Сварка высокопрочных труб
Краткое содержание
Сегодня существует множество методов сварки высокопрочных труб в полевых условиях, и лишь полное понимание всех этих процессов позволит выполнить все требования по качеству и производительности сварки. В этой статье мы обсудим несколько процессов и уделим особое внимание процессам сварки электродами с покрытием целлюлозного типа в защитном газе (SMAW) и самозащитной порошковой проволокой.
Введение
Сегодня при строительстве магистральных трубопроводов инженерам приходится преодолевать множество проблем: более высокое рабочее давление, кислые среды, тяжелые условия окружающей среды, все более строгие нормативные кодексы, вопросы защиты окружающей среды и особенности новых высокопрочных марок стали. Все эти требования нужно балансировать с необходимостью придерживаться бюджета и сроков проекта и при этом выполнить все применимые требования к качеству. Хорошее знание процессов сварки поможет подрядчику выполнить все эти задачи.
Сегодня для сварки магистральных трубопроводов используется несколько процессов и их сочетаний. Сюда входит ручная дуговая сварка покрытым электродом (процесс SMAW), сварка самозащитной порошковой проволокой (FCAW-S) и сварка стальным электродом в газовой среде (GMAW). В случае GMAW также нужно учитывать метод переноса металла – короткой дугой, контролируемой короткой дугой (как в случае режима металла силами поверхностного натяжения, Surface Tension Transfer®), струйным и крупнокапельным методом. В этой статье мы уделим особое внимание тем процессам, которые обеспечивают наиболее высокое качество и производительность сварки в полевых условиях при минимальных затратах.
Обзор сталей для трубопроводов
Современные трубные стали имеют более высокую прочность, чем когда-либо до этого.
Они разрабатываются специально с учетом потребностей сварки. Две самые распространенные марки стали для нефтегазовых магистральных трубопроводов соответствуют API 5LX или иным подобным стандартам.
Таблица 1. Классы прочности по стандарту API 5L | ||||||||
X42 | X46 | X52 | X56 | X60 | X65 | X70 | X80 | |
Прочность на разрыв (килофунтов/кв. дюйм) | 60 | 63 | 66 | 71 | 75 | 77 | 82 | 90-120 |
Предел текучести (килофунтов/кв. | 42 | 46 | 52 | 56 | 60 | 65 | 70 | |
дюйм)
Прочность стали можно повысить несколькими способами – в том числе добавлением дополнительных химических элементов, микролегированием и холодным вытягиванием труб при изготовлении на трубном заводе. В случае высокопрочных марок стали часто используется холодное вытягивание и микролегирование, которые позволяют сохранить низкое содержание углерода и марганца и тем самым снизить твердость материала в зоне теплового воздействия и сократить – хотя и не устранить полностью – проблемы, связанные с диффузионным водородом в металле наплавления. Например, современные стали классов прочности X70 и X80 имеют содержание углерода менее 0,05%. Некоторые марки стали класса X80 при этом имеют значение Pcm менее 0,20.
Процессы сварки
Очевидно, что первым этапом сварки труб является коревой проход. По нескольким причинам его можно назвать и самым важным. Во-первых, этот проход – самый сложный в исполнении. Он требует от оператора большого опыта работы с ручной сваркой, точного контроля процесса сварки и положения горелки. Автоматические процессы требуют от сварщиков высоких технических навыков и применения совершенных вспомогательных и позиционирующих систем. На сегодняшний день предпочтительным процессом автоматической сварки является сварка металлическим электродом в среде защитного газа (GMAW), которая обычно используется с применением внутреннего медного опорного кольца или, в случае достаточно большого диаметра трубы, внутренней системы сварки. Оба этих метода еще больше усложняют процесс сварки и накладывают определенные ограничения на применение традиционных методов переноса металла в режиме GMAW.
В случае опорных колец возникает риск чрезмерного накопления меди в корневом валике.
В случае внутренних систем сварки труба должна иметь определенный минимальный диаметр, ниже которого использование системы будет непрактичным. В идеале процесс сварки должен допускать сварку корневых швов без опорных колец и внутренних систем сварки, образовывать корневой шов из достаточно прочного материала и наплавление достаточного объема для создания шва нужной толщины. Также этот шов должен быть лишен внутреннего подрезания и пористости, иметь достаточное сплавление и высокие механические свойства.
Говоря о корневой сварке, также нужно помнить о скорости сварки. Скорость прокладки трубопроводов в немалой степени зависит от того, как быстро можно сделать корневой проход. Сварку можно несколько ускорить, если ее будет вести сразу несколько операторов, однако такой метод часто оказывается слишком непрактичным. Поэтому скорость сварки имеет критически важное значение – высокая скорость позволит в срок завершить проект и тем самым сократить стоимость аренды оборудования.
Сегодня большинство трубопроводов прокладывается в развивающихся странах, часто в незаселенных регионах с негостеприимным климатом, а сварщиков обычно приходится нанимать из местного населения.
Это означает, что процесс должен быть пригоден для применения в неблагоприятных погодных условиях, в том числе при сильном ветре, экстремальной температуре и влажности. При этом местные сварщики уже должны обладать всеми необходимыми навыками или быть способны быстро ими овладеть. Все необходимое сварочное оборудование должно быть прочным, надежным и долговечным.
При анализе всех этих факторов становится ясно, что для этих задач лучше всего подходят сварка металлическим электродом в среде защитных газов и сварка самозащитной порошковой проволокой. Сварка в защитном газе (см. Рисунок 1) даже в случае высокопрочных сталей позволяет вести сварку на спуск электродами с покрытием целлюлозного типа вместо низководородистых электродов. Так как электроды с покрытием целлюлозного типа во время сварки выделяют достаточный объем защитных газов и имеют сфокусированную мощную дугу, они обычно лучше подходят для корневой сварки и обеспечивают более точный контроль. Высокое давление дуги удерживает сварочную ванну и шлак при сварке на спуск, и при этом имеет высокую скорость сварки.
При использовании электродов с покрытием целлюлозного типа растрескивания можно избежать соблюдением должной температуры предварительного подогрева и температуры перед наложением последующего слоя, а также с помощью процедур, которые позволяют создать необходимую перемычку корневого шва. Температура предварительного подогрева и температура перед наложением последующего слоя зависят от химического состава металла.
Создание необходимой перемычки также можно упростить применением подходящего размера электрода в средней или нижней части диапазона этого электрода. Вероятность растрескивания корневого валика можно свести к минимуму, если центрирующий зажим не сдвигать до завершения второго прохода.
Сварка самозащитными порошковыми проволоками (см. Рисунок 2) обладает всеми преимуществами сварки целлюлозным электродом в защитных газах: высоким давлением дуги, большой глубиной проплавления и отличным контролем над сварочной ванной при сварке на спуск. Кроме того, данный процесс обладает преимуществами автоматических процессов – высокой производительностью наплавки и скоростью сварки, большой продолжительностью работы дуги и низким содержанием диффузионного водорода. Самозащитная проволока часто больше подходит для корневой сварки, чем сварка в защитных газах. В частности, такой процесс используется для сварки стали класса X80, для которой водородное растрескивание основного металла характерно не для корневой сварки, а для последующих проходов.
При сварке GMAW защита наплавления обеспечивается за счет разложения флюса в дуге. В случае самозащитной порошковой проволоки проволока состоит из основного материала и стабилизаторов, которые выделяют защитный газ в момент попадания в дугу. Оба процесса пригодны для использования под открытым небом в тяжелых погодных условиях – в том числе при экстремальной температуре и на сильном ветру. Как сварка целлюлозными электродами в защитных газах, так и сварка самозащитной проволокой могут быть быстро изучены любым оператором, уже имеющим опыт работы с другими типами сварки в защитных газах. Например, недавно один инструктор смог обучить больше 90 сварщиков, абсолютно незнакомых со сваркой самозащитной проволокой, которые затем успешно сдали сертификацию API 1104.
Таблица 2. | ||||||||
КЛАСС AWS | Классы прочности по API 5L | |||||||
X42 | X46 | X52 | X56 | X60 | X65 | X70 | X80 | |
КОРНЕВЫЕ ПРОХОДЫ | ||||||||
E6010 | X | X | X |
|
|
|
|
|
E7010G |
|
| X | X | X | X |
|
|
E8010G |
|
|
| X | X | X | X | X |
E71T-13H8 | X | X | X | X | X | X | X | X |
ГОРЯЧИЕ, ЗАПОЛНЯЮЩИЕ И ОБЛИЦОВОЧНЫЕ ПРОХОДЫ | ||||||||
E6010 | X | X | X |
|
|
|
|
|
E7010G |
|
| X | X | X | X |
|
|
E7010G |
|
| X | X | X | X | X |
|
E71T8-K6 | X | X | X | X | X | X | X |
|
E91T8-G |
|
|
|
|
|
|
| X |
Электроды для сварки труб на спуск
Обратите внимание, что в таблице выше для сварки стали класса X80 после завершения корневого и горячего прохода рекомендуется только сварка самозащитной проволокой.
Оба процесса могут обеспечить механические характеристики, которые соответствовали или превышали бы минимальные требования большинства нормативных кодексов. Ниже приведены результаты тестирования труб разной толщины при использовании типичного сварного соединения, изображенного на Рисунке 3.
Таблица 3. Сталь марки 5LX70, толщина 18 мм | ||
Характеристики | Предел прочности на разрыв (МПа) | Предел текучести (МПа) |
Заявленный | 82 | 70 |
Фактический | 113 | 90 |
Наплавление (E8010-G) |
|
|
Фактический | 83 | 77 |
Ударная вязкость по Шарпи с V-образным надрезом (50 Дж при -46°C) |
|
|
Таблица 4. | ||
Характеристики | Предел прочности на разрыв (МПа) | Предел текучести (МПа) |
Заявленный | 90-120 | 80 |
Фактический |
|
|
Наплавление (E91T-8-G) |
|
|
Прочность на разрыв с уменьшенным сечением | 96 |
|
Ударная вязкость по Шарпи с V-образным надрезом |
|
|
Сталь марки 5LX80, толщина 18 мм
Рентабельность сварки
Мы не затронули еще один важный аспект – рентабельность сварки.
На нее влияет множество факторов – стоимость расходных материалов, оборудования, труб и многие иные расходы, которые не входят в тему этой статьи. В качестве относительного индикатора стоимости мы использовали время, необходимое на выполнение одного сварного соединения. При этом мы исходим из того, что при аналогичной стоимости оборудования и труда наиболее подходящим индикатором стоимости будет время изготовления каждого соединения. Меньшая продолжительность сварки означает меньшие затраты и большую производительность. Для большей простоты все данные для сравнения приведены для изображенного выше стандартного сварного соединения. В реальности для упрощения сварки труб со стенками большой толщины можно использовать более сложную разделку кромок. Сравнение приведено для труб со стенками толщиной 19 мм и диаметром 1219 мм.
Таблица 5. Типичные процедуры сварки на спуск, положение 5G | ||
Тип электрода | Сила тока (ампер) | Скорость сварки (см/мин) |
Корневые проходы | ||
5/32 EXX10 | 135 DC+ | 28 |
. | 190 DC- | 19 |
Горячие проходы | ||
5/32 EXX10 | 170 DC+ | 38 |
5/64 E71T-8-K6 | 245 DC- | 38 |
Заполняющие и облицовочные проходы | ||
3/16 EXX10 | 200-240 DC+ | по необходимости |
5/64 E71T-8-K6 | 300 DC- | по необходимости |
068E71T-13H8
Таблица 6. Продолжительность сварки | ||
Тип прохода | Продолжительность прохода (мин) | Общая продолжительность (мин) |
Любые EXX10 | 13. | 241 |
Корневые EXX10, самозащитная проволока | 13.7 | 184 |
Любые, самозащитная проволока | 20.2 | 164 |
7
Эти цифры означают человеко-часы сварки. На сварку самозащитной порошковой проволокой уходит меньше всего времени, однако сочетание сварки в защитных газах и сварки самозащитной проволокой позволит проложить в каждый отдельно взятый день наибольшую длину трубопровода благодаря сэкономленному времени при корневой сварке. Такое сочетание приведет к наиболее оптимальному балансу между общими временными затратами и длиной проложенного трубопровода за определенное время.
Заключение
Как Вы можете убедиться, сварка в защитных газах и сварка самозащитной порошковой проволокой – это самые затратоэффективные процессы высококачественной сварки в полевых условиях.
Наиболее оптимальным решением для полевой сварки магистральных трубопроводов часто является сочетание этих двух процессов сварки.
Литература
Welding Handbook, 8th Edition, (1991) American Welding Society, Miami
The Procedure Handbook of Arc Welding, 13th Edition, (1994), Lincoln Electric Company, Cleveland
технология процесса, секреты и уроки сварки для начинающих
В ситуации, когда необходимо соединить металлические детали, чаще всего прибегают к методу создания сварного шва, поскольку он способен обеспечить достаточно высокую надежность. Этот способ получил широкое распространение не только в промышленности, но и в обычной повседневной жизни.
Подавляющее большинство домашних мастеров периодически используют сварку. Везет тем из них, кто обладает навыками сварки. Если же их нет, то в этом случае ничего не остается другого, как обращаться к специалистам.
Но при желании каждому под силу научиться варить.
И первое, чему следует уделить внимание в самом начале — ознакомиться основами электросварки для начинающих. Речь идет об уроках, рассказывающих об особенностях создания различных швов. Приступать к выполнению более сложных работ следует лишь после того, как владелец получит достаточный опыт. Далее мы остановимся подробнее на нюансах сварочных работ и определенных хитростях этого процесса.
С чего начать подготовительный этап?
Первое, что нужно сделать тем, кто хочет научиться варить — приобрести необходимое оборудование. Полный комплект, который потребуется для выполнения подобной работы, будет включать:
- аппарат для сварки;
- набор электродов;
- молоток для отбивания шлака;
- щетка.
При выборе электрода необходимо обращать внимание на его диаметр, который будет определяться толщиной свариваемого металлического листа. Также следует позаботиться и о защите.
Для сварки нам понадобятся:
- сварочная маска со специальным светофильтром;
- плотная одежда с длинным рукавом;
- перчатки, желательно из замши.
В числе обязательных для выполнения сварочных работ инструментов должны числиться сварочный выпрямитель, трансформатор или инвертор. Именно с помощью этих аппаратов и будет решена задача по преобразованию переменного тока в постоянный, что позволит выполнять сварку.
Технология сварочного процесса
Приступая к электросварке, следует помнить о том, что эта работа проводится в условиях высоких температур. Обеспечивает выполнение подобных работ электрическая дуга, которая должна поддерживаться между электродом и свариваемым изделием.
Именно во время ее контакта с заготовкой и происходит расплавление металла основы и сварочного электрода. В этот момент возникает явление, которое среди специалистов получило название сварочной ванны. В ней основной и металл электрода смешивается в однородную массу.
Ванна может иметь различные размеры, что определяется используемым режимом сварки, пространственным положением, скоростью перемещения дуги, формами и размерами кромки и пр.Обычно она достигает в ширину порядка 8–15 мм, в длину 10–30 мм, а в глубину — около 6 мм.
На каждом электроде имеется специальное покрытие, именуемое обмазкой. В момент ее расплавления возникает специальная газовая зона в области дуги и над ванной. Благодаря ей воздух покидает зону сварки и исключается взаимодействие расплавленного металла с кислородом. Также она содержит пары основного и электродного металла.
Уже на самом шве появляется сплав, не позволяющий контактировать расплаву с воздухом, что ухудшило бы качество сварки. По мере удаления электрической дуги происходит кристаллизация металлов, в результате возникает шов, благодаря которому прочно соединяются свариваемые детали. На самом шве находится защитный слой шлака, который по окончании сварочных работ обязательно нужно убрать.
Азы электродуговой сварки
Чтобы получить как можно лучшие результаты при создании сварочного шва, начинающим сварщикам в первую очередь нужно ознакомиться с уроками, где уделяется внимание правильному выполнению этой работы на первых этапах. Желательно и получать практику выполнения сварочных работ под руководством опытного специалиста, который не только укажет на ошибки, но и подскажет, как их не допускать в будущем. Прежде чем начинать сваривать детали, нужно убедиться, что она достаточно надежно зафиксирована.
Не менее важно позаботиться о соблюдении правил пожарной безопасности: для этого нелишне будет расположить неподалеку ведро с водой. Этим же обусловлен запрет на выполнение сварки на деревянном основании. Также следует уделить внимание и небольшим остаткам использованных электродов, которые не следует оставлять на рабочем месте по завершении работы. Без этого невозможно научиться правильно варить металл.
Обязательно нужно удостовериться, что «зажим заземления» надежно зафиксирован. Следует убедиться, что кабель был изолирован и точно введен в специальный держатель. Перед работой для сварочного инвертора следует выбрать расчетный показатель мощности тока, при определении которого следует исходить из диаметра электрода. После этого можно зажигать дугу. Это делается следующим образом: нужно разместить электрод под углом около 60 градусов относительно изделия. Далее нужно не спеша провести им по поверхности. В этот момент возникают искры, теперь же электродом нужно коснуться металла, а затем поднять его, но не выше 5 мм.
При точном соблюдении всех рекомендаций должна зажечься дуга. Пока сварка не будет закончена, нужно держать электрод на расстоянии 5 мм. Следует иметь в виду, что во время сварки металла стержень электрода начнет постепенно выгорать.
Поэтому через равные промежутки времени нужно сокращать расстояние между ним и металлом. Приближать электрод к обрабатываемому изделию следует не спеша. Может возникнуть такая ситуация, что он прилипнет. В этом случае нужно несильно повернуть его в сторону. Если все попытки не позволяют зажечь дугу, то можно попробовать увеличить силу тока.
Когда дуга загорится, а ее пламя станет стабильным, можно уже начинать заниматься наплавлением валика. Электрод с зажженной другой нужно не спеша и плавно двигать по горизонтали, совершая несильные колебательные движения. Это приведет к тому, что жидкий металл начнет самостоятельно перемещаться непосредственно к центру дуги. При соблюдении всех рекомендаций можно выполнить надежный шов, сформированный в виде небольших волн, которые были созданы при помощи наплавленного металла.
Может возникнуть такая ситуация, что во время сварки изделий электрод будет полностью израсходован, но при этом его не хватило для создания всего шва.
В этом случае нужно сделать перерыв в работе. Отключив аппарат, нужно вставить новый электрод, убрать с поверхности шва шлак, а затем продолжить сварку. От созданного в конце шва углубления, часто именуемого кратером, нужно сделать отступ около 12 мм и зажечь дугу. Приближать электрод следует с тем расчетом, чтобы при контакте возник сплав из металла старого и вновь установленного электрода. Далее сварку выполняют в обычном режиме.
Особенности сваривания трубопровода инвертором
Метод дуговой электросварки подходит для создания вертикального шва при условии, что он находится с торца трубы. В случае создания горизонтального шва последний должен находиться на ее окружности. Если приходится выполнять потолочный и нижний швы, то они должны находиться сверху и снизу. Среди всех названных именно последний создает меньше проблем в выполнении.
Если приходится иметь дело со стальными трубами, то чаще всего используется метод сварки встык, предусматривающий проваривание каждой кромки по высоте стенок.
Для минимизации наплывов внутри трубы электрод следует располагать под углом не более 45 градусов относительно горизонтали. Подобный шов должен достигать в высоту 2–3 мм, а в ширину 6–8 мм. Если изделия соединяются внахлёст, то в этом случае шов будет иметь высоту 3 мм, а ширину 6–8 мм.
Подготовка
До того как приступить к электосварке металлических изделий, нужно выполнить подготовительные мероприятия:
- Со свариваемой алиментов необходимо удалить верхний слой.
- При наличии у торцов трубы неровностей их нужно срезать или же выправить.
- Далее начинаем обрабатывать кромки. Здесь необходимо не менее 10 миллиметров поверхности, прилегающей к кромкам трубы снаружи и внутри стильно зачислить до появления металлического блеска.
Основные этапы
Далее уже можно начинать непосредственно сварку трубы. Обработка каждого стыка должна выполняться непрерывно, пока они не будут полностью приварены.
Создавать поворотные и неповоротные стыки труб со стенками не более 6 мм следует как минимум в два слоя. Если стенки имеют ширину 6–12 мм, то должно быть создано три слоя, более 19 мм — 4 слоя. При сварке труб необходимо учитывать один важный нюанс: с очередного шва, создаваемого на стыке, необходимо удалять шлак, лишь после этого можно переходить к созданию нового.
Особое внимание следует уделить созданию первого шва, поскольку от него многое зависит. Выполнять его нужно таким образом, чтобы он расплавил каждую кромку и участки притупления. Очень важно обследовать его крайне внимательно, поскольку на нём могут быть трещины. В случае их обнаружения их нужно выплавить или же вырубить, после чего участок снова заваривается. При создании остальных слоев необходимо не спеша поворачивать трубу. При этом нужно помнить, что начало и конец каждого слоя должны быть располагаться со смещением по отношению к прошлому слою на расстоянии 15–30 мм.
Создавать финишный слой нужно с тем расчетом, чтобы он обеспечил плавный переход на основной металл и при этом имел ровную поверхность. Добиться наивысшего качества заваривания труб при помощи сварки можно, если очередной слой будет выполняться в обратном направлении по отношению к предыдущему, при этом их замыкающие точки должны находиться вразброс друг от друга.
Заключение
Сварочные работы отличаются достаточной сложностью, поэтому начинающим сварщикам предстоит немало потратить времени и сил, чтобы создать качественные и прочные сварные соединения. Но прежде им следует получить представление об основных моментах из уроков, без которых невозможно выполнять качественно и правильно варить металл.
Важно не только подготовить все необходимые инструменты и материалы, но и с особой тщательностью подойти к изучению технологии сварочного процесса. Это очень важно потому, что любая ошибка может впоследствии сказаться на качестве сварного шва, и если этому не уделить внимание на начальном этапе, то в дальнейшем все усилия будут напрасны, в результате придется все переделывать.
- Автор: Виталий Данилович Орлов
- Распечатать
Оцените статью:
(9 голосов, среднее: 3.6 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Введение в сварку труб под уклон
По FABTECH Expo on
Освоение техники сварки целлюлозными электродами расширяет возможности трудоустройства
НАТАН ЛОТТ И ДЖЕЙМС КОЛТОН II
Натан Лотт (Nathan Lott) — менеджер по работе с клиентами, ESAB Welding and Cutting Products, Ганновер, Пенсильвания. Джеймс Колтон II — AWS CWI, а также доцент и заведующий кафедрой инженерных технологий сварки Пенсильванского технологического колледжа, Уильямспорт, Пенсильвания,
Перепечатано с разрешения: The AWS Welding Journal
Добыча и транспортировка природного газа, а также переработка нефти и химикатов и транспортировка воды требуют сварки в полевых условиях трубопроводных труб API 5L марок X42 или X52.
Для этой тонкостенной трубы, как правило, 0,5 дюйма или меньше, многие процедуры сварки требуют сварки под наклоном с использованием процесса дуговой сварки металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW) и целлюлозных (EXX10) электродов. Пенсильванский технологический колледж (PCT), расположенный в Уильямспорте, штат Пенсильвания, между двумя крупнейшими в штате регионами, где проводится гидроразрыв пласта, преподает сварку труб вниз по склону в рамках своей программы «Технологии сварки и производства».
Эта статья включает информацию из школьной программы и передает советы, которые преподаватели дают ученикам. На рисунках показана труба диаметром 6 дюймов, сортамент 80 (стенка 0,4375 дюйма). Любые конкретные параметры или размеры, используемые в реальном проекте, всегда должны соответствовать предоставленным Спецификациям процедуры сварки (WPS), а также применимым нормам, таким как API 1104, Стандарт для сварки трубопроводов и связанных с ними объектов, и Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел IX.
Почему даунхилл и EXX10?
В ситуациях, когда требуется ручная сварка в полевых условиях, SMAW остается предпочтительным процессом, поскольку он сводит к минимуму требования к оборудованию, а квалифицированные операторы могут стабильно получать качественные сварные швы. На тонкостенных трубах сварка под наклоном позволяет операторам работать «горячо и быстро», повышая производительность по сравнению со сваркой вверх по склону, которая необходима для более толстостенных труб для увеличения подводимого тепла для обеспечения полного провара.
Для контроля расплавленной сварочной ванны и предотвращения скатывания шлака перед ванной при сварке под наклоном требуется «быстрозамерзающий» целлюлозный электрод EXX10. Эти электроды имеют тонкое покрытие (от 10 до 12% по весу), которое содержит около 30% целлюлозы (древесной муки) и связанное с ней содержание влаги. Другие ингредиенты включают натриево-силикатное связующее, диоксид титана для создания быстрозастывающего шлака, раскислители, такие как ферромарганец и ферросилиций, а также другие элементы, которые варьируются в зависимости от производителя.
Во время сварки тепло дуги плавит целлюлозу и превращает ее в монооксид углерода, диоксид углерода и большое количество водорода. Углекислый газ становится защитным газом, а водород увеличивает напряжение дуги, создавая движущую, глубоко проникающую дугу, что является желательной характеристикой при сварке шва с открытым корнем в полевых условиях, а также для проплавления ржавчины и грязи при ремонте в полевых условиях. Целлюлозные электроды также легко ударяются, что делает их хорошо подходящими для прихваточных швов.
Электроды EXX10 создают сварочную ванну, которая хорошо смачивается и распределяется, но достаточно быстро схватывается, что делает этот электрод идеальным для сварки под наклоном. Наплавленный валик плоский с крупной рябью и покрыт тонким, рыхлым шлаковым слоем, который легко снимается, что позволяет избежать шлаковых включений при многократных проходах. Интересно отметить, что первый электрод с покрытием, запатентованный в 1904 году Оскаром Чельбергом, был целлюлозного типа.
Источники питания для EXX10
Для электродовEXX10 требуется положительная полярность электрода постоянного тока (DCEP) и большее напряжение, чем для других электродов. Источники питания, предназначенные для работы с электродами EXX10, имеют высокое напряжение холостого хода (OCV), то есть напряжение на электроде до зажигания дуги. Думайте о высоком OCV как о садовом шланге с включенной водой, но закрытой насадкой. Хорошее электрическое давление напрямую связано с положительным запуском дуги. Типичные OCV находятся в диапазоне от 60 до 90 В.
Источники питания для электродов EXX10 также имеют хороший индуктор (индуктор сопротивляется изменению проходящего через него электрического тока). Катушки индуктивности действуют как резерв мощности, поддерживая дугу, пока оператор манипулирует электродом. Сварочные генераторы постоянного тока с их мощным магнитным полем и плавной выходной мощностью исторически устанавливали стандарт для характеристик дуги EXX10.
Тем не менее, новое поколение инверторов было разработано для обеспечения оптимальных результатов при сварке целлюлозными электродами, поэтому при сварке в полевых условиях можно использовать легкие портативные устройства. Эти инверторы имеют «целлюлозный» режим работы, который имитирует «падающую» кривую вольт/ампер, предпочтительную для сварки труб. Они могут создавать более четкую, мощную и движущую дугу, которая улучшает сварку с открытым корнем и характеристики дуги EXX10, а также они имеют функцию регулируемой силы дуги, поэтому операторы могут адаптировать дугу в соответствии с областью применения и личными предпочтениями.
Настройка
Труба для спуска обычно требует прилежащего угла 60 градусов или скоса 30 градусов. По сравнению с 75-градусным включенным углом или 37,5-градусным скосом для сварки труб вверх (необходимо для снижения вероятности захвата шлака при использовании электрода EXX18), более узкий угол снижает требования к наплавке и повышает производительность.
В зависимости от диаметра трубы скос заканчивается на 1⁄16 дюйма. или 3⁄32 дюйма. корневая поверхность (плоская) для поддержки тепла дуги. Операторы обычно называют эти размеры корневой поверхностью «копейка» и «никель» соответственно. Поскольку для сварки трубы требуется открытый корень для обеспечения полного проплавления, WPS требуют корневого отверстия между секциями трубы, при этом корневое отверстие обычно имеет тот же размер, что и поверхность корня.
В зависимости от WPS, диаметра трубы и личных предпочтений операторы могут выбирать, хотят ли они установить 1⁄16- или 3⁄32-дюйма. корневую поверхность и корневые отверстия, а также использовать 1/8- или 3/32-дюйма. электрод для корневого прохода. Если применение позволяет, авторы предпочитают выбирать никелевую поверхность основания и отверстие основания и 5/32 дюйма. электродом, потому что он обеспечивает гибкость, если корневое отверстие сужается по мере того, как труба нагревается, охлаждается и сжимается. Если 3⁄32 дюйма.
корневое отверстие сужается, у оператора может быть достаточно широкое отверстие, чтобы протолкнуть расплавленный металл к задней стороне соединения, а также возможность уменьшить до 1/8 дюйма. электрод. Если 1⁄16-дюйм. корневое отверстие затягивается, существует более высокая вероятность того, что оператору потребуется использовать шлифовальную машину, чтобы открыть корневое отверстие, чтобы обеспечить проникновение.
После установки толщины корневого отверстия операторы выполняют четыре или более прихваточных шва длиной 1 дюйм в положениях на 12, 3, 6 и 9 часов, чтобы сохранить толщину корневого отверстия и удерживать трубу на месте. Обратите внимание, что размер допустимого прихваточного шва зависит от диаметра трубы. Прихватки должны быть отшлифованы до голого металла, а концы зачищены.
Успешная сварка труб требует правильной настройки: концентрически выровняйте концы труб и убедитесь, что отверстие в корне трубы равномерным по всей окружности. Если настройка не идеальна, исправьте ее сейчас, если это вообще возможно.
Корневой проход: четыре ключевых корректировки
Установите силу тока сварки в соответствии с WPS, а затем в соответствии с личными предпочтениями. Типичные начальные значения составляют от 80 до 90 А для 1/8-дюймового. электрод и от 105 до 115 А для 5/32-дюймового. электрод. Зажгите дугу на прихваточном шве в верхней части трубы, удерживая стержень перпендикулярно трубе. Оператор отчетливо услышит дугу при ее прохождении через трубу, а за электродом откроется небольшая «замочная скважина». В этот момент наклоните электрод и начните двигаться к нижней части трубы, удерживая угол сопротивления от 5 до 15 градусов и двигаясь по прямой линии (например, без переплетения).
Снаружи трубы будет видно очень мало света дуги. Опытные сварщики труб знают, как прочитать замочную скважину и сделать одну из четырех регулировок, чтобы контролировать размер замочной скважины, который должен примерно соответствовать ширине корневого отверстия. Если оператор не видит замочную скважину, это говорит о недостаточном проникновении.
Чтобы исправить ситуацию, оператор может выполнить одно или несколько из следующих действий:
- Увеличение силы тока, обычно выполняемое на лету помощником сварщика с дистанционным управлением силой тока.
- Удерживайте более длинную дугу, что увеличивает напряжение и общее тепловложение.
- Используйте больший угол сопротивления, который возвращает больше тепла обратно в сустав.
- Уменьшить скорость движения.
Если замочная скважина слишком велика, оператор может внести одно или несколько из следующих исправлений:
- Уменьшить силу тока.
- Увеличивайте скорость движения до тех пор, пока замочная скважина не достигнет нужного размера.
- Уменьшите длину дуги, чтобы снизить напряжение и «охладить» сварочную ванну.
- Держите электрод более перпендикулярно.
Новичкам обычно требуется сильнее надавить на электрод, чем они думают («закапывать стержень» — распространенная инструкция).
Иногда правильное давление может привести к небольшому изгибу стержня, особенно с электродом меньшего диаметра и узким корневым отверстием.
Операторы могут столкнуться с двумя проблемами при корневом проходе. Одна из проблем заключается в том, что дуга может отклоняться в сторону, и это может быть вызвано проблемой концентричности покрытия электрода. В SMAW кратер покрытия или чашеобразное образование покрытия, выходящее за пределы плавящегося сердечника проволоки, выполняет функцию концентрации и направления дуги. Концентрация и направление потока дуги достигается наличием кратера покрытия, чем-то похожего на сопло водяного шланга, направляющего поток металла шва. Когда покрытие не концентрично основной проволоке, неправильное направление дуги приводит к непостоянству сварных швов, плохому экранированию и неполному провару. Электрод плавится неравномерно, оставляя выступ на той стороне, где покрытие наиболее тяжелое. Это состояние часто называют «пальцевым ногтями».
Во избежание заедания гвоздями продвиньте тонкую сторону электрода дальше в канавку, чтобы направить силу дуги в соединение.
Вторая проблема, имеющая аналогичное решение, — это дуновение дуги, когда магнитные силы пытаются подтолкнуть дугу к одной стороне соединения. В этом случае подтолкните электрод к противоположной стороне соединения и попытайтесь создать более равномерную скорость плавления. Дуговой разряд может быть вызван плохим заземлением. Убедитесь, что труба хорошо заземлена; изменение положения зажима заземления может решить проблему.
Старые электроды также могут вызывать проблемы при сварке. В то время как электроды EXX18 с низким содержанием водорода будут поглощать влагу и вызывать проблемы, целлюлоза в электродах EXX10 может высыхать, оставляя недостаточно газов для правильной работы электрода.
Горячий проход
Хороший корневой шов создаст усиление на внутренней стороне трубы, которое находится на одном уровне с внутренней частью. Снаружи корневой шов оставляет выпуклый (горбатый) валик шва с «тележными следами» шлака с обеих сторон. Отшлифуйте борт дисковой шлифовальной машиной, чтобы немного сгладить борт и обнажить гусеницы вагонов, так как они могут задерживать шлак.
Не шлифуйте валик слишком тонко, так как он должен выдерживать тепло горячего прохода, при котором шлак поднимается вверх, чтобы он присоединялся к новому слою шлака, а не задерживался.
Если WPS позволяет увеличить диаметр электрода, обратите внимание, что использование 5/32-дюймового. электрод и более нагретый электрод лучше расплавляют шлак. Однако, используя 5⁄32- или 3⁄16-дюймовый. Электрод позволит наложить больше металла шва в канавку, чтобы заполнить канавку быстрее. При использовании большего количества металла сварного шва необходимо соблюдать осторожность при использовании электродов большего размера, чтобы использовать правильную технику, чтобы избежать разрывов, которые могут попасть в ловушку.
При выполнении горячего прохода может потребоваться небольшое переплетение для заполнения шва, а удержание более длинной дуги также помогает расширить бассейн и увеличить поступление тепла. В противном случае электрод не требует особых манипуляций, пока не достигнет дна сустава.
Здесь при сварке трубы в положении 5G или 6G бассейн может иметь тенденцию к провисанию. Если вы работаете с помощником, попросите помощника уменьшить силу тока. Кроме того, многие операторы используют шаговое движение: перетащите электрод вперед, чтобы расплавить шлак, отойдите на диаметр электрода назад, чтобы дать переднему краю ванны возможность остыть, затем двигайтесь вперед и повторяйте.
Если бассейн становится жидким и стремится опережать дугу при переходе из положения «2 часа» в положение «4 часа», существует ошибочное представление о том, что силу тока следует уменьшить. Чаще всего решение состоит в том, чтобы увеличить силу тока и использовать дополнительную силу дуги, чтобы протолкнуть бассейн обратно в соединение. Кроме того, может потребоваться увеличить скорость движения, чтобы оставаться впереди пула.
При переходе к нижней части трубы обязательно сохраняйте угол сопротивления. Большой процент дефектов сварки возникает из-за неправильного угла наклона электрода между 4 и 8 часами.
Обратите внимание, что после корневого прохода WPS может потребовать электрод E7010 или E8010; независимо от электрода типа EXX10 методика будет одинаковой. Также обратите внимание, что некоторые производители электродов предлагают электроды EXX10 и EXX10 «плюс». Электроды «плюс» создают чуть более узкую и менее плавную дугу, поэтому операторы предпочитают их для корневого прохода. Стандартные электроды EXX10 создают чуть более плавную дугу, которая помогает смачивать боковые стенки на горячем проходе и распределять лужу на заполняющем и закрывающем проходах.
Заливка и крышка
Для заполнения и закрытия операторы обычно используют самый большой разрешенный электрод, часто 3⁄16 дюйма. чтобы обеспечить большее осаждение и помочь создать более широкий пул. На самом деле, кепку, сделанную за один проход, часто называют «кепкой для пула».
Для первого прохода заполнения используйте плетение, чтобы обеспечить сцепление со стенкой трубы.
Перемещение электрода из стороны в сторону и создание перевернутой U-образной формы является обычным явлением, так как удерживает более длинную дугу, чем для предыдущих проходов. В сочетании с правильным углом сопротивления эти методы предотвращают провисание центра бассейна.
Поскольку одним из наиболее распространенных дефектов является недостаточное заполнение, может потребоваться добавление «зачистки» для наращивания металла шва так, чтобы он был заподлицо или почти заподлицо с верхней частью соединения. Точки между позициями 2 и 5 и 7–10 часов печально известны низкими точками в центре, и может потребоваться добавление прохода стриптизерши в этой области.
Заглушка должна доводить металл сварного шва до точки, в которой заглушка находится заподлицо на высоте не более 1/16 дюйма над поверхностью трубы. Без необходимости врезки в стенку трубы можно использовать меньшие токи, чем для заполняющего(их) прохода(ов).
Практика ведет к совершенству
Сварка трубы вниз по склону целлюлозными электродами не сложнее, чем сварка вверх по склону, но для этого требуются другие методы.
Навыки, полученные для сварки в гору, просто не применимы. Например, метод «взмах и пауза», необходимый для сварки на подъем EXX10, не подходит для сварки на спуск, а шлаковые системы для основных и рутиловых электродов обеспечивают совершенно разные характеристики.
В Технологическом колледже Пенсильвании студенты тратят 80 часов на вводный курс по сварке труб на спуске. Курс обеспечивает хорошую основу и позволит студентам узнать, есть ли у них способности к этому процессу. Однако, как и во всех сварочных работах, есть только один способ приобрести мастерство: провести время в кабине и попрактиковаться — спускаться вниз.
Pipe Design API 5L – какие методы сварки использовать? Сварочные электроды? Классификация AWE? – Engineers For Engineers
марки труб
Марки труб классифицируются в соответствии со спецификацией API 5L. Спецификация устанавливает требования для двух уровней спецификации продукта – PSL 1 и PSL 2.
PSL 1 : Включает требования к химическому составу, пластичности, минимальному пределу текучести и минимальному пределу прочности.
PSL 2 : Добавляет требования к максимальному пределу текучести и максимальной прочности на растяжение.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НА ТРУБЕ API 5L
Количество материала, необходимого для заполнения составного конического соединения, меньше, чем для подготовки под углом 60 градусов, поэтому производительность 
В этой таблице указаны распространенные сварочные электроды по классу труб API 5L. Окончательный выбор продукта должен зависеть от проекта. Конкретные рекомендации по электродам зависят от спецификаций проекта, включая превышение прочности и минимальные требования к ударной вязкости.
Рекомендуется для сварки корневого прохода труб класса до Х80, а также для сварки горячим, заполняющим и защитным проходом труб класса до Х65.
Таким образом, допустимое напряжение может варьироваться в зависимости от среды, в которой он установлен или будет установлен и введен в эксплуатацию. Для различных сред используются несколько коэффициентов безопасности. Например, для компрессорной станции, расположенной в Ханне, Альберта, не требуется такого же уровня запаса прочности, как для станции, расположенной в городе Калгари.
8 является более консервативным, когда внутри компрессорных станций, поскольку коэффициент класса площади составляет 0,4 или 0,5, а допустимое напряжение составляет всего 14 400 или 18 500 фунтов на квадратный дюйм для 5L-B и 16 800 фунтов на квадратный дюйм или 21 000 фунтов на квадратный дюйм для X42. В B31.3 указано допустимое напряжение 20 000 фунтов на квадратный дюйм для A106B. Это означает, что для того же металла и тех же условий эксплуатации B31.8 будет давать меньшую толщину стенки, чем B31.3, если это не конструкция компрессорной станции.