. Если работа выполняется с замыкающими стыками, то инертным газом заполняется вся полость трубы.

Для устранения этих недостатков сварщики используют флюс. Паяльную пасту наносят при плюсовой температуре на обратную сторону сварного шва до его кристаллизации. Высыхает паста через 15–20 минут, сварщик контролирует процесс визуально, ориентируясь на ее цвет (сухая масса будет темно-серой).

Нагревают стыки с помощью:

гибких нагревательных элементов типа ГЭН;
комбинированных нагревательных элементов типа КЭН;
гибких индукторов из голого медного провода марки М или М1Т сечением 180–240 мм 2 с 8–12 витками;
газопламенными горелками.

После установки и крепления к месту стыка воронок из листового асбеста его прогревают одноплеменными универсальными горелками на нейтральном пламени. Их количество выбирается таким образом, чтобы равномерно прогреть свариваемый стык по всей окружности. Кольцевые многопламенные горелки располагают по обе стороны от места соединения заготовок.

Аргоновая сварка труб может выполняться в поворотном и неповоротном положениях. В первом случае ось трубопровода может быть расположена как вертикально, так и горизонтально. Во втором – шов формируется за два поворота. Если длина сваренных участков составляет более 200 мм, используется обратноступенчатый способ.

Аргоновую сварку труб диаметром менее 21,9 см из мартенситных и мартенситно-ферритных сталей выполняет один сварщик. Для работы с трубами большего диаметра необходимо два специалиста. Если диаметр трубы превышает 80 см, то сварку выполняют четыре сварщика, работающие поочередно.

Аргоновая сварка труб из мартенситно-ферритных сталей выполняется при температуре окружающей среды выше 0 °С, работать с трубами из стали 15ХМ можно при температуре воздуха выше +10 °С, при этом заготовки независимо от толщины стенок прогреваются до +250…+300 °С.

Перерыв между завершением сварочных работ и началом термообработки определяется в соответствии с требованиями проекта работ. При аргоновой сварке нельзя перегревать места соединения труб из аустенитной стали. При нагревании металла на расстоянии 20–25 мм от стыка до +100 °С либо делается перерыв в работе, либо стык охлаждается с помощью струи сжатого воздуха.

Если необходимо выполнить аргоновую сварку труб из разнородных сталей разной степени легирования, выбирают технологию и режимы работы, подходящие для сваривания более легированных металлов. При работе с трубами из разнородных сталей, принадлежащих к разным структурным классам, выбранная технология и режим сварки должны обеспечивать наименьшее проплавление основного металла.

При работе с коррозионностойкими и жаропрочными сталями, в составе которых содержится 12 % хрома, а также с высокохромистыми хромоникелевыми сталями температура нагрева должна быть приближена к той, при которой сваривают однородные стали с содержанием хрома 12 %.

Аргоновая сварка труб из нержавейки

Читайте также: