Сварка магистрального трубопровода

Шлаковые включения (шлаки) проявляют себя вследствие плохой зачистки кромок от окалины и ржавчины, а чаще от плохой зачистки шлака при многослойной сварке. Значительные по величине и острые включения могут вызывать местную концентрацию напряжений, а также снижают прочность сварных соединений.

Неметаллические включения в виде оксидов, сульфидов, фосфидов, нитридов снижают пластичность наплавленного металла. Оксидные включения содержат FeO, Si₀₂, МnО, FеО, Аl₂Oз, и др. При ручной сварке в сварочной ванне образуются оксидные включения трех типов: смешанные железомарганцевые оксиды (при низком содержании кремния и отсутствии других активных раскислителей); железомарганцевые силикаты; стекловидный кремнезем (в швах, хорошо раскисленных кремнием). При сварке под флюсом в зависимости от состава флюса преобладают высококремнистые и железомарганцевый силикаты (для флюса АН-348А), крем-нензем (для высококремнистого безмарганцевого флюса), алюмосиликаты и шпинели (для флюса АН-22). При сварке с СО₂ в наплавленном металле образуются, в основном, закись железа и силикаты. Общее количество оксидов в наплавленном металле при сварке в защитных газах значительно ниже, чем при сварке под флюсом и ручной сварке. Наибольшую опасность представляют сульфидные пленки и цепочки, которые обычно располагаются по границам зерен и могут давать начало кристаллизационным трещинам. Форма и размер сульфидных включений, их состав зависят от химического состава мета.ъ1а шва. При наличии в составе стали труб титана, циркония в наплавленном металле могут образовываться нитриды, особенно в металле, в состав которого входит азот. Обычно в связи с быстрым охлаждением и низкой концентрацией азот в наплавленном металле содержится в виде твердого раствора.

Флокены выявляются в изломе образцов и имеют вид пятен круглой или овальной формы с характерным крупнокристаллическим строением, по сравнению с остальной частью излома. В середине флокена часто находится пора или шлаковое включение. Образование флокенов связано со снижением пластичности наплавленного металла под влиянием водорода.

Непровары представляют собой несплошности значительного размера на границах между основным и натравленным металлом или незаполненные металлом полости в сечении шва. Непровары образуются при загрязнении кромок, нарушении режима сварки (снижение тока, увеличение напряжения и скорости сварки, чрезмерное увеличение утла наклона электрода "вперед"), смещении кромок от оси стыка. Появление непровара по поверхности стыка является следствием попадания сварочной ванны га недостаточно нагретый металл кромки. При сварке в среде защитных газов непровар по кромке называют несплавлением, оно возникает при нарушении работы механизма колебания электрода, при смещении оси электрода относительно оси шва, а также при большом увеличении вылета электрода, вызывающего быстрый нагрев и расплавление электрода и недостаточный нагрев основного металла. Непровары могут снизить работоспособность соединения за счет ослабления рабочего сечения шва и, кроме того, острые непровары могут создать концентрацию напряжений в сварном соединении.

Трещины считают самым опасным дефектом сварных соединений трубопроводов. Они могут быть микро- и макроскопическими, а в зависимости от происхождения — горячими и холодными. Горячие трещины представляют хрупкое межкристаллическое разрушение. Температура, при которой образуются горячие трещины, зависят от химического состава металла шва для углеродистых конструкционных сталей соответствует 1200-1500^оC. Горячие трещины в зависимости от их расположения в теле шва столбчатого строения и околошовной зоне бывают продольные и поперечные. Продольные трещины обычно располагаются по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между кристаллами. Поперечные трещины располагаются между кристаллами. Иногда наблюдаются несплошности в металле шва, которые являются комбинацией продольных и поперечных трещин. При дуговой сварке в шве встречаются трещины как выходящие, так и не выходящие на его поверхность.

Холодные трещины представляют хрупкое разрушение металла сварного соединения. Трещины образуются при температуре 100—200°С во время охлаждения конструкции, а также в течение последующих нескольких суток после сварки. Холодные трещины возникают чаще всего в сварных соединениях среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов, претерпевающих полную или частичную закалку. Образование холодных трещин при сварке можно рассматривать как один из случаев замедленного разрушения закаленной стали под действием остаточных сварочных напряжений. Холодные трещины могут возникать иногда в шве, чаще в зоне термического влияния. Они состоят из двух участков: очага разрушения и участка развития трещины. Хрупкое разрушение в зоне очага проходит по границам зерен на длине одного или нескольких зерен. Участок развития трещины имеет протяженность во много раз большую, чем очаг разрушения, трещина проходит как по границам зерен, так и по телу зерен. Трещина во время развития сопровождается пластической деформацией окружающего металла.

Дефекты, образующиеся при электроконтактной сварке трубопроводов, отличаются от описанных. Наиболее вероятными дефектами являются смещения кромок и нарушение формы сварных соединений, оксидные включения, непровар, матовые пятна в изломе, имеющие локальное отсутствие металлических связей, и перегрев.

Смещение кромок свариваемых труб происходит при сварке труб с различными допусками на диаметр. При осадке происходит резкое искривление волокон, что может привести к расслоению металла и низкой ударной вязкости.

Оксидные включения и матовые пятна появляются в результате недостаточной скорости оплавления в конце процесса, наличия коротких замыканий или перерывов в протекании сварочного тока на этом этапе, а также отсутствия осадки под током. Матовые пятна могут появиться в результате недостаточного нагрева соединяемых торцов труб в процессе оплавления.

Непровар образуется в результате малой по сравнению с требуемым усилием осадки и недостаточного нагрева торцов труб в процессе оплавления, недостаточное усилие осадки может быть связано с проскальзыванием труб в зажимах сварочной машины.

Перегрев образуется в результате увеличения времени оплавления по сравнению с заданным. Определяют этот дефект по структуре металла в зоне термического влияния. Значительный перегрев приводит к появлению зон разупрочнения и, как следствие, к снижению механических свойств металла в околошовной зоне.

Рентгеновский метод контроля

Рентгеновский метод контроля является одной из разновидностью радиографического метода. Радиографический метод основан на ослаблении ионизирующего излучения, прошедшего через контролируемое изделие за счет поглощения и рассеяния. Степень ослабления зависит от толщины и плотности контролируемого объекта, а также от интенсивности и энергии самого излучения. Ослабленное металлом сварного шва ионизируемое излучение регистрируется с помощью радиографической пленки. Под действием излучения на пленке образуется скрытое изображение, которое становится видимым после фотообработки в проявителе и закрепителе. Для сокращения времени просвечивания и обеспечения лучшей выявляемости дефектов используют флюоресцентные и металлические экраны,

В промышленной радиографии эффективно используют флюоресцентные экраны. Стандартный кальций-вольфрамовый экран не снижает уровень рассеянного излучения, и качество радиографических изображений, получаемых с применением этих экранов, не столь высоко, как качество изображений, получаемых с применением свинцовых экранов. Однако кальций-вольфрамовые экраны позволяют значительно сократить время экспозиции, особенно в случае рентгеновского излучения, усиливая его приблизительно в 100 раз. Они существенно меньше усиливают гамма-излучение (приблизительно в 20—40 раз). Низкая контрастность изображения характерная для гаммарадиографии, в сочетании с нерезкостью изображения, вызываемой применением кальций-вольфрамовых экранов, приводит к низкой чувствительности метода и ошибкам при выявлении дефектов.

Экраны из свинцовой фольги, расположенные с обеих сторон рентгеновской пленки, широко используются в промышленной радиографии. Они выполняют две основные функции:

1. Снижают время экспозиции путем усиления излучения;
2. Уменьшают уровень засветки рассеянным излучением, ухудшающим изображение.

Флуорометаллические экраны совмещают преимущества и флуоресцентных и свинцовых экранов — они представляют собой свинцовый слой, покрытый флуоресцентным составом. Эти экраны позволяют весьма существенно сократить экспозицию — в зависимости от энергии излучения и продолжительности экспозиции.

Четкость изображения здесь значительно выше, чем при использовании обычного флуоресцентного экрана, а более высокая контрастность, образованная ярким излученным изображением, позволяет повысить чувствительность метода в обнаружении дефектов.

Рентгеновские лучи являются разновидностью электромагнитных колебаний и имеют длины волн 6ּ10^-13 — 10^-9м с частотой излучения 0,5ּ10²¹ — 3ּ10¹⁷ Гц. Источником получения рентгеновских лучей является рентгеновская трубка, которая имеет баллон с двумя электродами — анодом и катодом. Рентгеновское излучение генерируется при торможении электронов на аноде, испускаемых катодом. В практике радиационной дефектоскопии применяют аппараты двух типов: с постоянной нагрузкой и импульсные. В трубопроводном строительстве нашли применение аппараты-моноблоки с постоянной нагрузкой, у которых рентгеновская трубка и трансформатор смонтированы в единые блок-трансформаторы, залитые маслом или заполненные газом; аппараты используют как для фронтального просвечивания направленным пучком излучения, так и для панорамного — кольцевым пучком излучения. Для работы в полевых условиях широко используют портативные аппараты первого типа и импульсные аппараты с малой массой и размерами.

В аппаратах моноблоках используют рентгеновские трубки с неподвижным анодом и полуволновую электрическую схему без выпрямителя. В импульсных аппаратах применяют рентгеновские трубки, имеющие конусный анод и двухдисковый катод с отверстиями, концентрично расположенными относительно оси анода. Электрические схемы импульсных аппаратов имеют разрядник и пик-трансформатор. Вспышка рентгеновского излучения в импульсном аппарате, питаемого от трансформатора, возникает в рентгеновской трубке под действием короткого импульса высокого напряжения, формируемого с помощью электронного ключа и разрядника.

Напряжение на трубку подается со вторичной обмотки импульсного пик-тансформатора в момент разрядки конденсатора через его первичную обмотку. Частота вспышек в импульсных рентгеновских аппаратах составляет 0,2—15 Гц, и импульс тока достигает 100—200 А.

Для радиографического контроля сварных соединений применяют отечественные рентгеновские пленки и зарубежные аналоги. При работе с импульсными рентгеновскими аппаратами применяют радиографические пленки типа РТ-5, РТ-4М. РТ-2, РТ-3. РНТМ-l, РТ-1, РТ-СШ. Пленки хранят в пачках, поставленных на ребро, в специальных помещениях, где поддерживается температура 10—25°С; коробки с пленкой должны быть защищены от прямого действия солнечных лучей и располагаться на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов; в помещения не должны проникать вредные газы и в них запрещено хранение кислоты, бензина, керосина и других воспламеняющихся жидкостей. Пленки типа РТ могут применяться как с усиливающими экранами, так и без них.

Кроме люминесцентных экранов при просвечивании радиоактивными источниками излучения применяют металлические усиливающие экраны из свинцовой или оловянисто-свинцовой фольги.

Толщину свинцовых защитных и усиливающих экранов определяют в соответствии с ГОСТ 7512-82. Сварные соединения или участки для контроля определяют операторы, совместно с техническим руководителем. Для контроля в соответствии со СНиП выбирают такие соединения, которые были выполнены в наименее благоприятных условиях.

Перед радиографическим контролем сварные соединения должны быть тщательно очищены от шлака, грязи и приняты по внешнему виду. Далее сварные соединения размечают на отдельные участки и маркируют. Рентгеновскую пленку укладывают в кассеты, которые маркируют клеймами, изготовленными из свинца. Пленку, усиливающие и свинцовые экраны помещают в кассету в различных комбинациях в соответствии с ГОСТ 7512-82, в зависимости от требований, предъявляемых к снимку. Кассеты помещают в поясе, длина которого соответствует длине окружности просвечиваемого стыка. Зарядку и разрядку кассет выполняют таким образом, чтобы пленка и экраны не имели повреждения и загрязнений.

Просвечивание сварных соединений трубопроводов можно выполнять, используя три схемы взаимного расположения стыка и источника излучения. Первая схема предусматривает расположение источника излучения в центре трубы. Эта схема наиболее эффективна для труб диаметром более 600 мм, так как позволяет контролировать весь стык за одну установку. По второй схеме просвечивание ведут через две стенки за три установки источника , и кассету с пленкой устанавливают на трубы снаружи. В зависимости от схемы просвечивания сварного соединения и применения радиографических материалов определяют параметры просвечивания, основным из которых является фокусное расстояние, т.е. расстояние от источника излучения до радиографической пленки

При просвечивании криволинейных участков швов фокусное расстояние должно быть не менее 300 мм. Практически фокусное расстояние F принимается по формуле: 

Для определения чувствительности радиографического контроля в трубопроводном строительстве чаще используют канавочные эталоны чувствительности.

Эталон чувствительности — дефектометр, маркировочные знаки устанавливают со стороны источника излучения рядом со сварным швом параллельно ему таким образом, чтобы они не проектировались на контролируемую часть шва. Допускается установка эталона между трубой и кассетой. При просвечивании стыков трубопроводов диаметром от 32 до 530 мм, работающих под давлением от более 10 до 32 МПа, необходимо обеспечить относительную чувствительность радиографических снимков не менее 2,5%. Для остальных магистральных трубопроводов, работающих под давлением 10 МПа и менее, относительная чувствительность снимков должна быть не ниже 5%, не более значений для 3 класса чувствительности по ГОСТ 7512-82.