1.4 Анализ и выбор способов сварки.

Согласно задания на курсовой проект, все сварные соединения при монтаже обжимной приварной муфты тип П2, производятся по технологии сварки проволокой сплошного сечения в среде защитных газов по методу STT.

Аббревиатура STT расшифровывается как ’’ Surface Tension Transfer ’’ - это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой один из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварке в среде защитных газов с одним важным отличием - расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения (относительно больших) сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю (относительно низкие силы поверхностного натяжения) на конце проволоки. Электромагнитное сжимающее давление при Пинч-эффекте дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. Этот вид переноса

позволяет значительно сократить разбрызгивание и дымообразование в отличие от традиционных методов. Процесс прост в использовании, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений. Он не требует от сварщика высокой квалификации для того, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Кроме этого, простота процесса STT сокращает время обучения сварщиков.

Компанией Lincoln Electric специально для этого процесса разработан 225-ти амперный инверторный источник питания Invertec STT II, реализующий технологию управления формой сварочного тока. При сварке за счет регулирования определенным способом формы выходного тока (что-то вроде импульсно дуговой сварки) добиваются вышеуказанных преимуществ. Invertec STT II отличается от обычных сварочных источников. Он не является ни

источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину и форму сварочного тока.

Invertec STT II во многом отличается от обычных машин.

Основными параметрами сварки STT являются:

1)Скорость подачи сварочной проволоки;

2) Пиковый ток;

3) Базовый ток;

4) Длительность заднего фронта импульса.

Источник не осуществляет регулировку напряжения дуги. Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается самой машиной. Это приводит к тому, что величина тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от ско-

рости подачи проволоки. Помимо этого, улучшаются условия контроля

за формированием сварочной ванны. Этап Пинч-эффекта также автоматически контролируется источником.

Процесс STT позволяет сваривать все стали, начиная с простой углеродистой стали, кончая сплавами с высоким содержанием никеля[8].

Форма сварочного тока в зависимости от состояния капли электрода представлена на рисунке 3.

Рисунок 3-Вид диаграммы сварочного тока STT.

Рассмотрение процесса STT начинается с базового тока (Т0-Т1)- это самый продолжительный участок диаграммы сварочного тока. Значение базового тока выбирается сварщиком и находится в пределах 35-120 ампер в зависимости от толщины стенки свариваемой конструкции и соответственно от скорости подачи проволоки. Цель базового тока, разогрев зоны дуги и придание капле электрода правильной геометрической формы, не дав капле при этом начать процесс кристаллизации. От величины базового тока зависит общее тепловложение в сварочную ванну.

Второй этап (Т1-Т2) – это период короткого замыкания (ball). В момент касания электродной капли детали происходит резкое снижение напряжение на сварочной дуге, источник отслеживает это падение напряжение и резко снижает ток до значения 10 ампер, дабы избежать мгновенного отрыва капли от электрода. Длительность этого периода четко фиксирована и составляет 375 мкС. В этот период между электродом и деталью образуется перемычка.

Третий период (Т2-Т3) – это ток Пинч-эффекта, и по сути состоит из двух этапов. Первый этап (pinch fast ramp) - резкое увеличение тока до уровня зависящего от диаметра электродной проволоки заданного сварщиком с помощью тумблера на лицевой панели источника (выбор происходит между проволок диаметром 0.9 или 1.2 мм) при этом шейка перемычки резко сужается под действием центростремительных электромагнитных сил, значение силы прямо пропорционально квадрату сварочного тока. Второй этап(pinch slow ramp) - пологое наращивание тока Пинч-эффекта, исключающее самопроизвольный разрыв перемычки и дающее возможность отследить источнику толщину шейки перемычки. Делается это за счет сравнения уровня напряжения на перемычке в различные временные промежутки, одинаковые по времени, но периодически наступающие. Время этих промежутков (зависит от частоты работы и межфазного интервала встроенного ШИМ-контороллера) и уровень напряжения задаются аппаратно. После того как разность напряжения на перемычке в установленный промежуток времени достигнет определенного уровня, происходит резкое снижение сварочного тока до низкого значения (5-10 ампер).

Четвертый период fuse (Т3-Т5) – период плавного разрыва перемычки и перехода капли в сварочную ванну. Ограничен по времени в одну миллисекунду, но заканчивается, при нормальной работе сварочного источника, раньше этого времени, после разрушения перемычки возникает рост напряжения на «электрод-деталь» которое отключает режим fuse, и включает режим пикового тока.

Пятый период (Т5-Т6) -время пикового тока. Период восстановления сварочной дуги. При приложении значительной мощности сварочного источника происходит пробой дугового промежутка и плазменный столб восстанавливается, также в этот период происходит формирование капли на торце электрода. Уровень пикового тока задается сварщиком на лицевой панели источника и обычно составляет 350-450 ампер. Время длительности пикового тока задается аппаратно с помощью тумблера выбора стали на лицевой панели источника. При низколегированных сталях данное время составляет 1,3 милисекунды, для нержавеющих сталей – 2,6 милисекунды. Уровень и время действия пикового тока влияют на глубину проплавления, длину дуги и форму наружного валика. При низких значения пикового тока, валик получается выпуклым, а при высоких - вогнутым.

Шестой период tailout (Т6-Т7) – переход от пикового тока к базовому току.

Задается сварщиком в пределах значений «0-10». От выбранного значения зависит плавность перехода, при «0» переход происходит резко, при «10»- более плавный переход. Чем плавне переход, тем тепловложение в сварочную ванну выше. При сварке корня с зазором на весу рекомендованное значение tailout-«0», при сварке высоколегированных сталей, значение tailout следует увеличить.

По окончании действия шестого периода, процесс переноса металла повторяется в рассмотренном порядке.

Согласно РД 153-39.4-086-01 «Технология сварочно-монтажных работ по установке ремонтных конструкций (муфт и патрубков) на действующие магистральные нефтепроводы» пункт 5.2.9 для изготовления ремонтных конструкций применяют следующие технологии сварки:

- ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия для всех ремонтных конструкций и методов ремонта;

- механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой для ремонтных конструкций П2 и П3;

- механизированная сварка корневого шва сплошной электродной проволокой в защитных газах + механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой заполняющих и облицовочного слоев (комбинированная технология) для ремонтных конструкций П6 (только для продольных швов, выполняемых «навесу»), В1, В2 (только для кольцевого и продольного швов, выполняемых «навесу»);

- механизированная сварка корневого шва сплошной электродной проволокой в защитных газах + ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия заполняющих и облицовочного слоев (комбинированная технология) для ремонтных конструкций П6 (только для продольных швов, выполняемых «навесу»), В1, В2 (только для кольцевого и продольного швов, выполняемых «навесу»);

- ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия + механизированная сварка самозащитной порошковой проволокой заполняющих и облицовочного слоев (комбинированная технология) для ремонтных конструкций П4, П5, П6, В1, В2.

Из указанных технологий сварки, делаем вывод, что конкуренцию процессу STT составляет ручная дуговая сварка электродами с основным видом покрытия (РДС) и механизированная сварка самозащитной проволокой (МПС).

Сравнивая РДС и STT можно сказать, что РДС менее производительна чем STT, с высоким уровнем образования шлака, что затрудняет процесс зачистки шва и увеличивает вероятность появления шлаковых включений в сварном шве, имеет высокий уровень разбрызгивания, требует высоких навыков сварщика, требует подготовки сварочных материалов к сварке, располагает к образованию стартовых пор и пор во время сварки при повышенном токе сварки (чувствительна к сварочным режимам).

Сравнивая МПС и STT, скажем, что МПС не лишена недостатков РДС, исключение составляет производительность сварки, сравнимая с STT. К тому же для сварки по технологии МПС в указанном РД используется сварочная проволока Innershield, запрещенная в некоторых штатах США из-за повышенного дымооброзования и содержания вредных элементов в составе проволоки. Проволока обладает повышенным уровнем разбрызгивания, что требует повышенного уровня средств индивидуальной защиты сварщика.

В свете данных недостатков технология STT выглядит более привлекательной, чем предложенные технологии РДС и МПС. STT имеет и свои недостатки, которые рассмотрены в заключительной части курсового проекта.