Мустафин Ф.М. - Сварка трубопроводов

Петлеобразные колебательные движения конца электрода (см. рис. 3.4) используют для усиленного прогревания кромок шва, особенно при сварке высоколегированных сталей. Электрод за­ держивают на краях, чтобы не было прожога в центре шва или вы­ текания металла при сварке вертикальных швов [2, 24]..

Рис. 3.3. Траектория сварки на	Рис. 3.4. Траектория сварки
подъем корневого и первых за-	на подъем второго (и после-
полняющих слоев	дующих) и заполняющего
	слоев шва

Следует особо подчеркнуть, что длина дуги при сварке любы­ ми электродами с основным видом покрытия не должна превы­ шать 0,5 d3A, другими словами, максимально допустимая длина дуги в зависимости от диаметра электрода составляет:

d3 A ,MM	2,5-2,6	3,0-3,25	4	5
7тах,мм	1,2-1,4	1,5-1,6	1,8-2,2	2,5-2,6

Сварка электродами с целлюлозным видом покрытия. Ис­ ходное положение сварки электродом с целлюлозным видом по­ крытия зависит от пространственного положения сварки и после­ довательности наложения слоев (рис. 3.6, 3.7). Для обеспечения нормального формирования шва в наибольшей степени приходит­ ся изменять угол наклона электрода в вертикальном положении.

Независимо от диаметра электрода с целлюлозным видом

Г) Б-687

65

покрытия коэффициент А в формуле /св = АйЭА составляет 30 — 35 А/мм.

Сварка корневого слоя шва осуществляется на постоянном токе обратной или прямой полярности в направлении сверху вниз (рис. 3.5) без колебательных движений при опирании втулочки электрода на свариваемые кромки. При "слепом" зазоре или при завышенном притуплении более целесообразна сварка на прямой полярности.

От механики выполнения корневого слоя шва во многом зави­ сит качество сварного шва и эксплуатационная надежность сты­ ков трубопроводов в целом. Для обеспечения требуемого качества сварку корневого слоя шва следует выполнять методом "замочной скважины": в процессе сварки сварщик постоянно должен вести окно за торцом электрода. Наличие окна (замочной скважины) по­ зволяет сварщику осуществлять непрерывное наблюдение за про­ цессом оплавления кромок [24].

Впроцессе работы сварщик, изменяя угол наклона электрода

впределах, указанных на рис. 3.6, может поддерживать требуемое технологическое окно. Если покрытие электрода начинает оплав-

Рис. 3.5. Ручная электродуговая сварка в направлении сверху вниз

66

Рис. 3.6. Типичный угол наклона электрода с целлюлозным видом по­ крытия в зависимости от пространственного положения сварки и по­ следовательности выполнения слоев шва:

(/ — корневой слой (0 4 мм); б — "горячий" проход (0 4,5); в — заполняю­ щие слои (0 4,5\ 5,5 м); г — облицовочный слой (0 4,5 мм)

литься на одну сторону, сварщик должен резко изменить угол на­ клона электрода или же энергично раскачать электрод поперек пси шва: при качественном изготовлении электрода (разнотолщинность покрытия на одну сторону 0,12 мм) козырек исчезает и восстанавливается равномерное плавление покрытия.

Скорость сварки должна быть в пределах от 16 до 22 м/ч. Под­ держание достаточно высокой скорости сварки обусловлено фор­ мированием под дугой жидкой ванны. При скорости сварки менее 10 м/ч, как правило, нарушается нормальное формирование свар­ ного шва и возможно порообразование. При скорости сварки и MI не указанных пределов возрастает опасность несплавления.

67

Рис. 3.7. Непрерывное регулирование угла наклона электрода:

а— корневой слой; б — "горячий" проход; в — заполняющие слои;

г— облицовочный слой

По-видимому, наиболее сложной является техника сварки второго слоя или, как его обычно называют, "горячего" прохода. При сварке этот слой рекомендуется выполнять так называемыми "хлыстообразными" движениями, т. е. движение руки сварщика напоминает удар хлыста при перемещении его рукоятки в верти­ кальной плоскости. При этом рабочий торец электрода совершает колебательные движения вдоль оси шва с амплитудой колебаний до 15 — 20 мм и частотой до двух движений в секунду. Эти колеба­ ния выполняются неравномерно, со сравнительно длительными остановками в нижней точке колебаний. Обычно около 3/4 с дуга горит в "точке остановки", а затем следует резкое движение руки сварщика вверх и вниз, в следующую "точку остановки". На это резкое движение, которое во французской технической литературе называют "выметанием", затрачивается всего около 1/4 с. Что же достигается при этой довольно сложной технике вы­ полнения второго прохода? При рывке торца электрода "вверх" шлак и часть расплава из сварочной ванны давлением дуги и кон­ центрированного газового потока, образующегося при сгорании целлюлозного покрытия, отбрасываются вверх и обнажают на мгновение дно сварочной ванны. При этом достигается эффектив­ ное проплавление неровностей и зашлакованных "карманов" в корневом слое при одновременной хорошей видимости для свар­ щика наличия этих дефектов. Сварку вторым проходом осуществ­ ляют электродами диаметром 4 или 5 мм на форсированных токах 180 —200 А и 210 —230 А (соответственно) при сравнительно высо-

68

кой линейной скорости сварки (до 25 м/ч).

Таким образом, в задачу сварщика при "горячем" проходе вхо­ дит не столько наплавление второго слоя, сколько удаление любых наружных дефектов с корневого слоя, получение ровной "подлож­ ки" для последующих слоев и в определенной степени модифици­ рование микроструктуры металла корневого слоя. Толщина этого слоя весьма незначительна; второй проход лишь компенсирует тот Металл корневого слоя, который снимается шлифовальным кру­ гом. Этот слой обычно лишен каких-либо подрезов, поскольку уд­ линение дуги в верхней точке (конец рывка) до 4 — 5 мм расплавля- i 'T любые неровности на свариваемых кромках. Переход от основ­ ного к наплавленному металлу второго слоя получается плавным. 111ов — крупночешуйчатый, с острым рельефом, вершина которо- || > направлена к зениту трубы.

Подобное "выметание" дефектов с корневого слоя — наибо­ лее оптимальный вариант техники выполнения "горячего" прохо­ да с электродами с целлюлозным видом покрытия. Некоторые сиарщики осуществляют сварку второго слоя даже без колебаний электродом, а тем более без "хлыстообразных" движений. В ряде случаев сварку ведут даже методом опирания электрода на сварипаемые кромки. При этом сварщик иногда пытается наплавить довольно толстый слой, сдерживает скорость сварки, и тогда он мппен возможности наблюдать за выплавлением дефектов, вслед-

• гвие чего образуются дефекты даже после тщательной шлифовки i 11рня шва абразивными кругами.

Третий слой варят практически без колебаний, только покачи- н.1и торец электрода вдоль шва. Если данное место стыка собрано с максимальным зазором и разделка широкая, то осуществляются \егкие колебательные движения поперек шва.

Четвертый и последующие слои (вплоть до слоя, предшествуloiiiero облицовочному) сваривают традиционными зигзагообраз­ ны ми колебательными движениями.

Сварка слоя, предшествующего облицовочному,— это факти­ чески не наплавка металла, а исправление (выравнивание высоты in па) шва перед облицовкой. Разделка перед выполнением облицо- |" 'чиого слоя должна быть заполнена полностью, иногда даже с неflo м.шим усилением. Однако чаще всего она имеет или слабовогНутую форму, или одностороннее либо двустороннее ослабление. ' 'in недостатки заполнения разделки исправляют перед выполне-

69

нием облицовочного слоя.

Облицовочный слой выполняют колебательными движениями поперек оси шва со сравнительно высокой частотой. Облицовоч­ ный слой обычно резко "обрывается" к основному металлу. Такой резкий переход не должен "смущать" контролеров. Он является следствием технологических особенностей электродов с целлю­ лозным видом покрытия и вполне допустим при подземной про­ кладке трубопроводов на линейной части строительства. Сварка "горячего" прохода обычно осуществляется электродами диамет­ ром 4,5 или 5 мм, сварка заполняющих слоев — диаметром 5 или 5,5 мм, сварка облицовочного слоя — диаметром 4 или 4,5 мм (иногда 5 мм).

Для поддержания необходимого уровня относительной влаж­ ности покрытия ( > 1,5 %) сварку электродом с целлюлозным видом покрытия нельзя доводить до конца: необходимо оставлять специ­ ально огарок длиной не менее 60 — 80 мм. Это обстоятельство учи­ тывают при планировании расхода электродов.

Сварку электродами с целлюлозным видом покрытия следует производить от современных источников сварочного тока со специ­ альными характеристиками — выпрямителей с тиристорным управ­ лением, источников инверторного типа или генераторов постоянного тока, имеющих дистанционные регуляторы сварочного тока.

Сварка сверху вниз специальными электродами с основным видом покрытия. Исходное положение электрода относительно трубы при всех пространственных положениях сварки должно быть перпендикулярно к касательной окружности в точке воз­ буждения дуги (рис. 3.8).

' ^ Х 80-90°

_ j _ go ° Рис. 3.8. Исходный угол наклона

электрода с основным видом по­ крытия, предназначенного для сварки сверху вниз

70

Сварку корневого слоя шва выполняют электродами диамет­ рами 3 или 3,25 мм; при этом зазор выставляется ближе к верхнему Пределу обычно рекомендуемого диапазона (2,5 — 3 мм).

Сварку осуществляют легким опиранием на свариваемые кромкп и ведением электрода сверху вниз без поперечных колебаний. Усилие на электрод в отличие от варианта сварки электродами с целлюлозным видом покрытия минимально. Сварочный ток соответ­ ствует коэффициенту А = 25 — 30 А/мм. Скорость сварки должна i )1.пъ не менее 10, но не более 15 м/ч. Толщина корневого слоя шва из- i.i повышенного коэффициента наплавки и меньшей скорости свар- м i (в сравнении с электродами с целлюлозным покрытием) не мень­ ше, чем суммарная толщина корневого слоя шва (после шлифовки) плюс "горячего" прохода при сварке электродами с целлюлозным ви­ дим покрытия. Благодаря особенностям формирования корневого | М >я шва сварка электродами этого вида осуществляется без образо­ вания зашлакованных карманов, формы этого шва более плавные, чем в случае электродов с целлюлозным видом покрытия, шлифовка абразивным кругом после сварки не требуется, шлак отделяется хо­ рошо, ввиду формирования низководородистого металла и благо­ приятной формы наружной поверхности корневого слоя проведе­ ние "горячего" прохода необязательно.

Факторы, позволяющие регулировать проплавление, пред- < т.шлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Регулировка проплавления при сварке на спуск электродами с основным видом покрытия

		Регулируемые		При отсутствии сквозного			При наличии прожогов
		параметры		проплавления
I		Li клон электрода		Ближе к перпендикуляр-			Поддерживать положе-
DTiioci ггельно				ному положению (около		ние электрода под углом
		пухлости		90°)	65 - 70°
i ипрпваемой
		и пшы
I		i"l >< >сть переме-		Медленнее			Быстрее
		ни электрода
		плие на электрод		Сильнее			Не давить
•		или тока Повысить примерно на 20 А			Уменьшить примерно на
							20-ЗОА

71

Сварка заполняющих и облицовочного слоев шва обычно осу­ ществляется электродами диаметром 4 мм без поперечных колеба­ ний (многоваликовые слои) с высокой линейной скоростью до 26 м/ч. Низкое разбрызгивание и повышенный коэффициент наплавки делают эти электроды при сварке заполняющих слоев конкурентоспособными электродам с целлюлозным видом покры­ тия диаметром 5 и даже 5,5 мм. Достижение сквозного проплавления фиксируется по характерному шуму проходящей "навылет" дуги.

Качество электродов. При правильной технике сварки (соот­ ветствующей квалификации сварщика) и соблюдении технологии сборки и сварки (следование регламентации нормативной доку­ ментации) качество сварных соединений при ручной дуговой сварке во многом определяется качеством сварочных электродов. При этом под качеством понимают в первую очередь качество из­ готовления и упаковки электродов, а также технологичность элек­ трода как таковую, определяемую рецептурой его покрытия.

С учетом специфики трубопроводного строительства из мно­ гообразия оперативных показателей качества электродов следует выделить два первостепенных показателя: чувствительность к об­ разованию козырька в процессе сварки и недопустимый уровень влажности электродного покрытия.

Во избежание образования козырька завод-изготовитель дол­ жен обеспечить поставку электродов с минимальной разнотолщинностью нанесения покрытия на электродный стержень. Этот критерий во многом связан с толщиной электродного покрытия. Так, для электродов, применяемых в трубопроводном строитель­ стве, этот критерий зависит от диаметра электродов и типа покры­ тия (табл. 3.2). Однако минимальная разнотолщинность нанесе­ ния покрытия — требование необходимое, но недостаточное. В практике нередко встречаются случаи, когда электрод с почти идеальной равномерностью нанесения покрытия (разнотолщин­ ность 0 — 0,03 мм) образует козырьки, особенно при сварке корне­ вого слоя шва в нижней полуокружности трубы. Образование ко­ зырька в этом случае обусловлено неоднородностью покрытия, его неудовлетворительными физическими свойствами (тугоплав­ кость, интервал размягчения шлака, вязкость расплава покрытия и т. д.).

При недостаточной прочности покрытия, особенно в процессе

72

Таблица 3.2

Максимально допустимая разнотолщинность электродных покрытий, мм

Вид покрытия		Диаметр электрода,			мм
электрода	3-3,25	4	4,5		5	5,5
Целлюлозный	0,08	0,12	0,12		0,135	0,135
i ><иовной для сварки	0,135	0,15	0,175		—	—
I верху вниз
1 1( повной для сварки	0,135	0,18	—		0,25	—
i низу вверх

<-парки опиранием, втулочка разрушается, что не только мешает Правильному формированию шва, но может явиться причиной об­ разования пор и шлаковых включений. На рис. 3.9 показаны по-

1ледствия образования козырька в случае электродов с основным

пс целлюлозным видом покрытия [1, 24].

Впроцессе сварки толстопокрытыми электродами с основным ни дом покрытия, чувствительными к образованию козырька, i рупная капля на торце электрода отклоняется в сторону, дуга

Рис. 3.9. Образование козырька при сварке электродами:

а — с основным видом покрытия; б — с целлюлозным видом покрытия: (, 3 равномерное сплавление покрытия; 2и4 — неравномерное оплав-

пие покрытия с образованием "козырька"

73

продолжает гореть вне втулки, дуга удлиняется, нарушаются усло­ вия I = 0,5d3A, возникают поры. Образование козырька в услови­ ях ограниченной маневренности при сварке корневого слоя шва в разделку, особенно узкую, прргаодит к тому, что расплавленный металл дутьем дуги оттесняется к одной из кромок разделки, что способствует непровару корня шва и несплавлению по кромкам, существенно затрудняет заполнение разделки и препятствует сплавлению данной порции расплавленного металла с ранее вы­ полненным слоем.

В процессе сварки электродами с целлюлозным видом покры­ тия со средней толщиной покрытия, особенно чувствительными к образованию козырька (чем тоньше покрытие, тем больше опас­ ность образования "козырька"), более мелкая капля, чем при свар­ ке электродами с основным видом покрытия, под влиянием ко­ зырька приобретает форму "сапожка", при этом дуга горит с "нос­ ка", т. е. далеко вне зоны кумулятивного действия обычной глубо­ кой втулки, а следовательно, при резком ослаблении давления плазменного потока. Горение дуги сразу же становится крайне нестабильным, резко возрастает разбрызгивание (рис. 3.10), а по-

/ = 0-	0,08-	0,135- >0,2мм	1-0- 0,08-	0,135- >0,2мм
0,08 мм	0,135мм	0,2 мм	0,08 мм 0,135мм	0,2 мм

Рис. ЗЛО. Влияние разнотолщинности покрытия на сторону (/) на коэф­ фициент разбрызгивания электродного металла (а) при сварке элект­ родами:

а — с целлюлозным видом покрытия (марка ВСЦ-4, 0 4 мм; ток 150 А); б — с основным видом покрытия (марка УОНИ 13/55 , 0 3 мм; ток 100 А)

74