CC BY
212
УДК 621.797 А.И. Беляев
ФГБОУ ВПО «МГТУ»
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ПОД СВАРКУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Проблема качества сооружения магистральных трубопроводов очень актуальна. При подробном рассмотрении она автоматически распадается на более мелкие, поскольку качество сооружения всего трубопровода в целом зависит от: подготовительных, земляных, сварочно-монтажных, изоляционно-укладочных, испытаний. Поэтому возникла необходимость в систематизации технологии подготовки под сварку магистральных трубопроводов.
Виды разделок кромок труб. Трубы, изготавливаемые на заводе, поставляются на трассу с заводской разделкой кромок. Для труб любого диаметра с толщиной стенки более 4 мм угол скоса кромок 30...35° и притупление 1.2,6 мм. Трубы большого диаметра поставляют с комбинированной разделкой кромок. Для повышения качества сварных соединений в точности обработки кромок труб в полевых условиях применяют обработку резанием при помощи специализированных установок для механической обработки кромок.
Подготовительные операции. Подготовка состоит из ряда последовательных операций: визуальный осмотр кромок труб, очистку полости труб (трубных секций) правку и ремонт допустимых повреждений, а также удаление (вырезку) недопустимых, очистку кромок труб, сборку и предварительный подогрев.
Очистка полости, осмотр, ремонт и зачистка кромок труб. Полость трубы необходимо очистить от грунта, снега, грязи и др. посторонних предметов. Очистку необходимо вести по всей длине трубы или секции для возможности беспрепятственного прохода центратора и особенно тщательно на расстоянии 1 м от края торцов труб, т.к. попадание в зону сварки влаги от подтаявшего снега, грязи недопустимо. Допускается правка плавных вмятин на торцах труб глубиной до 3,5 % диаметра труб и деформированных концов труб безударными разжимными устройствами. При этом на трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву до 539 МПа (55 кгс/мм2) допускается правка вмятин и деформированных концов труб при положительных температурах без подогрева. При отрицательных температурах окружающего воздуха необходим подогрев на 100.150 °С. На трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм2) и выше - с
местным подогревом на 150...200 °С при любой температуре окружающего воздуха. Концы труб с забоинами и задирами фасок глубиной более 5 мм следует обрезать. Правку труб после газокислородной и воздушно-пламенной резки можно осуществлять только с предварительным подогревом до 150.200 °С, что связано с возможностью охрупчивания поверхности реза из-за образования закалочных структур и азотирования кромки. После правки и ремонта необходимо провести зачистку кромок и прилегающих к ним наружной и внутренней поверхности труб абразивным инструментом на ширину не менее 10 мм от стыка до металлического блеска.
Сборка стыка. После проведения зачистки торцов труб проводится сборка стыка. Операция эта является весьма ответственной, т.к. от нее во многом зависит качество будущего шва. Современные методы сварки позволяют получать качественные сварные соединения при условии обеспечения незначительных смещений кромок труб (2.3 мм) во время сборочных операций.
Процесс сборки труб под сварку предусматривает технологическую операцию - центровку, в результате которой две сопрягаемые трубы становятся соосными. При сборке прямолинейных труб в секции необходимо, чтобы их оси совпадали. Для сборки криволинейных труб требуется совпадение касательных (АО и ОС) к осям в точке О, являющейся местом пересечения осей труб с плоскостью N проходящей посередине зазора Ь собираемого стыка (рис. 1).
Для обеспечения совпадения мнимых осей сопрягаемых труб используют их поверхности (а также линии и точки), которые обеспечивают требуемую ориентацию труб при центровке. Эти поверхности (линии и точки) называют базирующими элементами, а придаваемое трубе положение, определяемое базирующими элементами, называют ее базированием.
При центровке труб в качестве базирующих элементов используют следующие поверхности и линии: наружную цилиндрическую поверх-
N
Рис. 1. Схема центровки кривых труб под сварку
ность (НП); внутреннюю цилиндрическую поверхность (ВП); торцовую плоскость кромок (ТП).
Можно считать, что совпадение соответствующих базирующих поверхностей, линий или точек одной и другой трубы или определенное их взаимное расположение обеспечит совпадение осей, соединяемых трубой. Рассмотрим несколько независимых условий, соблюдение которых позволит обеспечить качественную сборку соединяемых труб. В этом случае базирующие элементы первой трубы обозначим одним штрихом, а второй трубы - двумя штрихами. Условия соосности труб представлены на рис. 2.
Центровку труб выполняют различными механизмами и приспособлениями в зависимости от применяемого способа сварки. Условие I выполняется при центровке труб для дуговой сварки с применением кондукторов в виде опор, при сборке труб наружными центраторами и в зажимных устройствах электроконтактной сварки и т.п. Условие II получило широкое распространение при сборке труб с применением внутреннего центратора. Условие III используют в том случае, когда торцовые плоскости перпендикулярны к оси трубы. Подобное условие выполняют при сборке труб различных диаметров, когда используют специальные переходы.
Рис. 2. Условия обеспечения соосности двух труб при сборке стыка: I - (НП) ' = (НП) ''; II - (ВП) ' = (ВП) ''; III - (ТП) ' = (ТП) '' = - знак совпадения базирующих поверхностей, линий и точек
При сборке стыков труб с одинаковой нормативной толщиной стенки должны соблюдаться следующие требования:
1) внутреннее смещение внутренних кромок бесшовных труб не должно превышать 2 мм. Допускаются на длине не более 100 мм местные
внутренние смещения кромок труб, не превышающие 3 мм. Величина наружного смещения в этом случае не нормируется, однако должен быть обеспечен плавный переход поверхности шва к основному металлу в соответствии с технологической картой;
2) смещение кромок электросварных труб не должно превышать 20 % нормативной толщины стенки, но не более 3 мм. Для труб с нормативной толщиной стенки до 10 мм допускается смещение кромок до 40 % нормативной толщины стенки, но не более 2 мм.
Соединение труб или труб с деталями с большей разностью толщин стенок осуществляется путем вварки между стыкуемыми трубами или трубами с деталями переходников или вставок промежуточной толщины, длина которых должна быть не менее 250 мм.
При разнотолщинности до 1,5 толщины допускается непосредственная сборка и сварка труб при специальной разделке кромок более толстой стенки трубы или детали. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов должны соответствовать, указанным на рис. 3.
Смещение кромок при сварке разностенных труб, измеряемое по наружной поверхности, не должно превышать допусков, установленных для сварки труб с одинаковой нормативной толщиной стенки.
Предварительный подогрев. После окончания сборки стыка необходимо, если это предусмотрено проектом, провести предварительный подогрев. Он является важнейшей технологической операцией, позволяющей регулировать сварочный цикл при сварке. Структура, а значит, и свойства сварного соединения в значительной мере определяются скоростью охлаждения металла в диапазоне температур 800.500 °С. При охлаждении металла шва и зоны термического влияния с высокой скоростью появляется опасность образования закалочных структур, обладающих повышенной хрупкостью, а, следовательно, склонностью к трещи-
Рис. 3. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов разнотолщинных труб: - толщина листа
нообразованию. Особенно это относится к низколегированным сталям с эквивалентом углерода 0,45 и более.
Наиболее ярко эти явления наблюдаются при ручной дуговой сварке, когда значение погонной энергии мало, из-за чего скорость охлаждения велика. При заданной толщине стенки регулировать скорость охлаждения околошовной зоны можно, изменяя начальную температуру металла предварительным подогревом. Особенно это важно при сварке целлюлозными электродами, когда скорость охлаждения корневого слоя максимальна по сравнению со скоростью охлаждения других слоев шва, уменьшена погонная энергия сварки и увеличена склонность к образованию трещин вследствие наводораживания металла шва. Предварительный подогрев уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны и не только способствует образованию равновесных структур в этой зоне, но и создает благоприятные условия для активизации диффузии водорода. Непосредственно перед сваркой производится просушка кольцевыми нагревателями торцов труб и прилегающих к ним участков шириной не менее 150 мм. Просушка торцов труб нагревом до температуры 20.50 °С обязательна: при наличии влаги на трубах независимо от способа сварки и прочности основного металла; при температуре окружающего воздуха ниже +5 °С в случае сварки труб с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм2) и выше.
Замерять температуру следует на расстоянии 10.15 мм от торца трубы; место замера необходимо предварительно зачистить металлической щеткой. Если при замере температуры непосредственно перед сваркой будет обнаружено, что температура стыка оказалась ниже установленной, то необходим повторный нагрев.
Далее идут стадии технологии, относящиеся непосредственно к процессу сварки и последующим операциям, поэтому на данном этапе работы не рассматривались.
В результате применения комплексного подхода к технологии подготовки под сварку магистральных трубопроводов это позволит существенно повысить качество производства и сократить затраты.
Библиографический список
1. Волченко В.Н., Ямпольский В.М., Винокуров В.А. Теория сварочных процессов / Под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. 559 с.
2. Березин В.Л., Суворов А.Ф. Сварка трубопроводов и конструкций. М.: Недра, 1983. 328 с.
3. Зайцев К.И., Шмелева И.А. Сварка магистральных, промысловых трубопроводов и резервуаров. М.: Недра, 1985. 231 с.
4. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы. М.: Минстрой,
1997.
