Разработка технологического процесса автоматической сварки под флюсом при монтаже трубопроводов

 

Введение

 

Трубопроводный транспорт природного газа, нефти, нефтяных и химических продуктов, воды, угольной пульпы, железорудных концентратов и других продуктов во второй половине XX получил необычайно быстрое развитие. Его по праву можно назвать транспортом эпохи научно-технической революции. Он наиболее логично вписывается в фундаментальные закономерности совершенствования современного производства.Прослеживается тенденция к расширению сферы применения трубопроводного транспорта. Растет строительство трубопроводов для дальнего транспорта воды, химических продуктов, рассолов, угля, железорудных концентратов, фосфатов, конденсата, серы, углекислого газа, сырья для минеральных удобрений, продукции пищевой промышленности и сельского хозяйства.

Технический уровень определяет теперь появление нового поколения сверхмощных  газопроводов, нефтепроводов диаметром 1220мм, рассчитанных на давление 6,4 МПа.Построен самый крупный в мире аммиакпровод Тольятти-Одесса, концентратпроводы в Норильске, Лебединский Гок-Старый Оскол и первый трубопровод для подачи водугольной суспензии Белово-Новосибирск. Созданы первые трубопроводные пневмо системы.

На американском континенте построен трансаляскинский нефтепровод. Эта наиболее протяженная мощная магистраль представляет в техническом отношении значительный интерес. Нефтепровод диаметром 1220 мм с давлением 7 МПа имеет протяженность 1287 км, причем на длине 669 км трубопровод проложен над землею на опорах. Нефтепровод связал месторождения Прухо - Бей с портом Валдиз на Тихоокеанском побережье, он пересек всю территорию Аляски. До 70 % трассы проходит повечномерзлым грунтам. На трубопроводе построено 12 насосных станций. Поскольку нефть имеет рабочую температуру 49°С, на всем протяжении трубы теплоизолированы. Полностью нефтепровод сдан в эксплуатацию в 1980г., его стоимость 8,7 млрд. долларов.

Выдающимся сооружением трубопроводного  транспорта является газопровод Алжир-Тунис-Италия с переходом через Средиземное  море и Мессианский пролив. Газопровод, который берет свое начало в Сахаре на месторождении Хасси-ер-мель имеет протяженность 2500 км, основной диаметр 1220мм, рабочее давление 7,5 МПа. Морской переход из трех ниток диаметром 508 мм имеет длину 160 км. Давление на переходе — 15 МПа, возможно его повышение до 20,7 МПа. Глубина моря в створе перехода достигает 610 м. В морской акватории газопроводы прокладывались фирмой «Снампроджетти» с трубо укладочной баржи «КастороVI».

Это только отдельные примеры наиболее интересных инженерных решений трубопроводного  транспорта.

Цель дипломного проекта: разработка технологического процесса автоматической сварки под флюсом при монтаже трубопроводов.

Для реализации данной цели необходимо: провести выбор основного и сварочного материала, а также привести технико-экономическое  обоснование применяемых способов сварки; раскрыть вопросы техники  безопасности и охраны окружающей среды  производственной зоны, а также рассмотреть  варианты применяемой оснастки.

 

 

 

 

 

 

 

1 Назначение и описание конструкции

 

Рассматриваемое изделие - труба с  заводской изоляцией поставляется на трубосварочную базу БТС и предназначена  для строительства магистрального газопровода.

Количество стыков на 1 км - (29-30 стыков) при длине труб 16,5-17,5м.Такие трубы  применяются для сооружения линейной части газопровода. Используются прямошовные стальные электросварные трубы диаметром 1220 мм с заводским трехслойным полимерным антикоррозионным наружным покрытием.

Газопровод рассчитан на давление 7,4 МПа. Транспортируемый продукт –некоррозионно активный газ.

Трубы соответствуют классу прочности  К60 и поставляются по ТУ 75-98.Трубы  поставляются трех типоразмеров - с  толщинами стенок 15,7; 18,7 и 23,2 мм. Толщина  стенки трубы, используемой для сооружения конкретного участка газопровода, определяется проектом в зависимости  от категории участка. Для изготовления трубных секций используются трубы  с толщиной стенки 15,7 и 18,7мм.

Допускается отклонение по наружному  диаметру торцов труб  ±1,6 мм на длине 150мм.

Допускается отклонение по толщине  стенки для труб с толщинами стенок 15,7^+0,8_-0,7 мм; 18,7^±0,8 мм.

Овальность концов 80% труб в партии должна составлять величину ≤8 мм. Остальные 20% труб допускаются к использованию  с овальностью до 12 мм.Отклонение  от  перпендикулярности  всего  торца  трубы не должно превышать 1,6 мм.

 

 

 

2 Технические условия на основной  и сварочный материал

 

2.1 Технические условия на сталь

 

Механические свойства основного  металла труб:

• временное   сопротивление   разрыву   (предел   прочности) σ_в=589 МПа в поперечном направлении;
• временное   сопротивление   разрыву   (предел   прочности)
• σ_в> 547 МПа в продольном направлении;
• условный предел текучестиσ_Т> 480 МПа;
• относительное удлинение - не менее 20%;
• отношение σ_т / σ_в = 0,9 максимум.

Фактическое максимальное значение предела  текучести не должно превышать нормативное  более чем на 98 МПа.

Ударная вязкость основного металла  труб:

• KCV(-40°C)=78,4 Дж/см² среднее для трех образцов;
• допускается отдельный выпад на одном образце до 63,7 Дж/см²;
• KCU(-60°С)=49 Дж/см² - среднее для трех образцах с допустимым выпадом для одного образца 39,2 Дж/см².

 

2.2 Технические условия на сварочные материалы

 

Для сварки поворотных стыков труб используется агломерированный флюс и проволока:

• флюс марки OKFlux 10.71 и проволока марки OKAutrod 12.24 диаметром 3 мм производства фирмы «ЭСАБ».
• Флюс марки OKFlux 10.71 - это агломерированный флюс алюминатно-основного типа, слабо легированный кремнием и марганцем. Насыпная плотность - 1,2 г/дм³.

Размер зерен - 0,2 - 1,6 мм. Цвет зерен - темно-серый с коричневым оттенком. Влажность флюса в состоянии  поставки не более 0,05 процента.

Проволока марки ОКAutrod 12.24 - это омедненная сварочная проволока, легированная марганцем и молибденом. Проволока соответствует типу S2Мо по стандарту DIN 8557.

Флюс выдается для применения в  количестве, необходимом для односменной  работы трубосварочной базы.

Непосредственно перед использованием агломерированный флюс следует прокалить  при температуре 300 -350 °С в течение 2 часов. До следующей прокалки флюс можно использовать 15 суток.

Высота слоя флюса при прокалке - не более 60 мм. Для выполнения прокалки запрещается использование самодельных сушильно прокалочных устройств.

Химический состав флюса показан  в таблицах 1, 2.

Таблица 1 - Химический состав флюсов для сварки трубопроводов

Марка флюса

Произ- Води- тель

Вид флюса

Химический состав, мас.%

SiO2

TiO2

CaO

MgO

CaF2

Al2O3

MnO

ZrO2

Fe2O

Na2O K2O

OK Flux 10.71

ESAB

Агломе рирован ный

20(SiO2+ TiO2)

25(CaO +MgO)

15

35(Al2O3+ MnO)

-

-

-

 

Таблица 2 - Химический состав проволоки для сварки трубопроводов

Марка прово-локи	Произ- води- тель	Химический состав проволоки, мас.%
		C	Mn	Si	Mo	Cr/Ni	P /S
OK Autrod 12.24	ESAB	0,08- 0,15	0,8- 1,2	0,05- 0,25	0,45- 0,60	-/ 0,15	≤0,03/ ≤0,03

 

2.3 Хранение, подготовка флюса и проволоки к сварке

 

Все сварочные материалы по мере их поступления должны проходить  входной контроль, включающий:

• проверку наличия сертификатов качества фирмы (завода-изготовителя);
• проверку сохранности упаковки флюсов и проволок.

Сварочные материалы в соответствии с требованиями изготовителя следует хранить в условиях, предупреждающих их увлажнение и гарантирующих сохранность и герметичность упаковки.

Сварочная проволока сплошного  сечения и флюсы в герметичной  упаковке при централизованном складировании  в специально оборудованном помещении  могут храниться без дополнительной проверки в течение одного года.

Сварочную проволоку следует хранить  в сухих складских помещениях в упаковке завода-изготовителя. Проволока  должна быть в мотках с рядной намоткой прямоугольного сечения массой не более. 30 кг, размещенных в картонных  коробках или в двойной упаковке полиэтилен и картонная коробка.

Агломерированный флюс поставляется упакованным (по согласованию с потребителем) в многослойные мешки из крафт-бумаги. А также, в двойные мешки из полиэтилена и крафт-бумаги или в герметичные металлические контейнеры (бочки). На упаковке указаны фирма-изготовитель, марка флюса, номер партии, его классификация по международным стандартам и установленные фирмой - изготовителем основные приемо-сдаточные характеристики. Масса мешка с флюсом не должна превышать 25 кг. К каждой партии флюса прилагается сертификат контроля качества (Inspection Certificate) или сертификат соответствия (Certificateof Conformance). В сертификате контроля качества указанынаименования фирмы-изготовителя и потребителя, марка и количество флюса, номер партии и приемо-сдаточные характеристики флюса.

В сертификате соответствия указаны  наименование фирмы-изготовителя, марка  флюса и результаты аттестации флюса в комбинации с проволокой.

Согласно требованиям стандарта AWSA5.23 (химический состав проволоки и наплавленного металла, параметры режима сварки, механические характеристики металла шва).

В случае повреждения упаковки флюса  его следует поместить для  хранения в герметичную емкость, на которой необходимо указать марку  флюса, номер партии и сертификата, завод (фирму) - изготовитель.

Запрещается смешивать флюсы разных марок, партий поставки и заводов-изготовителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Анализ свариваемости материала конструкции

 

 Химический состав сталидля электросварочных труб большого диаметра представлен в таблице 3

Таблица 3 - Химический состав сталей

Категория трубы	C	Mn	Si	Nb	Mo	Cr	Ni	Cu	Al	Ti	V	S	P
K65(X80)	0,1	2,0	0,4	0,05	-	-	-	-	0,06	0,05	0,07	0,005	0,02

Механические свойства стали представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Механические свойства стали

Категория трубы	σb, H/MM2	σt, H/MM2	δ5, %	KCV-20, Дж/см2	KCU-60, Дж/см2
K65(X80)	640	510	20	88	64

Стали для магистральных трубопроводов, категории К65(Х85) представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Стали для магистральных трубопроводов

Группа сталей		Предел прочности МПа (кг/мм2)	Марка стали	Примечание
V	К65(Х85)	640 64	03Г2БТР;  08Г2МФБ; 08Г2ФБТ; 09Г2ФБЮ;  13Г1СЮ	С игольчатым ферритом, ферритно-бейнитной структурой

 

Обоснование применения прямо шовных труб. Прямо шовные трубы более распространены при сооружении магистральных трубопроводов, так как выдерживают более высокое внутреннее давление, чем спирально шовные. Также, спирально шовные трубы рассчитанные на высокое давление, не более 7,4 МПа (75 кгс/см²), изготавливают небольшого диаметра (159 - 377мм) и используются только на участках трубопровода III-IV категории.