3. Технология электроконтактной сварки оплавлением. Передвижные установки работающие на трассе

Электроконтактная сварка оплавлением относится к прессовым методам сварки трубопроводов и предусматривает нагрев места соединения до высокой температуры с последующим осевым сдавливанием. Сварное соединение получается одновременно по всему периметру стыка, что позволяет резко механизировать сварочные работы на трассе и приблизить их выполнение к заводскому поточному производству.

При электроконтактной сварке оплавлением находящиеся под током трубы сближаются до соприкосновения своих торцов. Первоначальное касание практически осуществляется в точке. Поверхность соприкосновения за короткий промежуток времени резко возрастает за счет относительного перемещения деталей, пластической деформации контактирующих неровностей и теплового расширения металла в зоне контакта. Металл резко нагревается в средней части контакта до температуры плавления и превращается в жидкую перемычку.

Электрическое сопротивление контакта в начальный период нагрева изменяется сравнительно равномерно, но в процессе расплавления металла оно резко возрастает с большой скоростью. В процессе плавления перемычки объем и форма металла не остаются постоянными. Они изменяются вследствие плавления металла, перемещения перемычки по оплавляемой поверхности, сжатия объема электродинамическими силами и выделения паров и газов из перегретого металла. Перемычка разрушается либо под действием электродинамической силы, либо за счет перегрева металла. Перемычка выбрасывается за пределы сварочного контура в виде искр. Если в рассматриваемый момент времени существует несколько контактов, то в них возникают силы, которые стремятся сблизить эти контакты. Объединение перемычек приводит к увеличению на торцах труб кратеров, образующихся в результате разрушения объемов жидкого металла. В результате разрушения одних элементарных контактов ток перераспределяется в другие, что приводит к повышению напряжения. При разрушении единичной перемычки электрическая цепь не разрывается мгновенно, а накопленная энергия магнитного поля должна превратиться в тепловую энергию. При этом напряжение между изделиями повышается до величины зажигания и последующего горения дуги. Время существования элементарного контакта составляет 0,002 — 0,005 с и зависит от напряжения. Повышение напряжения приводит к увеличению числа дуговых разрядов и их интенсивности.

Во время оплавления поверхность нагрева покрыта кратерами различных размеров и число контактов колеблется в широких пределах. Процесс оплавления предназначается для нагрева изделий на соответствующую глубину и создания на свариваемых поверхностях пленки жидкого металла и окислов.

Для получения качественных соединений при электроконтактной сварке оплавлением необходимо перед осадкой обеспечить равномерный нагрев изделий по всей поверхности с образованием на оплавленных торцах пленки жидкого металла толщиной 0,1—0,5 мм, которая способствует удалению окислов из стыка. Осадка завершает сварочный процесс, и для повышения качества сварных соединений она проводится под током. Скорость сближения кромок в процессе осадки составляет не менее 20 мм/с при давлении 40—50 МПа. При осадке создается пластическая деформация стенок труб, что вызывает их утолщение. Для малоуглеродистых сталей заметная деформация труб при давлении 40 МПа наблюдается в зоне нагрева при температуре 1100—1150°С. После осадки с внутренней и наружной поверхностей стыка удаляется грат. Изнутри грат удаляется внутренними гратос- нимателями, с наружной поверхности стыка — наружными.

Качество сварных соединений проверяют внешним осмотром по усилению, которое после удаления наружного грата не должно превышать 3 мм. Механические свойства сварных соединений, выполненных электроконтактной сваркой, определяют вырезкой образцов из труб с механическим испытанием их. Образцы после снятия усиления испытывают на загиб. Качество соединений считают удовлетворительным, если среднее арифметическое значение угла изгиба образцов составляет не менее 70°, а его мини­мальное значение — не ниже 40°.

Электроконтактная сварка непрерывным оплавлением впервые начала применяться на строительстве магистральных трубопроводов в 1952 г., когда Институтом электросварки им Е. О. Патона была создана установка КТСА-1 для сварки труб диаметром 219—529 мм в непрерывную нитку. Дальнейшее усовершенствование технологической схемы сварки труб оплавлением благодаря разработкам ИЭС им. Е. О. Патона, ВНИИСТ, КФ СКВ "Газстроймашина" и другими, привело к использованию двух групп установок — ГКУС (ПЛТ) для сварки труб в секции на стационарных трубосварочных базах и ТКУП (Север) — для сварки труб или секций в непрерывную нитку на трассе.

Для сварки трубопроводов различных диаметров разработаны установки, приведенные в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Тип установки	Тип сварочной	Диаметр свариваемых	Потребляемая	Производительность,
	головки	труб, мм	мощность, кВ-А	стык/ч
Север-1	К-700	1420	1160	6
Север-3	К-800	1020-1220	1160	6-8
Север-4	К-810	1420	1500	6
Север-5	К-800	720-820	800	6-8
ТКУП-321	К-584М	114-325	200	5-6
ПЛТ-141	К-700-1	1420	1000	6-8
ПЛТ-531	К-805	377-530	500	8-12
ПЛТ-321	К-584М	114—325	250	10—12

Условия целесообразного применения установок ПЛТ

Диаметр труб, мм	114	168	219	273
Минимально допустимая протяженность трубопровода, км	18	17	17	15
Максимально допустимый радиус вывозки секций труб, км	23	21	19	19
Диаметр труб, мм	377	529	720	1020
Минимально допустимая протяженность трубопровода, км	14	14	13	12
Максимально допустимый радиус вывозки секций труб, км	17	15	12	10

Механизированная поточная линия типа ПЛТ-321 для электроконтактной стыковой сварки оплавлением состоит из приемного стеллажа 1 (рис.9.1), двух машин 3 для зачистки поверхностей труб (поясков) под контактные башмаки, двух пар пневмоостановов и отсекателей-перегружателей 7; рольганга (роликового конвейера) 4 для перемещения труб, на котором установлена подвесная сварочная машина 6 с наружным удалением грата и внутренний 5 гратосниматель и перегружатели 9. В состав стационарной установки входит электростанция и гидропневмостанция.

Стационарные и передвижные установки электроконтактной сварки имеют различное конструктивное оформление, но вместе с тем они содержат общий характерный агрегат — сварочную машину.

Сварочная машина выполняет зажим труб, центровку и удержание их в горизонтальном положении, осевое перемещение при оплавлении, осадку при сварке и снятие внутреннего и наружного грата. Машина имеет сварочный трансформатор, который устанавливается непосредственно на корпусе. Сварочные машины устанавливают снаружи трубы (К-584М) и внутри (К-700). У машины К-700 все механизмы для центровки и сварки расположены внутри трубы и перемещение ее происходит по внутренней поверхности.

Наружная сварочная машина К-584М клещевого типа для установок ПЛТ-321 состоит из двух механизмов зажатия и центровки левого и правого 3, в которых устанавливают трубы. В каждую из щек 6 и клевого механизма зажатия и центровки установлен сварочный трансформатор, а в полости центральной оси 5 устанавливается гидравлическая следящая система, Для зажатия труб используют цилиндры 7, а для осадки — 4. Маши­ну К-584М при работе подвешивают на траверсе 1.

Приемные стеллажи состоят из двух трехгранных ферм 5, которые устанавливают на земле с помощью винтовых опор 10, обеспечивающих заданный уклон ферм для скатывания труб. На каждой ферме установлено по два пневмоостанова 9, которые удерживают трубы с незачищенными концами 1 и одну трубу 2 во время зачистки, а также подают (отсекают) по одной трубе на зачистку.

Пневмоостанов работает от двух пневматических камер 8. При подаче в камеры воздуха через дроссели 9 их штоки выдвигаются и поворачиваются рычаги 7 вокруг оси 3, при этом вилки 2 опускаются ниже уровня ферм стеллажа, на которых лежат трубы для зачистки 1 и уже с за­чищенными концами.

Зачистные устройства используют для зачистки полос на расстоянии 50 мм от конца трубы под контактные башмаки сварочной головки. Машинка к установкам ПЛТ-321 и ПЛТ-531 размещена на тележке, которая имеет привод от электродвигателя 7 через шестеренчатую передачу.

После подачи трубы на позицию зачистки машинку надвигают вручную на трубу и в этом положении фиксируют на ее внутренней поверхности струбцинами. На пульте управления нажимают на кнопку "Пуск", ротор 2 начинает вращаться, приводя во вращение скребки с твердосплавными пластинами 14, которые закреплены в корпусе 12. Под действием центробежных сил, возникающих при вращении скребков, противовес 11 стремится повернуть их вкруг оси 10, прижимая скребки к поверхности трубы. Усилие прижатия скребка к трубе зависит от его формы и размера. Через 30 с двигатель выключают и скребки под действием пружины 15 (через рычаг 8) с роликом 9 возвращаются в исходное положение. Машинку по рель­совому пути перемещают в исходное положение.

Отсекатели на приемных стеллажах полустационарных установок удерживают трубы от скатывания и поочередно подают по одной трубе к механизмам зачистки и на рольганг для сварки. Отсекатели имеют рычаг 8, который поворачивается на оси 7 под действием перемещающегося штока. Шток приводится в движение от мембраны, которая установлена в пневмока- мере 4. Воздух от компрессора подается через ниппель 5 в нижнюю полость пневмокамеры, что позволяет удерживать трубы от скатывания. При удалении воздуха из пневмокамеры рычаг под действием груза поворачивается на оси и отделяет одну из труб, задерживая другим концом остальные трубы. Последующая подача воздуха приводит к новому повороту рычага и перекатыванию труб по стеллажу.

Перегружатели передают секции с рольганга на стеллаж готовой продукции. Перегружатель снабжен рычагами 8 и 9, которые поворачиваются на осях 7 и 1 под действием перемещения штока при подаче воздуха в пневмокамеру 5. На стеллаже имеется три сбрасывателя, которые при подъеме сваренных секций с транспортного устройства перекатывают ее на стеллаж готовой продукции. Управление перегружателями осуществляют с пульта оператора-сварщика.

Рольганг используют для транспортировки и центровки труб и трубных секций. Для операций центровки перемещение труб осуществляют со ско­ростью 0,1 м/с, а для транспорта — 1 м/с.

Гратосниматели применяют в заключительной стадии образования свар ного соединения для снятия с внешней и внутренней поверхности сварного соединения образовавшегося выдавленного и охлажденного металла — грата. Грат удаляют в горячем состоянии при температуре шва 800— 1000°С.

На установках типа ПЛТ-321 применяют внутренний гратосниматель, который состоит из центробежного устройства с бойками 7, брыз- гоулавливающего конуса 6, вала 3, вращающейся штанги 4, опорных роликов 5, пневмоцилиндра 2 и электродвигателя 1. Время работы внутреннего гратоснимателя зависит от диаметра трубы и толщины стенки.

Электроконтактные стационарные сварочные установки снабжены гидропневмостанциями, которые питают воздухом и маслом сварочные головки, механизмы стеллажей и внутренних гратоснимателей.

Гидропневмостанции стационарных установок имеют масляный насос, емкость для масла, компрессор, гидропневмоаккумулятор, воздушный ресивер и регулирующую аппаратуру. Все оборудование смонтировано в виде отдельного агрегата. Привод насоса и компрессора осуществляется электро­двигателями.

Гидропневмоаккумуляторы предназначены для накапливания масла под давлением в период оплавления и быстрой отдачи его в момент осадки для обеспечения скорости осадки 25 мм/с.

Установки ПЛТ-321, ПЛТ-531 имеют одну линию сборки и сварки, а установка ПЛТ-141 имеет две линии и на каждой линии проводится сварка двух- и трехтрубных секций с использованием основного оборудования от установки "Север-1".

Передвижные установки типа "Север" состоят из отдельных автоном­ных агрегатов: сварочной машины (К-700), расположенной внутри трубы и имеющей привод автономного перемещения, электростанции, агрегатов для снятия наружного грата и зачистки концов труб.

Оборудование для удаления наружного грата. Агрегат наружного грата (рис. 9.9) состоит из гратоснимателя 7, подвешенного на удлиненной стреле 5 трубоукладчика 1 и удерживаемого поводком 4. Питание электромоторов гратоснимателя осуществляется от электростанции 3, которая перемещаем ся трубоукладчиком. Корпус гратоснимателя состоит из двух половин 9 и 11, соединенных осью 13. Раскрытие корпуса гратоснимателя осуществляют с помощью гидроцилиндра 6, шток которого системой рычагов соединен с каждой половиной корпуса. Замок 10 фиксирует гратосниматель в закры­том положении. На корпусе гратоснимателя установлены направляющие, по которым перемещаются две тележки: 8и 12. На тележках установлены механизм перемещения и привод режущего инструмента.

В качестве режущего инструмента применяют дисковую фрезу, которая приводится во вращение от электродвигателя посредством клиноремен- ной передачи. Для управления режущими головками на прицепе электро­станции расположен шкаф 2 управления.

Для установки "Север-1" используют агрегат АНГ-141 на базе трубоукладчика ТО-1224В, для установки "Север-3" - АНГ-121.

Для электроконтактной сварки оплавлением трубопроводов применяют электростанции с дизельными двигателями. Электростанции устанавливают в закрытых вагончиках или прицепных устройствах и транспортируют по трассе тракторами-тягачами или трубоукладчиками. Для стационарных установок ПЛТ-321 и ПЛТ-531 для питания сварочного трансформатора и всех вспомогательных агрегатов (гидропневмозачистных машин, гратоснимателей) применяют электростанции ЭСДА-100 и ЭСДА-200; для передвижных установок "Север-1" — электростанции ЭСДА-1000 (питают сварочные трансформаторы), а вспомогательные агре­гаты для зачистки и снятия наружного фата питают от электростанций ЭСДА-30.

БИЛЕТ 5