Сварка труб при отрицательных температурах
Обновлено: 02.05.2024
Стали классов до С52/40 включительно можно сваривать при отрицательных температурах с соблюдением нескольких ограничений. При этом в расчет следует брать не столько температуру окружающего воздуха, сколько температуру самой стали, так как из-за значительной теплоемкости и ограниченного теплоотвода стали разница этих показателей часто бывает велика.
Ручную и полуавтоматическую сварку углеродистых сталей толщиной до 30 мм разрешается производить при температуре до минус 20 °С. Низколегированные стали при такой температуре можно сваривать при толщине не более 16 мм. Большие толщины низколегированных сталей разрешается варить при их температуре от минус 10° до плюс 5 °С, в зависимости от типа конструкций и толщины элементов.
В прочих случаях проводят предварительный подогрев стали в зоне выполнения сварки до 120—160 °С на ширину 100 мм в обе стороны от стыка. Длина подогреваемого участка обычно не превышает одного метра и зависит от выбранного способа выполнения шва. При обратноступенчатой сварке или сварке двойным слоем подогревают весь стык (до 1 м), а при сварке секциями подогревают стык на длину первой секции.
Сварку листовых конструкций из стали толщиной более 20 мм необходимо производить способами, обеспечивающими уменьшение скорости охлаждения (секциями, каскадом и т, п.).
Корневые участки швов следует выполнять способами двойного слоя (см. рис. 25).
При температуре низколегированной и упрочненной стали ниже минус 5 °С сварку следует проводить от начала до конца шва без перерыва, за исключением времени, необходимого на смену электрода и зачистку шва в месте возобновления сварки. Прекращать сварку до выполнения шва проектного размера и оставлять незаваренными отдельные участки шва не допускается. В случае вынужденного перерыва процесс следует возобновлять после повторного подогрева.
С понижением температуры режимы сварки, если это не ухудшает качество и внешний вид сварного соединения, рекомендуется увеличивать на 10—15 %.
Для конструкций, возводимых или эксплуатируемых в районах с расчетной температурой ниже минус 40 °С, вырубку дефектов швов и основного металла при отрицательных температурах можно выполнять после подогрева зоны исправления до 100—120 °С. Заварку дефектов швов следует производить после подогрева зоны до 180—200 °С.
Подогрев стали можно осуществлять с помощью достаточно мощных воздушно-пропановых или газокислородных сварочных горелок, а также с использованием подогревающего Пламени ручных резаков или многофакельных специальных горелок.
Температуру подогрева контролируют с помощью контактных термопар, термокарандашей или термокрасок.
Сборку конструкций при отрицательных температуpax следует осуществлять без ударов и чрезмерного натяжения собираемых элементов. Холодная правка не допускается.
При температуре ниже минус 30 °С конструкции из любой стали, если возможно, следует собирать без прихваток.
Если необходимо срезать монтажные или крепежные приспособления при низких температурах, основной металл в местах расположения таких приспособлений в радиусе 200—300 мм перед резкой следует подогревать до 100—150 °С.
С целью повышения хладостойкости металла сварных швов для механизированной сварки металлических конструкций из низколегированных сталей рекомендуется применять керамический флюс флюоритно-основного типа, например АНК-57. Этот флюс в сочетании с низкоуглеродистой и низколегированной проволокой обеспечивает высокие механические свойства металла шва при температуре минус 40 °С. Флюс обладает высокими сварочно-технологическими свойствами: дает хорошее формирование швов, легкую отделимость шлаковой корки, устойчивое горение дуги.
Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности величиной 600—750 А; напряжение на дуге 30—36 В; скорость сварки 22—30 м/ч. Разделка кромок должна соответствовать ГОСТ 8713—79.
Швы, заваренные под флюсом АНК-57, по стойкости против образования пор и против образования кристаллизационных трещин, не уступает швам, заваренным под флюсом АН-348А.
Сварка соединений из низколегированных сталей с нитридным упрочнением классов С52/40 и С60/45 толщиной до 28 мм под флюсом с подачей на вылет электрода металлической крупки (ППМ) после проварки корневого шва электродами УОНИ-13/45 (после создания мягкой прослойки) возможна без предварительного подогрева за 2 прохода вместо 4—5 проходов с предварительным подогревом по обычной технологии.
Отказ от предварительного подогрева основан на том, что при сварке под флюсом с крупкой сопротивляемость образованию горячих трещин возрастает в 2—4 раза по сравнению с обычной сваркой.
Удовлетворительные результаты механических испытаний получены при сварке стыковых и угловых швов такой стали в среде защитных газов. В частности, допускается использовать для сварки в среде смеси углекислого газа с аргоном проволоку Св-08Г2С диаметром 1,2—2 мм и проволоку Св-10ХГСН2М10 диаметром 1,6 мм.
Двухстороннюю сварку проволокой диаметром 1,2 мм при Х-образной разделке кромок стали толщиной 28 мм рекомендуется вести на режиме: сварочный ток 120—180 А; напряжение на дуге 20—21 В; скорость подачи проволоки 170—210 м/ч; скорость сварки 0,9—1,6 м/ч.
Сварочно-монтажные работы при сооружении трубопроводов и резервуаров
Трубопроводные сварочно-монтажные работы при отрицательных температурах выполняют двумя способами:
- предусматривают сварку труб в секции на трубосварочных базах с последующим соединением секций в «нитку» на трассе;
- проводят сварку отдельных труб в «нитку» непосредственно на трассе.
Первый способ имеет целый ряд преимуществ, так как на трубосварочных базах можно обеспечить временное сооружение для укрытия рабочих мест сборщиков и сварщиков. Трубы перед сборкой очищают от снега, льда и т. п. При осмотре на поверхности труб допускаются повреждения (риски, задиры на фасках) глубиной не более 5 мм, которые зашлифовывают машинками. Вмятины на торцах труб глубиной до 3,5 % диаметра при отрицательной температуре выправляют разжимными приспособлениями с подогревом 100-150 °С (σв до 539 МПа). Для сталей с пределом прочности σв более 539 МПа подогрев при выправлении вмятин проводят при любой температуре. Стыки труб собирают с применением внутренних центраторов. Наружные центраторы используют только для сборки захлестов, вставок или угольников. В процессе сборки обеспечивают предельно допустимые зазоры при температуре ниже - 40 °С. Смещение кромок на участке длиной менее 1/4 периметра не должно превышать 20 % от толщины стенки трубы, но не более 3 мм. При сборке стыков с использованием наружных центраторов прихватки равномерно располагают по периметру стыка. Длина каждой прихватки составляет 100-200 мм, расстояние между ними - 300-600 мм. На стыке делают не менее четырех прихваток с толщиной шва более 4 мм. Для сталей, которые не требуют подогрева перед сваркой, при выполнении прихваток и слоев шва в зимнее время повышают сварочный ток. При сварке закаливающихся сталей обеспечивают предварительный подогрев перед наложением прихваток и корневого слоя шва. Подогревающее устройство часто устанавливают по линии стыка и равномерно нагревают концы труб до температуры, определенной в соответствии с расчетом, на расстоянии не менее 150 мм от торцов. Температуру контролируют термокарандашами, термокрасками и различными приборами. После выполнения подогрева сваривают первый слой шва. Для сборки следующего стыка центратор снимают и перемещают только после полной сварки слоя шва.
Прихватки и слои шва очищают с помощью шлифовальных машинок, и только при температуре выше - 30 °С разрешается использовать ударный пневмоинструмент.
Автоматическую сварку под слоем флюса для труб с толщиной стенки до 12,5 мм выполняют с наложением не менее чем в два слоя, с толщиной стенки 12,5-21 мм - в три-четыре слоя. При сварке закаливающихся сталей все поворотные стыки подвариваются изнутри по всему периметру автоматической сваркой под слоем флюса, а неповоротные осматривают и при необходимости стыки и дефектные места подваривают изнутри ручной сваркой нижней четверти периметра корневого слоя шва. Внутренний слой сваривают в течение 40 мин после выполнения сварки первого корневого слоя.
При обработке кромок листов резервуарных конструкций из углеродистой стали класса С38/23 ручной кислородной резкой процесс ведут таким образом, чтобы шероховатость поверхности не превышала 1 мм. Если резервуар сооружается или эксплуатируется в районах с расчетной температурой от -40 до -65 °С, то необходимо обеспечить шероховатость поверхности при резке не более 0,5 мм.
Сварочный процесс осуществляют при стабильном режиме, установленном технологическим процессом, с допустимыми отклонениями тока и напряжения дуги ±5 %.
Каждый сварщик проставляет свой номер или знак на расстоянии не менее 4 см от границы шва. Если свариваемые листы применяют без консервации, то проплавляемые поверхности и прилегающие к ним зоны металла шириной не менее 20 мм, а также кромки листов в местах примыкания выводных планок перед сборкой зачищают до металлического блеска с удалением влаги. При наличии на листах ржавчины, влаги и т.п. непосредственно перед сваркой зачистку повторяют. Продукты очистки удаляют из зазора между собранными листами. Сварку листов стенки резервуара выполняют после проверки правильности их сборки. Каждый валик многослойного шва сваривается после очистки предыдущего валика, а также прихваток от шлака и брызг металла. Участки слоев шва с порами, раковинами и трещинами удаляют до наложения следующего слоя.
При двусторонней сварке стыковых швов, а также угловых и тавровых сварных соединений с разделанными кромками со сквозным проплавлением перед выполнением шва с обратной стороны очищают корень шва до чистого бездефектного металла. При вынужденном перерыве в процессе автоматической и полуавтоматической сварки работу возобновляют после очистки корневого участка шва длиной 50 мм и кратера от шлака. Данный участок и кратер полностью перекрывают швом. При температуре окружающего воздуха ниже - 5 °С сварку резервуаров проводят от начала до конца без перерыва, за исключением времени, необходимого для смены электрода или электродной проволоки и зачистки шва в месте возобновления сварки.
В зимнее время запрещается прекращать сварку до выполнения шва проектного размера и оставлять незаваренными отдельные участки сварного соединения. При вынужденном прекращении процесса сварки работы возобновляют после подогрева листов в соответствии с технологическим процессом, разработанным для свариваемых конструкций.
Для резервуаров, сооружаемых и эксплуатируемых в районах с расчетной температурой ниже - 40 и до - 65 °С включительно, вырубку дефектов швов и основного металла при температурах ниже указанных в табл. 22 выполняют после подогрева зоны сварного соединения до 100-120 °С. После удаления дефектных мест повторную сварку осуществляют после подогрева этой зоны до 180-200 °С.
Автор: Администрация
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Сварка труб при отрицательной температуре
Магистральные трубопроводы, резервуары и другие конструкции в районах Крайнего Севера, тундры, болот, переувлажненных участков наиболее удобно сооружать зимой, когда мороз сковывает грунт и эти районы становятся проходимыми для транспорта и всей сварочно-монтажной техники. Зимние условия способствуют планомерному ведению работ. Производство монтажно-сварочных работ в зимнее время имеет свои объективные особенности, связанные с отрицательной температурой воздуха, наличием ветров и обильных снегопадов, которые оказывают существенное влияние на качество сварных конструкций. В зимних условиях стыки трубопроводов, резервуаров и других конструкций сваривают при температуре, как правило, не ниже -50 - 60 °С.
Влияние атмосферных условий на сварочный процесс
Для обеспечения нормального технологического процесса сварки в зимних условиях необходимо учитывать особенности формирования швов при минусовой температуре, которые могут отрицательно влиять на структуру, механические свойства и сплошность сварных соединений. При сварке в зимнее время наблюдается увеличение скорости остывания металла сварочной ванны и околошовной зоны. С понижением температуры с +20 до - 50 °С длительность пребывания сварочной ванны в жидком состоянии уменьшается в среднем на 10 %, что оказывает влияние на всплытие неметаллических включений из ванны. В многослойных швах содержание шлаковых включений в зимнее время может повышаться (в декабре - феврале) до 54 % от общего числа выявленных дефектов, что связано с более сложным удалением шлака со шва после выполнения каждого слоя, особенно при ручной сварке.
Влажность воздуха существенно отражается на свойствах металла шва. При автоматической сварке с полупринудительным формированием шва порошковой проволокой ПП-АН19 увеличение влажности от 30 до 100 % приводит к повышению общего содержания водорода в металле шва от 3,3 до 5,3 см 3 /100 г. Критическое содержание водорода, соответствующее появлению трещин в сварных соединениях, составляет 4,5 см 3 /100 г, поэтому выполнение автоматической сварки резервуарных конструкций при влажности воздуха более 80 % не допускается.
Характер изменения скорости охлаждения с понижением температуры при малых значениях критических скоростей охлаждения для некоторых сталей повышенной прочности показывает возможность получения структуры закалки в околошовной зоне сварного шва и закалочных трещин. При сварке сталей повышенной прочности содержание мартенсита в структуре металла зоны термического влияния обычно ограничивают до 30 %.
Основными факторами в получении требуемых структур и свойств металла околошовной зоны являются термический цикл сварки и его параметры: длительность нагрева и скорость охлаждения в интервале критических температур. Понижение начальной температуры приводит к снижению максимальных температур термического цикла в точках, одинаково удаленных от оси шва.
При охлаждении температурные кривые, соответствующие низкой начальной температуре металла, имеют более крутой спад, что указывает на повышение скорости охлаждения и уменьшение длительности пребывания металла при заданной температуре. Наиболее жесткий термический цикл (резкое остывание) получают при ручной сварке первого слоя шва трубопровода, особенно при использовании электродов с целлюлозным покрытием. Дальнейшее наложение второго и третьего слоев ручной сваркой и автоматической под слоем флюса с погонной энергией qп=18÷24 кДж/см обеспечивает относительно большее тепловложение и термические циклы заметно меняются: скорость охлаждения резко падает, а длительность нагрева возрастает.
На основании теории распространения тепла в металле при дуговой сварке можно расчетным путем определить скорость охлаждения шва w в зависимости от погонной энергии qn, температуры свариваемой стали или подогрева Т0, от теплофи-зических свойств стали и вида сварного соединения. При наплавке валика на полубесконечное тело (массивное изделие) скорость охлаждения
где λ - коэффициент теплопроводности; Tmin - температура минимальной устойчивости аустенита. При наплавке валика на лист малой толщины δ и при однопроходной сварке листов встык
При наплавке валика на лист конечной толщины, а также при сварке отдельных слоев многослойного шва
где w - безразмерный критерий процесса. Знак минус в приведенных уравнениях показывает, что происходит остывание металла. Безразмерный критерий w зависит от другого безразмерного критерия 1/0:
Для определения со построен график f(1/0); у/s характеризует относительную толщину слоя наплавленного металла при многослойной сварке (рис. 134).
При многослойной сварке стыковых и угловых швов расчетная скорость охлаждения при сварке первого слоя шва вычисляется по формуле (42). Для погонной энергии вводится поправочный коэффициент k1 учитывающий разделку шва, и коэффициент приведения толщины k2:
При сварке первого слоя стыкового соединения k1= k2 = 180°/( 180°-а),
где а -угол разделки кромок.
Для расчета скорости охлаждения при сварке первого слоя шва в формулы (41) и (42) подставляют не истинные значения погонной энергии qn и толщины металла s, а приведенные qnpив = k1qn; Snpив = k2s.
При сварке закаливающихся сталей возникает необходимость расчета времени пребывания металла шва и различных участков зоны термического влияния выше температуры Т. При наплавке валика на массивное изделие длительность нагрева выше температуры Т вычисляется по формуле
при однопроходной сварке со сквозным проплавлением листов толщиной s
где f2 и fз - коэффициенты, пропорциональные безразмерным длительностям нагрева, определяемые по номограмме (рис. 135) в зависимости от безразмерной температуры θ:
Tmax - максимальная температура нагрева металла в рассматриваемой точке при наплавке валика на массивное тело
а при однопроходной сварке встык
где r и у - расстояния от рассматриваемой точки до оси шва; см; b = 2p1/(cps); а - коэффициент температуропроводности, а=λ/(ср).
Двучлен в скобках учитывает интенсивность теплоотдачи с поверхности.
Сварка на режимах, при которых скорость охлаждения околошовной зоны выше верхнего предела, вызывает резкое снижение пластичности металла зоны термического влияния из-за ее закалки; режимы, приводящие к слишком малой скорости охлаждения, снижают пластичность и вязкость сварного соединения из-за чрезмерного роста зерна.
При сварке в зимних условиях многие углеродистые и низколегированные стали способны переходить в хрупкое состояние, что создает опасность разрушения конструкции в процессе ее изготовления или эксплуатации. Вероятность хрупкого разрушения тем больше, чем ниже температура окружающего воздуха. Для районов Крайнего Севера, где сооружаются резервуары, используют стали с низким порогом хладноломкости. Но даже при этом для стали классов С52/40 включительно при температуре ниже -25 °С, а для стали классов С60/45 при температуре ниже 0 °С запрещаются ударные воздействия при изготовлении и монтаже, а также резка на ножницах и продавливание отверстий. Эти условия соблюдаются при сооружении магистральных трубопроводов и других конструкций.
Одной из особенностей сварки при отрицательной температуре является также возможность образования в швах горячих трещин. Это связано с тем, что в результате повышения скорости охлаждения возрастает и скорость упругопластической деформации в зоне температур, при которых нагретый металл может находиться в хрупком состоянии. Трещины могут образоваться под действием возникающих при этом усадочных напряжений. Скорость упругопластической деформации при охлаждении можно определить по формуле
где l - линейная деформация; а(Т)-коэффициент линейного расширения.
После подстановки значения dT/dt из выражения (42) получим
На сварочный процесс существенное влияние оказывает ветер. Горение электрической дуги невозможно поддержать при скорости ветра 13 м/с. При скорости ветра 10 м/с прекращаются сварочные работы, так как исследования качества сварных швов при скорости ветра 2,5-9 м/с дали следующие результаты. При химическом анализе металла шва было установлено, что повышение скорости ветра приводит к снижению содержания элементов, раскисляющих металл шва - марганца (от 0,48 до 0,27 %) и кремния (от 0,15 до 0,07 %), а также к повышению содержания азота (от 0,016 до 0,035 %). Эти приводит к понижению относительного удлинения наружных волокон шва при изгибе от 45 до 23 %, и в металле шва увеличивается число пор. Следовательно, по мере возрастания скорости ветра качество сварного шва ухудшается, что объясняется снижением защитного действия газовой фазы дуги при сварке открытой дугой. Приведенные данные показывают на необходимость защиты свариваемой поверхности и рабочего места сварщика ограждением от сильного ветра, сквозняков, дождя и снега. При температуре наружного воздуха - 15 °С и ниже рекомендуется иметь вблизи рабочего места сварщика устройство для обогрева рук, а при температуре ниже - 40 °С - теплое помещение. На монтажной площадке сварочные материалы (электроды, флюс, проволока) должны храниться раздельно по маркам и партиям в теплом и сухом помещении. Флюс следует хранить в закрытой таре. Для работы электроды и флюсы необходимо предварительно просушить и прокалить по режимам, указанным в технических условиях и паспортах, и хранить отдельно от непросушенных и непрокаленных. Просушенные и прокаленные флюс и электроды доставляют на место сварки в количестве, необходимом для работы в одну смену. Для сварки стали класса С60/45 электроды требуется подавать непосредственно из сушильной печи с температурой не ниже 45 °С и использовать в течение 2 ч. У рабочего места сварочные материалы хранят в условиях, исключающих увлажнение.
Читайте также: