Технология ремонтной сварки магистрального газопровода диаметром 273 мм

 

 

 

 

2.2. Расчет параметров режима сварки

 

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик  сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной дуговой сварке это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один проход, число проходов, род тока, полярность и др.

Определение режима сварки обычно начинают с выбора диаметра электрода, который назначают в  зависимости от толщины свариваемого материала. Практические рекомендации по выбору диаметра электрода приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 2

Толщина деталей, мм	1,5–2	3	4–8	9–12	13–15	16–20	20
Диаметр электрода, мм	1,6–2	3	4	4–5	5	5–6	6–10

При сварке многопроходных швов стыковых соединений первый проход должен выполняться электродами  с меньшим диаметром, так как  применение электродов большего диаметра затрудняет провар корня шва.

В нашем случае, когда  толщина свариваемой трубы 8 мм, корневой шов свариваем электродом диаметром 3,2, а для последующих слоев 4.

При определении числа  проходов следует учитывать, что  максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30-35 мм² и может быть определено по формулам (1) и (2):

для первого прохода (при  проварке корня шва)

мм²                               (1)

для последующих  проходов

мм²                                  (2)

Для определения  числа проходов при сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок необходимо рассчитать общую площадь поперечного  сечения наплавленного металла (рис. 2.1)

Рис.2.2. Форма поперечного сечения наплавленного металла (стыковой шов с V-образной разделкой кромок)

Находим площадь  треугольника А₁:

Находим площадь  прямоугольника А₂:

Находим площадь  сегмента А₃:

Далее находим  общую площадь:

Зная общую  площадь поперечного сечения  наплавленного металла и площади  поперечного сечения наплавленного  металла при первом и каждом последующем проходах, найдем число проходов

Сила сварочного тока при ручной дуговой сварке может  быть определена по формуле академика  Хренова К.К.:

Значения К принимаются в зависимости от пространственного положения.

Находим силу сварочного тока для наших электродов:

dэ = 3,2 мм	dэ = 4 мм
Iсв = 85…95 А	Iсв = 140…155 А

Для зажигания  дуги необходимо напряжение не менее 50В. В процессе сварки оно снижается  за счет ионизации дугового промежутка и обычно принимает значение 25-30В

Выбор рода тока зависит от оборудования, марки электрода, характера работы. Так, переменный ток  имеет экономические преимущества перед постоянным, но при наплавке или работе с нашими электродами  используют постоянный ток. Выбираем обратную полярность, так как электроды с основным покрытием большинстве случаев сваривают только обратной полярностью.

Все полученные результаты сводим в одну таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Параметры режима сварки.

Параметры	Наименование  слоя шва
	Корневой	Заполняющий	Облицовочный
Диаметр электрода, мм	2,6	3,2	3,2
Сила тока, А	85-95	140-155	135-145
Род тока, полярность	Постоянная, обратная	Постоянный, обратная	Постоянный, обратная
Напряжение  на дуге, В	25-30	25-30	25-30

 

При сварке поворотных стыков газопровода комбинированным способом корневой слой шва сваривается ручной дуговой сваркой, а облицовочный слой шва – автоматической сваркой под флюсом         

                  

 

 

 

 

2.3. Выбор сварочных материалов

Для обеспечения  эксплуатационной надежности сварных соединений необходимо, чтобы швы обладали не только заданным уровнем прочности, но и высокой пластичностью. Поэтому при выборе сварочных материалов необходимо стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Легирование металла шва элементами, входящими в основной металл, всегда повышает его прочностные характеристики, одновременно снижая пластичность.

Это всегда следует  учитывать при выборе сварочных  материалов для легированных конструкционных сталей. Так, например, при сварке низколегированной стали с временным сопротивлением 50 кгс/мм² применение электродов типа Э50А может привести к значительному повышению временного сопротивления металла шва и существенному снижению пластичности и ударной вязкости. Это происходит ввиду легирования металла элементами, содержащимися в основном металле при проплавлении последнего. Характер изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании металла шва. Поэтому, как правило, следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл.

Легирование металла  шва за счет основного металла  позволит повысить свойства шва до необходимого уровня. Однако следует  помнить, что доля участия основного металла в металле шва, а значит, и степень легирования зависят от способа сварки, применяемого режима сварки и других технологических приемов. Поэтому при разработке технологического процесса сварки необходима расчетная проверка ожидаемых механических свойств металла шва для принятых режимов сварки и сварочных материалов.

Для обеспечения  технологической прочности сварных  швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, содержание углерода в них не должно превышать 0,15%, так  как дальнейшее увеличение содержания углерода резко повышает склонность металла швов к образованию горячих трещин, а также существенно снижает пластичность и особенно ударную вязкость металла шва в эксплуатационных условиях. Необходимых прочностных характеристик металла шва достигают легированием его элементами, которые, повышая прочность, не снижают существенно его деформационную способность и ударную вязкость.

Комбинируя  различные легирующие элементы в  указанных пределах, можно получить швы с временным сопротивлением до 60—70 кгс/мм2 в исходном после сварки состоянии и 85—145 кгс/мм² после соответствующей термообработки. При сварке низколегированных сталей повышенной прочности не предъявляют требований к идентичности состава металла шва и основного металла; основным критерием выбора служит получение гарантированных механических свойств металла шва, что и предусмотрено действующим ГОСТ 9467-75.

Для сварки кольцевых  стыков магистральных и промысловых  трубопроводов разрешено применять  предусмотренные проектом и прошедшие приемку и оценку качества перед их применением согласно требованиям ВСН 006-89

Применение  сварочных материалов без сертификата  завода-изготовителя запрещается.

В настоящее  время существуют большое количество металлических покрытых электродов отечественных и импортных. Предназначенных для ручной дуговой сварки углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных и легированных теплоустойчивых сталей.

.

 

Характеристика  электрода УОНИ-13/55:

Сварочные электроды  с основным покрытием УОНИИ-13/55, предназначены для сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу сварных швов предъявляются повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Рекомендуются, в частности, для сварки конструкций, работающих в условиях пониженных температур (-40°С). Стержень из проволоки СВ-08, СВ-08А по ГОСТ 2246-70. Диаметр выпускаемых электродов 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 и 5,0 мм.

Типичные механические свойства металла шва:

Временное  сопротивление, МПа	Относительное  удлинение, %	Ударная  вязкость, Дж/см2
490	20 min	127 min

 

 Характеристика  плавления электродов: Производительность (для диаметра 4,0мм) 9,5г/(А x ч):1,4кг/ч. Расход электродов на 1 кг наплавленного металла 1,7кг. 

Химический состав наплавленного  металла, %:

C	Mn	Si	S	P
0,08-0,11	0,80-1,20	0,20-0,30	0,030 max	0,035 max

Размеры электродов УОНИ-13/55 и сила тока при сварке:

Диаметр, мм	Длина, мм	Ток, А	Среднее количество  электродов в 1 кг, шт.
3.0	350	80-140	39
4.0	450	140-220	16
5.0	450	160-260	11

Особые свойства электродов УОНИ-13/55:

Металл шва характеризуется  высокой стойкостью против образования  кристаллизационных трещин и низким содержанием водорода. Сварку следует  производить короткой дугой методом  опирания. Свариваемые кромки должны быть очищены от окалины, ржавчины и следов масла. 
Применение сварочных электродов УОНИ-13/55: Сварка особо ответственных металлоконструкций, работающих под динамическими нагрузками в условиях отрицательных температур, сосудов, работающих под давлением, судостроительных металлоконструкций. Сварка металла большой толщины. Заварка дефектов литья. Технологические особенности сварки электродами УОНИ-13/55: Сварку производят короткой дугой по очищенным кромкам.  Обязательна прокалка перед сваркой: 150-180 С; 0,5 ч.  
 
Условное обозначение:

Э50А-УОНИИ13/55-Ф-УД 
          Е513-Б20               ГОСТ 9466-75; ГОСТ-9467-75

Всегда на складе УОНИ-13/55-2, УОНИ-13/55-3, УОНИ-13/55-4, УОНИ-13/55-2,5, УОНИ-13/55-5

 

Последствия дефектов сварки. Как уже было упомянуто в начале раздела, если допущенные в изделии отклонения не превышают установленных допусков, изделие (сварной шов) может быть принято в эксплуатацию. Здесь важно знать, на что влияет допущенное отклонение, как при этом изменяется характеристика изделия (конструкции). К примеру, усиление шва не снижает прочности при статических нагрузках, однако сильно влияет на вибрационную прочность. Чем больше усиление шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости. Кратеры, как и прожоги, во всех случаях - недопустимые дефекты и подлежат исправлению. Часто кратер является очагом развития трещин. Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений и тем самым снижают выносливость конструкций. Наплывы, имеющие большую протяженность, следует считать недопустимыми дефектами, так как они нередко сопровождаются непроварами. Небольшие местные наплывы считают допустимыми дефектами. Опасным дефектом является подрез. Он не допускается в конструкциях, работающих на выносливость. Подрезы небольшой протяженности, ослабляющие сечение шва не более чем на 5% в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок, можно считать допустимыми. Трещины - наиболее опасный дефект сварных швов.      Они являются сильными концентраторами напряжений. Выявленные трещины оставлять без исправления (подварки) обычно не разрешается. Сварные швы с трещинами исправляют по специальной технологии, гарантирующей надежную работу сварного соединения. 
      Непровары снижают работоспособность сварного соединения за счет ослабления рабочего сечения, создают концентрацию напряжений в шве. При вибрационных нагрузках мелкие непровары снижают прочность соединения до 40%. Большие непровары корня шва могут снизить прочность на 70%. 
    Поры, газовые и шлаковые включения. Этот вид дефекта незначительно влияет на прочность соединения в целом. Но расположенные в виде цепочки поры уже представляют опасность, существенно снижая прочность. Так что здесь очень важно геометрическое расположение пор и включений, чем более они упорядочены, тем большую опасность представляют. Если шлаковые включения расположены в глубине шва, это тем более опасно. 
      В заключение следует сказать, что изготовить ряд швов, не имеющих дефектов вообще, практически невозможно.