Мустафин Ф.М. - Сварка трубопроводов

Консоль с направляющими	Пульт управления гидравличе­
роликами и набором резцов	ским приводом

Зажимная

секция

Рис. 3.55. Станок для обработки кромок труб (схема) и форма разделки кромок

Рис. 3.56. Станок для обработки кромок труб (PFM):

а — в рабочем режиме; б -~ внешний вид

176

бождения радиальных консолей. Зажимные башмаки затем воз­ вращаются в исходное положение, и машина перемещается к сле­ дующему торцу трубы.

Внутренний центратор/сварочная станция (Internal Welder) (рис. 3.57, 3.58). Этот узел соединяет два конца трубы, фиксирует их и производит автоматическую сварку корня шва изнутри. Зажимная секция состоит из трех центрирующих элементов и двух наборов зажимных башмаков, все с пневматическим при­ водом. Сварочные головки расположены между двумя рядами за­ жимных башмаков таким образом, что в раздвинутом состоянии центрирующие элементы находятся в плоскости вращения сва­ рочных головок.

В процессе сборки внутренний центратор/сварочная станция точно устанавливается относительно торца трубы путем раздвижения всех трех центрирующих элементов и прижатия их к кром­ ке. Затем первый набор зажимных башмаков раздвигается внутри конца трубы и фиксирует машину на месте. Центрирующие эле­ менты затем возвращаются в исходное положение, и следующая секция трубы устанавливается на свое место с кромками, тесно прижатыми к первому концу трубы. Затем второй набор зажим­ ных башмаков раздвигается, завершая, таким образом, точную сборку стыка. После этого начинается сварка корня шва.

Сварочная секция машины состоит из 2-х, 4-х или 6-ти свароч­ ных головок, смонтированных симметрично относительно враща­ ющегося кольца, которое приводится в движение электрическим 24-вольтовым мотором. Для труб диаметром от 24 до 38 дюймов применяются 4 сварочные головки, для труб от 40 до 60 дюймов — 6 сварочных головок. Каждая сварочная головка включает катуш­ ку массой 1,47 кг со сварочной проволокой диаметром 0,9 мм, мо­ тор для подачи проволоки, сварочный наконечник и керамический конус для подачи защитного газа. Помимо этого, имеются два щит­ ка для защиты от сварочных брызг с целью предотвратить блоки­ ровку подачи газа и повреждение механических частей. В каче­ стве защитного газа применяется смесь 75 % Аг + 25 % С02 .

Скорость подачи проволоки обычно составляет около 9,14 м/мин, сварочные катушки требуют замены после выполнения 24 — 45 швов в зависимости от диаметра трубы.

В процессе сварки машина с 4-мя сварочными головками на­ чинает сварку двумя головками в позициях 1200 и З00, если смот-

12 Б-687

177

со

	Головная секция. Включает	Подключение к штанге
		с внешним
	элементы сварочной
		пультом управления
	и пневматической систем

Средняя секция	Кольцо с 4 — 8 сварочными головками для
с элементами	автоматической сварки корня шва
пневмопривода	изнутри трубы
Ресивер со сжатым	Зажимная секция. Включает элементы,
воздухом	обеспечивающие сборку и фиксацию
	стыка

иРис. 3.58. Внутренний центратор/сварочная станция:

Он	а — вид сверху; б — вид с торца трубы

179

реть с открытого конца трубы. Эти головки производят сварку в направлении "сверху вниз" со скоростью 760 мм/мин до позиции З0 0 и б00 соответственно. Одновременно другие головки перемеща­ ются в позиции 1200 и 900. Когда первые две головки заканчивают сварку, вторые две начинают сварку с 1200 до 900 и с 90 0 до б00 соот­ ветственно. Процесс сварки на машине с шестью головками аналоги­ чен, причем три головки производят сварку одновременно.

Внутренним центратором/сварочной станцией управляют с контрольного блока на конце приводной штанги. Энергию для сварки и сжатый воздух также поставляют через приводную штангу. Энергия, необходимая для подачи проволоки и вращения головок, поступает от аккумуляторов, установленных непосред­ ственно на станции. Защитный газ также подают из баллонов, ус­ тановленных на сварочном тракторе. После завершения сварки корневого шва зажимные башмаки возвращаются в исходное по­ ложение и внутренний центратор/сварочная станция самостоя­ тельно перемещается внутри трубы и автоматически останавлива­ ется у открытого конца. При сварке на барже возможно примене­ ние приводной лебедки для увеличения скорости операции. При сварке на суше система перемещается при помощи электродвига­ теля, питаемого от аккумуляторных батарей.

Аппараты для наружной сварки (External Welders) (рис. 3.59, 3.60), использующиеся в системе CRC-Evans, могут быть в трех базовых конфигурациях: для сварки "горячего" прохода, заполня­ ющих слоев и облицовочного слоя. Аппараты различаются по ско­ рости сварки и форме наконечников.

Аппараты перемещаются по 120-мм ленте из пружинной ста­ ли, которая фиксируется на трубе перед началом сварки стыка. Лента размещается на расстоянии 95 мм от плоскости, в которой расположен корень разделки и устанавливается точно по окруж­ ности с помощью специального шаблона, который затем удаляется.

Каждый сварочный аппарат имеет три части: тележку для пе­ ремещения по трубе, контрольный пульт управления и сварочную секцию. Тележка состоит из шарнирного основания, которое может быть отрегулировано под конкретный диаметр трубы, 24-вольтового мотора с редуктором и эксцентрикового зажимно­ го механизма для установки аппарата на ленте. Помимо этого, имеются три ведомых и одно ведущее колесо с насечкой, которое прижимается к краю ленты и обеспечивает перемещение аппара-

180

та по окружности.

Контрольный пульт управления отвечает за электронный кон­ троль работы сварочного аппарата. Существуют четыре легко за­ меняемые электронные печатные платы для контроля скорости сварки, скорости подачи проволоки, частоты колебаний горелки и задержки выключения подачи проволоки и защитного газа. Реле задержки позволяет обеспечить подачу проволоки и защитного газа в течение некоторого времени после прекращения перемеще­ ния аппарата для заварки кратера в конце сварного шва. Для каж­ дой функции также существует отдельная кнопка на панели уп­ равления.

Сварочная секция аппарата состоит из сварочной горелки, мо­ тора подачи проволоки, мотора и редуктора для осцилляции, сопла для подачи защитного газа и катушки сварочной проволоки (диа­ метром 0,9 мм) массой 2,72 кг. Имеется также механизм для регу­ лировки амплитуды колебаний. Аппараты для "горячего" прохода, как правило, не имеют механизма колебаний. В качестве защитно­ го газа обычно используется С02 , а при сварке облицовочного шва обычно применяется смесь 75 % Аг + 25 % С02 .

Наружные сварочные аппараты используют в парах. Каждый аппарат осуществляет сварку половины сварочного шва от пози­ ции 1200 до б00, один в направлении по часовой стрелке (CW), дру­ гой против часовой стрелки (CCW). Аппараты для "горячего" про­ хода перемещаются обычно со скоростью 1,0— 1,27 м/мин и начи­ нают сварку до окончания сварки корня шва. CW-аппарат начина­ ет сварку в позиции 1200 после того, как был сварен достаточный участок корня шва для предотвращения перекрытия. CCW-anna- рат заканчивает сварку "горячего" прохода, также начиная свое движение от позиции 1200.

Аппараты для сварки заполняющих слоев стартуют одно­ временно; однако они не начинают сварку с одной позиции. Обыч­ но для первого заполняющего слоя CCW-аппарат выполняет сварку от позиции 1200 до позиции б00. Одновременно CW-аппарат начинает сварку в позиции З0 0 и выполняет сварку до позиции б00; после этого оператор возвращает его обратно в позицию 1200 и за­ вершает сварку в позиции З0 0 . Стартовые позиции меняются по­ очередно для каждого слоя с целью предотвращения перекрытия стартовых и конечных точек в вертикальном положении.

На трубе с толщиной стенки более 8 мм один заполняю-

181

ее

to

	Катушка со сварочной		Механизм попереч­
		Механизм подачи	ных колебаний
	проволокой
		проволоки	электрода

Рис. 3.59. Наружный сварочный аппарат CRC-Evans (схема)

Рис. 3. 60. Наружный сварочный аппарат CRC-Evans (внешний вид):

а — вид сбоку; б — вид с торца трубы

183

щий шов необходим обычно для каждых 3,2 мм стенки. Скорость сварки заполняющих слоев колеблется, как правило, в пределах 330 — 380 мм/мин при скорости подачи проволоки 11 — 17 м/мин.

Использование автоматической сварки для выполнения коль­ цевых швов трубопроводов позволяет добиться значительно луч­ ших результатов по сравнению с ручной дуговой сваркой. Это ка­ сается, прежде всего, физических свойств соединения, качества формирования шва и показателей радиографического контроля.

Механические свойства в большой степени зависят от пара­ метров процедуры сварки, типа проволоки и защитного газа, но, прежде всего, от типа и химического состава свариваемой трубы.

Механические свойства сварного соединения при сварке труб, изготовленных в соответствии со стандартом API 5LX, выгля­ дят следующим образом:

Предел прочности:	620 — 690 МПа, металл шва
Предел текучести:	545 — 615 МПа, металл шва
Ударная вязкость по Шарпи, — 20 "С:	80 Дж, центральная линия шва
CTOD-TOCT, — 20 °С:	1,5 мм • мин, центральная линия шва
Твердость HV 10 кг:	230 — 250 — в корневой зоне; 230 —
	260 — в зоне облицовочного слоя

Сварочная проволока. Химический состав, физические свой­ ства и параметры свариваемости проволоки, используемой и по­ ставляемой фирмой CRC-Evans, разрабатывали в течение многих лет. Перед намоткой на катушки сварочная проволока проходит тщательный контроль со стороны производителя и фирмы CRCEvans. Намотку производят на катушки массой 1,47 кг и 2,71 кг при контролируемых рядности, скручиваемости и натяжении для обеспечения качества сварки.

CRC-Evans использует сварочную проволоку диаметром 0,9 мм для всех операций сварки. Как правило, используется про­ волока в соответствии со стандартом WS ER70 S-6, которая имеет следующий типичный химический состав:

С .	0,07-0,15%
Мп	1,40-1,85%
Si..	0,80-1,15%

184