Сварка магистрального трубопровода

Оборудование для газовой резки

 

Для газовой резки трубопроводов используют переносные и передвижные установки и аппараты, имеющие ручные резаки, регулирующую аппаратуру и баллоны с газом.

Для механизированной резки и обработки кромок труб на трассе применяют газорежущую машину "Орбита-БМ". Разделительную резку машиной "Орбита-БМ" проводят под углом 1,5; 3 и 6° для четырех типоразмеров труб с применением ацетилена и его заменителей.

Техническая характеристика машины "Орбита-БМ"

Диаметр труб, мм  530,720,820,1020, 1220,1420

Толщина стенки, мм  5—75

Температура эксплуатации, °С  от +40 до -30

Относительная влажность воздуха, % 90

Потребляемая мощность, кВт %

при напряжении 220 В  0,11

при напряжении 24 В  0,1

Число резаков (РМ-ЗР)  2

Скорость перемещения резака, мм/мин 100-1200

Регулирование скорости  Плавное

Точность реза, мм  ±1

Давление газа, МПа:

кислорода  До 0,6

ацетилена  Не менее 0,01

заменителя ацетилена  0,02

Наибольший расход газа на резак, м³/ч:

кислорода  12

ацетилена  0,55

природного газа  0,8

пропан-бутана  0,4

Масса машины, кг  105

Габаритные размеры ходовой части, мм 314x518x447

Выбор сварочных  материалов, оборудования, инструментов и приспособлений.

 

Для строительства трубопровода используются трубы диаметром 1220х12 мм из стали Х60, средняя длина  труб 11 м.

Марка стали	С	Mn	Si	P	S	Ti	Cu	Nb	Al	Механические свойства
				Не более						, МПа	, МПа	δ%
22ГЮ	0,08-0,11	1,1-1,4	0,3	0,025	0,006	-	-	0,06-0,08	0,02-0,05	413	527	18

 

При сварке трубных сталей необходимую температуру подогрева  определяют с использованием эквивалента  С_э по формуле.

Значение C_э говорит о том, что необходим предварительный подогрев при сварки электродом с целлюлозным покрытием до 100^оС, при температуре окружающего воздуха 0.

Подберем конкретные электроды для сварочных работ  в трассовых условиях. Для сварки корневого слоя шва с нормальным пределом прочности до 588 МПа включительно и «горячего прохода» стыков труб с нормативным пределом прочности до 530 МПа включительно.

Флитвелд 5П+ (Fleetweld 5P+), диаметром 3,2 мм, фирмы Lincoln Electric (США), с целлюлозным покрытием.

Для сварки заполняющих  и облицовочных слоев шва труб из стали с нормативным пределом прочности до 565 МПа включительно.  Kessel 5520 Mo, диаметром 4 мм, фирмы Bohler Schweisstechnik Deutschland(Германия), с основным покрытием. Применяются электроды с основным покрытием из-за того, что электроды с целлюлозным покрытием обладают гидроскопичностью.

Определение режимов  ручной электродуговой сварки.

 

При выполнении стыковых соединений диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла. При толщине металла при сварке встык 12 мм выбирают диаметр электрода 4 мм.

При выборе и расчете  сварочного тока должны быть учтены следующие  положения: сварочный ток должен обеспечить устойчивое горение дуги, высокую производительность и при этом не вызывать перегрева электрода, который может привести к растрескиванию и осыпанию электродного покрытия.

Сварочный ток при  ручной дуговой сварке определятся  по формуле:

.

Для целлюлозного покрытия при  мм,  j=15,5 А/мм²:

Для основного покрытия при  мм,  j=14,5 А/мм²:

j- допустимая плотность тока, А/мм².Определение сварочного тока по приближенной формуле:

.

m- эмпирический коэффициент (m=50 при диаметре электрода 4 мм).

Напряжение на дуге при ручной дуговой  сварке  определяется маркой электрода  и в процессе горения дуги практически  соответствует паспортным данным электрода.

Скорость сварки рассчитывают исходя из условий обеспечения заданной площади поперечного сечения шва.

Площадь поперечного сечения наплавленного  за один проход металла, при которой  обеспечивается оптимальный режим  процесса сварки, определяется по формулам:

Для первого прохода при сварке встык-

 мм².

Для последующих проходов при сварке встык-

 мм².

При ручной электродуговой сварке основной формулой стыкового  шва является V-образная разделка.

Площадь поперечного сечения определятся  по формуле:

S = 12 мм; h = 8 мм; b = 3 мм; c = 3 мм; α = 60°;

 

Исходя из общей площади  наплавки и площадей наплавки первого  и последующих слоев, находим  число проходов:

Так как  (кг).

Количество металла, наплавляемого за одни проход, рассчитывается по формуле:

g_H- количество наплавляемого металла, г.

α_H- коэффициент наплавки, г/(А·ч), в нашем случае α_H=9,5 г/(Ач).

t- время горения дуги при сварке слоя шва, с.

Общее количество наплавленного металла определяется как

n- число проходов.

Откуда:

(ч).

Скорость сварки определяется по формуле 

Скорость сварки при  всех диаметрах электрода можно  приближенно определить из выражения

(м/ч)

h-глубина проплавления, k₁- эмпирический коэффициент, равный 0,22·10⁴ при h≤9 мм.

 

Расчет режимов  многопроходной автоматической сварки под флюсом

 

Сварочный ток в значительной мере определяет параметры сварочного режима. Сварочный ток определяется в зависимости от диаметра электродной проволоки и плотности тока по формуле

,

где j - плотность тока, j ≈ 150А/мм²; F_э -  площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм²; d_э - диаметр электродной проволоки, d_э = 2 мм; I = 471;

 Проволоку для сварки  изготавливают из низкоуглеродистых  (Св-08, Св-08А) и низколегированных  марганцовистых сталей (Св08Г, Св08ГА, Св-10Г2, Св10ГА). Содержание углерода  в этих проволоках не превышает  0,12%, чтобы избежать потери пластических свойств и появления трещин в шве.

Для устойчивого горения  дуги U_д и I_д должны находиться в определенной зависимости, называемой статистической U - образной характеристикой дуги, то есть при lg = const.

Таким образом, необходимое напряжение дуги определяется в зависимости от сварочного тока по формуле

,

U_д = 32 В;

 

Скорость подачи электродной  проволоки определяется   по формуле

,

где α_р -  коэффициент расплавления, г/А∙Ч,

α_р = 1,05 α_н,

где α_н – коэффициент наплавки,

α_н = 13,8 г/А∙Ч;

α_р = 14,49 г/А∙Ч;

g_эл - вес 1 погонного метра электродной проволоки, г,

,

где ρ – плотность проволоки,

ρ = 7,85 г/см³;

l – длина 1 погонного метра электродной проволоки,

l = 1000 мм;

g_эл = 25 г;

V_эл = 273 м/ч;

Скорость сварки определяется из условия сохранения геометрического подобия сварочной ванны по эмпирической формуле:

,

где F_ш – общая площадь поперечного сечения шва, мм²,

,

 

S = 12 мм; h = 7 мм; b = 3 мм; c = 3 мм; α = 60°;

 

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного за один проход металла,

 

Вес наплавленного металла  определяется по формуле:

,

где d_тр – диаметр свариваемой трубы,

d_тр = 1220 мм;

g_н = 3277 г;

Время наплавки одного слоя определяется по формуле:

;

Число проходов определяется по формуле:

Техническое нормирование сварочно-монтажных работ.

 

Техническая норма времени  состоит из нормы штучного времени Т_шт, задаваемого рабочему на выполнение данной работы, и нормы подготовительно-заключительного времени Т_п.з,.  Составными частями нормы штучного времени являются основное время Т_осн, вспомогательное время Т_всп, время на обслуживание рабочего места Т_обс, время на отдых и естественные надобности Т_отд.

Т_шт=Т_осн+Т_всп+Т_обс+Т_отд

Сумма основного и  вспомогательного  времени составляет время оперативной работы:

Т_оп=Т_осн+Т_всп

Т_шт=Т_оп+Т_обс +Т_отд

Если норма времени  устанавливается на одно изделие, то к нему надо прибавить подготовительно-заключительное время, если же нормируемое время определяется на партию изделий из n штук, то полная норма времени на всю партию:

Т_пар=nТ_шт+Т_пз

При определении Т_осн небоходимо вводить поправочные коэффициенты в зависимости от положения, вида и длины шва.

Нормирование  ручной электродуговой сварки

 

Основное время —  это время, в течение которого происходит образование сварного шва:

,

T_осн = 115 мин - для одного прохода;

T_осн = 4∙115 = 460мин - для четырех проходов;

Вспомогательное время Т_всп состоит из времени, связанного со сваркой шва, и времени, связанного со сваркой изделия. Вспомогательное время, связанное со сваркой шва, включает время, затрачиваемое на смену электродов t₁, измерение и осмотр шва t₂, зачистку шва и кромок t₃.

Время на измерения и  осмотр шва t₂ определяются умножением длины шва на 0,35  для нижнего, вертикального и горизонтального и на 0,5 для потолочных швов.

t₂=1,48 мин.

Время на зачистку швов и кромок t₃ принимается равным 1-1,6 мин на 1 м шва, расположенного в нижнем, вертикальном и горизонтальном положениях и 1,5-2,3 мин для потолочных швов. Затраты на зачистку принимаются равными 0,6 мин.

t₃=2,4 мин.

Вспомогательное время, связанное со сваркой изделия, включает время на установку, поворот и снятие изделия t₄, переходы сварщика и клеймение шва.

T₄=0,15+0,3+0,03=0,48 мин.

T_всп=19,4 мин.

Время на обслуживание рабочего места Т_обс (по имеющимся хронометражным наблюдениям) для ручной дуговой сварки, выполняемой на открытой площадке составляет 5% оперативного времени.

Т_обс=23 мин.

Время на отдых и естественные надобности приближенно берется  равным 8% оперативного времени при  ручной дуговой сварке в неудобном  положении.

Т_отд=36,8мин.

Таким образом Т_шт=Т_осн+Т_всп+Т_обс+Т_отд=539,2мин.

Т_пар=nТ_шт+Т_пз

Т_пар=19180(ч)

Нормирование  автоматической сварки под флюсом.

 

Основное время —  это время, в течение которого происходит образование сварного шва:

,

T_осн = 30,2 мин - для одного прохода;

T_осн = 4∙30,2 = 120,8мин - для четырех проходов;

Вспомогательное время Т_всп определяется хронометражными наблюдениями; оно слагается из вспомогательного времени, связанного со сваркой шва  и вспомогательного времени, связанного со сваркой изделия.

T_всп = 5,83 мин;

Время обслуживания рабочего места Т_обс включает затраты рабочего времени на раскладку и уборку инструмента, включение и выключение источника питания дуги, установку и смену кассеты с электродной проволокой, заправку флюса в начале работы, уборку электродной проволоки и флюса после окончания работы, уход за оборудованием и уборку рабочего места. Время на обслуживание рабочего места определяется хронометражными наблюдениями; для автоматической и полуавтоматической сварки, как показали наблюдения, оно составляет 6-10% оперативного времени.