12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сварка продольных швов труб высокочастотной сваркой

способ сварки стыков прямошовных сварных труб из сталей повышенной прочности

Изобретение может быть использовано для сварки продольных швов сварных труб большого диаметра из высокопрочных сталей при строительстве магистральных, промысловых и морских трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности. Осуществляют лазерно-дуговую сварку внешнего шва Х-образной разделки плавящимся электродом в импульсно-периодическом режиме. Частота пульсаций дуги совпадает с частотой лазерных импульсов и составляет 380-420 Гц. После чего выполняют сварку внутреннего шва за один проход электрической дугой в защитном газе или под слоем флюса. Способ позволяет сваривать толстостенные трубы с получением высоких прочностных и качественных характеристик сварного шва. 2 ил., 2 табл.

Формула изобретения

Способ сварки стыков прямошовных сварных труб из высокопрочных сталей, включающий выполнение Х-образной разделки, сварку внешнего шва Х-образной разделки лазерно-дуговой сваркой плавящимся электродом, сварку внутреннего шва за один проход электрической дугой в защитном газе или под слоем флюса, отличающийся тем, что лазерно-дуговую сварку ведут в импульсно-периодическом режиме, причем частота пульсаций дуги совпадает с частотой лазерных импульсов и составляет 380-420 Гц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сварки продольного шва труб большого диаметра и может быть использовано как при производстве сварных труб в электросварочных агрегатах, так и при строительстве магистральных, промысловых и морских трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ производства сварных прямошовных труб [патент РФ № 2296023]. Способ включает формовку полосы в трубную заготовку, нагрев свариваемых кромок при ее транспортировании через высокочастотный индуктор с цилиндрическим ферромагнитным сердечником, установленным внутри трубной заготовки вдоль ее оси, последующее сближение и сжатие кромок валками сварочной клети.

Недостатком способа является необходимость пластического деформирования свариваемых кромок, что требует создания больших механических усилий. Недостатком также является необходимость в удалении грата, образующегося в результате пластической деформации свариваемых кромок, что приводит к увеличению трудоемкости изготовления труб.

Известен способ лазерно-дуговой сварки см. патент [заявка WO № 2006129024]. Способ характеризуется тем, что создают единую жидкую сварочную ванну металла при одновременном воздействии лазерного луча, передаваемого оптическим волокном, и воздействуют электрической дугой с плавящимся электродом в среде защитного газа. Электрическая дуга обеспечивает плавление присадочного материала, а лазерный луч стабилизирует горение дуги на высоких скоростях сварки и обеспечивает глубокое проплавление свариваемых кромок. Сварка по данному способу выполняется на всю глубину за один проход. Изобретение в основном применяется для сварки трубопроводов.

Недостатком способа является низкое качество сварного шва, поскольку описанное в способе лазерно-дуговое воздействие характеризуется высокими скоростями сварки и охлаждения, вызывающими образование мартенситной структуры металла шва. В результате, данный способ не обеспечивает требуемые механические свойства металла шва при сварке новых высокопрочных трубных сталей.

Известен способ сварки стыков прямошовных стальных труб, выбранный за прототип [заявка JP № 2007283356]. Способ сварки реализуют, выполняя Х-образную разделку, угол разделки с внешней стороны составляет от 20 до 40 градусов. Внешний шов Х-образной разделки сваривают, используя лазерно-дуговую сварку плавящимся электродом, а именно комбинацию электрической дуги в защитном газе и лазера с выходной мощностью от 1 до 20 кВт. После этого внутренний шов сваривается за один проход электрической дугой.

Недостатком способа является невозможность обеспечения требуемых механических свойств, т.е. низкое качество сварного соединения при сварке труб с повышенной толщиной стенки.

Задачей настоящего изобретения является повышение прочности и качество сварного шва соединения труб с повышенной толщиной стенки.

Предлагается способ сварки стыков прямошовных сварных труб из сталей повышенной прочности, включающий выполнение Х-образной разделки, затем проводят лазерно-дуговую сварку плавящимся электродом в импульсно-периодическом режиме внешнего шва Х-образной разделки, причем частота пульсаций дуги совпадает с частотой лазерных импульсов и составляет 380-420 Гц. После чего выполняют сварку внутреннего шва за один проход электрической дугой в защитном газе или под слоем флюса. При сварке в импульсно-периодическом режиме работает как лазер, так и дуговой источник питания. Одновременное применение импульсно-периодического режима лазера и дугового источника способствует организации капельного переноса присадочного материала — плавящегося электрода в сварочную ванну. Частота импульсов определяется временем образования капли на торце плавящегося электрода. Применение импульсно-периодического режима, определяющего наряду с химическим составом металла шва характер кристаллизации, позволяет получить мелкодисперсную структуру металла шва и способствует росту его предела прочности и ударной вязкости, что повышает прочность и качество сварного шва.

В качестве присадочного материала используется металлопорошковая проволока, химический состав которой обеспечивает требуемый химический состав металла шва.

Способ опробован на сварке стыков прямошовных труб из сталей повышенной прочности 10Г2ФБЮ толщиной s=22 мм. Первоначально выполняли Х-образную разделку, где o =20°, i =60°, d o =14 мм, d f =4 мм, d i =4 мм. (Фиг.1)

Лазерно-дуговую сварку проводили на волоконном лазере ЛС-15 с использованием импульсного сварочного дугового источника питания EWM Phoenix 500 Expert Plus. Лазерно-дуговую сварку плавящимся электродом выполняли при средней мощности лазерного излучения 12,5 кВт.

Частота повторения импульсов составляла 380-420 Гц. В качестве плавящегося электрода использовали металлопорошковую проволоку POWER BRIDGE 60М (ТУ 1274-021-11143754-2005) диаметром 1,2 мм, при скорости подачи проволоки 15 м/мин, токе дуги 250-280 А, напряжении 27,5 В, скорости сварки 1,5 м/мин, защитном газе — 75%CO 2 +25%Ar. Получили сварной шов глубиной 14 мм. (Фиг.2). Затем осуществляли автоматическую дуговую сварку внутреннего шва по известной технологии автоматической сварки в защитных газах металлопорошковой проволокой POWER BRIDGE 60М диаметром 1,2 мм при скорости подачи проволоки 9 м/мин, токе дуги 290А, напряжении 24 В, скорости сварки 0,4 м/мин, защитном газе — 75%CO 2 +25%Ar. Аналогичный результат будет получен при автоматической дуговой сварке под слоем флюса.

Макрошлиф одностороннего сварного соединения, выполненного при мощности лазерного излучения 12,5 кВт и использовании металлопорошковой проволоки POWER BRIDGE 60М диаметром 1,2 мм (Фиг.2).

Для анализа равномерности заполнения наплавленным металлом центральной части сварного соединения стыков прямошовных труб, на установке микрорентгеноспектрального анализа выполнен анализ содержания легирующих элементов, содержащихся в сварочной металлопорошковой проволоке. Результаты анализа металла лазерно-дугового шва в трех точках, а также типовой состав наплавленного металла при дуговой наплавке приведены в таблице 1.

Точка 1 — верхняя часть шва.

Точка 2 — середина шва.

Точка 3 — нижняя часть шва.

Таблица 1.
Химический состав наплавленного металла.
Химический состав по точкамNiMnTiSiFe
Точка 10,2481,6560,0030,6097,230
Точка 20,1541,510,0060,31798,47
Точка 30,1571,4820,0150,40597,706
Типовой состав наплавленного металла при дуговой наплавке проволокой POWER BRIDGE 60М0,3-0,51,3-1,50,05-0,030,5-0,7Ост.

В ходе процесса лазерно-дуговой сварки проникновение электродного наплавленного металла происходит по всей высоте шва глубокого провара. Наименьшему выгоранию подвергается марганец, наибольшему — никель и титан, однако, содержание этих элементов достаточно для стабилизации механических свойств шва. При испытаниях ударной вязкости металла шва при температуре испытания -40°C получены результаты, приведенные в таблице 2.

Таблица 2.
Частота, Гц
380400420
Ударная вязкость, Дж/см 2250290275

Ударная вязкость характеризует прочностные свойства сварного соединения, чем выше вязкость, тем выше прочностные свойства, что характеризует качество сварного шва стыков прямошовных труб из сталей повышенной прочности.

Схемы сварки пластмасс током высокой частоты

При сварке ТВЧ обкладками конденсатора являются электроды сварочной установки. Сварка может осуществляться по прессовой и роликовой схемам (рис.5.3).

Рис.5.3. Прессовая (а) и роликовая (б) высокочастотная сварка пластмасс: 1 – заземленная обкладка конденсатора; 2 – свариваемый материал; 3 – высокопотенциальный электрод; 4 — высокопотенциальный ролик; 5 — низкопотенциальный ролик

При прессовой сварке (рис.5.3, а) соединение получают за один рабочий цикл. Конфигурация сварных швов соответствует конфигурации электродов. Сварной шов укладывается одновременно по всему контуру, т.е. все участки шва свариваются в одном и том же режиме, нагрев происходит равномерно, что обеспечивает высокое качество сварного соединения. Электроды одновременно обеспечивают нагрев и необходимое сварочное давление.

Разновидностью прессовой сварки являются точечная и шовно-шаговая сварка.

Точечная сварк а отличается тем, что свариваемая площадь очень мала, и применяется в основном для сборки изделий и прихватки заготовок под прессовую и шовную сварку.

При шовно -шаговой сварке материалы свариваются участками с определенным шагом либо с перекрытием для получения строчки или непрерыв- ного шва. Подача материалов на шаг осуществляется в момент подъема электродов. При сварке синтетических тканей и пленок для этого используют машины типа швейных, оборудованные точечными электродами и механизмом шаговой подачи материалов на 1-2 мм.

Роликовая св арка (рис.5.3, б) используется для получения непрерывных протяженных швов. Электродами при этом служат ролики или диски, вращающиеся в противоположном направлении. Один электрод-ролик соединяется с высокопотенциальным выводом генератора ТВЧ, а другой заземлен. Роликовая сварка обладает рядом недостатков, затрудняющих её использование. Во-первых, при большой скорости сварки сварной шов не успевает охладиться под давлением и выходит из-под электродов-роликов в нагретом состоянии. Это приводит к значительным деформациям шва, особенно при больших толщинах свариваемого материала. Во-вторых, электрическая емкость между роликами мала, что также не позволяет достичь больших скоростей сварки. Указанные недостатки обуславливают целесообразность применения роликовой сварки ТВЧ только для соединения тонких пленок, так как с повышением толщины пленок скорость сварки значительно снижается. Так, при толщине пленки 100 мкм оптимальная скорость сварки составляет 6 м/мин, а при толщине 200 мкм – 2 м/мин.

Читать еще:  Техника сварки угловых швов в вертикальном положении

Прессовая сварка ТВЧ позволяет получить соединения внахлестку (рис.5.4, а, б, в), встык (рис.5.4, г, д), встык с одной или двумя накладками, втавр, на ус, с отбортовкой кромок (рис.5.4, ж, з) и т.д. Для достижения более полного контакта между соединяемыми поверхностями может применяться присадочный материал.

Рис.5.4. Виды сварных соединений и схемы размещения электродов при сварке: а, б, в – внахлестку; г, д, – встык; е – угловое; ж, з – с отбортовкой кромок; (+) — высоковольтный электрод; (-) – заземленный электрод

При использовании электродов (рис.5.4 б, ж, з) сварка может выполняться с одновременной отделкой шва и обрезанием по его краю. В этом случае электроды имеет специальную кромку (рис.5.5). В случае применения составного электрода часть его, предназначенную для сварки основного шва, изготавливают из полосы латуни, к которой винтами крепится обрезной нож, выполненный из стальной ленты и заточенный под углом 30°.

Рис.5.5. Форма электрода для сварки с одновременным обрезанием: 1 – электрод; 2 – обрезной нож; 3 — свариваемые пленки; 4 — низкопотенциальный электрод; 5 – диэлектрическая прокладка

Для получения сварных швов с различной конфигурацией и с одновременным вырезанием изделия широкое распространение находят электроды, представленные на рис.5.6. При работе с указанными электродами с целью ис-ключения электрического пробоя электрод, совмещенный с нижней плитой сварочного пресса, рекомендуется покрывать листом материала, имеющим высокие диэлектрические характеристики, например гетинаксом.

Рис.5.6. Формы рабочей части электродов для высокочастотной сварки с одновременным обрезанием изделия

Расположение электродов, приведенное на рис.5.4, д, используется при сварке труб встык, а также в случаях, когда невозможно расположить электроды с двух противоположных сторон сварного шва, например при сварке встык линолеума на теплоизоляционной прокладке. Сварка кольцевых (поперечных) стыков винипластовых труб по этой схеме осуществляется с помощью разъемных или неразъемных электродов (рис.5.7, а). Для исключения появления грата внутри трубы вставляется вкладыш, выполненный из материала с малыми диэлектрическими потерями. Для облегчения удаления вкладыш выполняется разъемным. Подвод тока при такой конструкции значительно облегчен.

Рис.5.7. Схема сварки кольцевых швов винипластовых труб (а) и электродом с накладками (б) Чтобы уменьшить продавливание свариваемого материала и этим увеличить его прочность в околошовной зоне, применяют электроды с накладками (рис.5.7, б), выполненными из диэлектрического материала, например из фторопласта-4, который не нагревается в поле ТВЧ.

При сварке термопластов, имеющих малый фактор диэлектрических потерь, применяют электроды, нагреваемые током промышленной частоты. В полости электрода устанавливают помещенную в кварцевую или керамическую трубку электрическую спираль. Электрод нагревается до необходимой температуры, а затем включается ТВЧ, причем в этот момент электрод от сети промышленной частоты отключается.

Электроды для контурной сварки (рис.5.8) имеют рабочую поверхность, повторяющую конфигурацию и размеры сварного шва. Обычно такие электроды имеют вид рамки, изготовленной из полос латуни, соединенных болтами или пайкой. Рамка крепится на плите толщиной 10-15 мм. При необходимости обрезания материала одновременно с его сваркой на рабочих элементах электродов устанавливают обрезные ножи.

Рис.5.8. Электроды для контурной сварки

В тех случаях, когда мощности генератора недостаточно для сварки всего изделия по контуру, а сварка шаговым методом не удается из-за трудности совмещения швов или рисунков, применяют коммутационные электроды, состоящие из нескольких изолированных друг от друга секций, которые подключаются к генератору поочередно с помощью коммутатора. В процессе сварки все изделие прижато по зоне сварки в прессе, и выполнение швов обеспечивается последовательно без перестыковок.

Рис.5.9. Схема сварки продольных швов труб из ПВХ: 1 – труба; 2 – высоковольтный электрод; 3 – шарнирный электрод материал

Сварка продольных швов труб из пластифицированного ПВХ может производиться шаговым способом (рис.5.9). За одну операцию сваривается шов длиной 500-700 мм. Каждый предыдущий шов перекрывается последующим на 10 мм. Заземленным электродом является шарнирный электрод, а высоковольтный электрод представляет собой нож шириной 4 мм, укрепленный в электродержателе. Такая же схема сварки может быть использована для соединения нахлесточным швом мягких лент при изготовлении рукавов, шлангов и т.п. (рис.5.10).

Рис.5.10. Схема сварки рукавов из пленки продольным швом: 1 – верхний электрод; 2 – нижний электрод; 3 – рулонный Сварка ТВЧ может быть использована и для изготовления объемных изделий, для чего служат электроды сложной формы.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Высокочастотная сварка

Высокочастотной сваркой изготавливают прямошовные трубы из неочищенной горячекатанной малоуглеродистой стали. Применение радиочастоты ( более 400 кГц) позволяет сваривать продольные швы труб из алюминия, жаропрочных сплавов, легко окисляющихся металлов. Швы получаются с незначительным внутренним гратом, с малой шириной зоны термического влияния, с хорошими механическими свойствами. Существенный недостаток высокочастотной сварки — сложность оборудования. [46]

Применение высокочастотной сварки наиболее эффективно при непрерывных процессах изготовления изделий достаточно простой конфигурации, выпускаемых массовыми сериями, поэтому этот способ нашел наибольшее распространение в производстве прямо — и спиральношовных труб из черных и цветных металлов, оболочек электрических кабелей, в приварке ребер, изготовлений профилей. Описанию наиболее эффективных процессов с применением высокочастотной сварки давлением посвящена эта глава. [48]

Применение высокочастотной сварки при изготовлении биметаллической проволоки представляется целесообразным, Принципиальная схема этого процесса во многом напоминает схему высокочастотной сварки оболочек кабеля. Проволока, предназначенная для сердечника, разматывается из бунта, и передний конец ее с помощью стыкосварочной машины приваривается к заднему концу проволоки предыдущего бунта. Для обеспечения непрерывности процесса определенное количество проволоки накапливается в петлевом устройстве. Затем проволока проходит через внутренний калибр валков формовочного устройства, сварочной машины, редукционного и калибровочного станов и наматывается на барабан с готовой продукцией. [49]

Применение высокочастотной сварки возможно только для пластиков, характеризующихся, относительно высокими электрическими потерями: винипласт, пластикат, сополимеры на базе полихлорвинила и полиамиды. [51]

Метод высокочастотной сварки , обеспечивающий высокую скорость и хорошее качество сварного шва, нашел широкое применение в производстве электросварных труб, вытесняя контактную сварку сопротивлением, дуговую под флюсом и в защитных атмосферах а. [52]

Для высокочастотной сварки пригодны термопласты, имеющие значительный дипольный момент и большой тангенс угла диэлектрических потерь. [54]

Метод высокочастотной сварки в принципе применим лишь длч тех термопластичных материалов, которые состоят из молекул, имеющих полярные группы. Винипласт, химическую основу которого составляет полихлорвинил, относится именно к таким материалам. [55]

Сущность высокочастотной сварки состоит в нагреве до пластичного состояния соединяемых участков детали электрическими токами высокой частоты с последующим сжатием, приводящим к образованию соединения. [57]

При высокочастотной сварке используются диэлектрические свойства пластмасс. [59]

При высокочастотной сварке нагревание деталей осуществляется за счет диэлектрических потерь в свариваемых материалах. При этом тепло генерируется по всему объему материала, чем достигается равномерный его прогрев по всей толщине. Время разогрева материала зависит от диэлектрических потерь его, величины тепловых потерь, напряжения и частоты тока. [60]

Сварка прямошовных труб малого и среднего диаметров

Высокочастотная сварка давлением с предварительным нагревом и местным расплавлением свариваемых поверхностей нашла наибольшее применение в производстве прямошовных труб малого и среднего диаметров. В 1975 г. методом высокочастотной сварки в СССР ежедневно изготовлялось более 3 млн. м сварных труб из углеродистых и нержавеющих сталей, сплавов алюминия, меди и титана диаметром от 10 до 530 мм с толщиной стенки от 5 до 10 мм.

Рисунок 1 — Схема агрегата для производства прямошовных труб

Изготовление труб на трубоэлектросварочном агрегате

Принципиальная схема агрегата для высокочастотной сварки прямошовных труб приведена на рис. 1. Лента в рулонах поворотным краном подается на конвейер 1 и разматыватель 2, затем правится в валково машине 3 и после обрезки концов с помощью ножниц 4 сваривается в непрерывную ленту на стыкосварочной машине 5

Оразовавшийся при сварке грат удаляется гратоснимателем Петлеобразователь 6 предназначен для создания запаса ленты перед формовочным станом и обеспечения непрерывного процесса производства труб во время обрезки и сварки концов ленты и снятия грата. Приводными тянущими роликами лента подается к формовочному стану 7. В некоторых случаях перед формовкой кромки ленты обрезаются на дисковых ножницах.

Читать еще:  Чем промазать швы на крыше?

Формовочный стан состоит из горизонтальных и вертикальных клетей. Сформованная трубная заготовка поступает в сварочную машину 8, где производится нагрев кромок и формирование сварного соединения. Наружный грат снимается гратоснимателем резцового типа. Сваренные трубы охлаждаются до температуры 50—60° С в холодильнике 9 водовоздушной смесью, которая подается на поверхность труб через систему сопел. Окончательная калибровка трубы по диаметру осуществляется на стане 10, каждая клеть которого состоит из пары горизонтальных и пары вертикальных валков: горизонтальные — приводные, вертикальные — неприводные.

Продольная кривизна труб устраняется в правильной клети, имеющей две последовательно расположенные четырехвалковые обоймы. В дальнейшем труба поступает или в редукционный стан 12, пройдя нагрев в индукционной печи 11 и резку на летучей пиле 13, или на трубоотрезной станок, а затем на участок отделки 14, 15. При локальной нормализации шва индукционный нагреватель размещается непосредственно после гратоснимателя.

Выбор оптимальных параметров сварочных устройств

Свариваемый сортамент труб ограничивается отношением D/2d. Максимальное значение D/2d определяется условием устойчивости заготовки данного диаметра при осадке с оптимальным давлением, т. е. тонкостенность свариваемой трубной заготовки зависит от свариваемого диаметра и материала заготовки (табл. 28). Максимальное значение толщины стенки при заданном диаметре трубы определяется допустимыми электрическими потерями в ее теле, а при очень малых соотношениях — и возможностями процесса формовки.

Как было показано в гл. I, сварка труб, толщина которых определяется отношением D/2d (табл. 1), может быть осуществлена в широком диапазоне частот тока. Поэтому решающим фактором является простота и надежность конструкции системы передачи тока, зависящей в значительной степени от пропускаемого тока. Чем выше частота и длительнее время нагрева, тем меньше ток (рис. 2).

Снижение сварочного тока за счет увеличения времени нагрева нецелесообразно, так как при этом увеличиваются тепловые потери вследствие отвода тепла в тело свариваемой заготовки. Наиболее эффективно уменьшение тока за счет повышения частоты до 200—500 кГц. Дальнейшее повышение частоты, как правило, нежелательно, так как заметного уменьшения тока это не дает и ухудшаются показатели источников питания сварочных устройств. Поэтому с учетом выделенного в СССР льготного диапазона частот для высокочастотной сварки труб малого и среднего диаметров принята частота 440 кГц, хотя в отдельных случаях применяются частоты 70 и 10 кГц. За рубежом для сварки таких труб применяют частоты 170—500 кГц.

Таблица 1 — Предельные значения отношения D/2d для труб диаметром от 10 до 530 мм

Наружный
диаметр
трубы, мм

(D/2d) max для труб

(D/2d) min для труб

из малоуглеродистой стали

из аустеиитной стали

из меди, л ату и и

из алюминиевых сплавов

из алюминиевых и медных сплавов

Рисунок 2 — Зависимость сварочного тока от частоты и времени нагрева: 1-0.1c, 2-0.2c, 3-0.4c, 4-1c

Рисунок 3 — Зависимость поправочного коэффициента kМ от диаметра свариваемых труб D

Выбор способа подвода тока к свариваемым кромкам также имеет важное значение. Обратимся к графику зависимости коэффициента изменения мощности kM (или приведенной мошности) от диаметра свариваемой трубной заготовки D(рис.3)

Наименьший расход электроэнергии при индукционном подводе тока с помощью охватывающего индуктора наблюдается при сварке труб диаметром 35—45 мм. Если принять мощность, потребляемую при сварке труб диаметром 35—45 мм за единицу, то отношение этой мощности к мощности, необходимой для сварки трубы другого диаметра, даст коэффициент изменения мощности kМ. Необходимо заметить, что при контактной системе подвода тока значение приведенной мощности для сварки труб диаметром 35—45 мм примерно такое же, как при индукционном подводе, и практически не меняется с изменением диаметра трубы. Поэтому при сварке труб малого диаметра следует рекомендовать только систему индукционного подвода тока. С ростом диаметра свариваемой заготовки значительно увеличивается потребляемая мощность, и при диаметре заготовки 220 мм она удваивается по сравнению с мощностью, необходимой для сварки труб диаметром 35—45 мм.

Однако экономичность процесса определяется не только энергетическими показателями. В табл. 29 приведены значения скорости, приведенной мощности и частоты тока при различных способах подвода тока для высокочастотной сварки труб диаметром 159— 220 мм. Из таблицы видно, что при сварке труб диаметром 159 и 168 мм потребляемые мощности при контактном способе с помощью вращающихся контактов и индукционном практически одинаковы, а по данным фирмы «Терматул», для труб диаметром 168 мм можно уменьшить эту мощность на 10—12%, если применить скользящие контакты. Лишь при сварке труб диаметром 219 мм разница в мощностях становится ощутимой

Помимо возможности иметь меньшую длину нагреваемых кромок и меньший расход мощности, система с контактным подводом тока удобна при перестройке стана, связанной с переходом с одного диаметра труб на другой. В то же время этой системе присущи следующие недостатки.

Необходимость симметричной передачи тока к свариваемым кромкам посредством контактов, симметрично расположенных относительно вертикальной плоскости. Периодическое смещение кромок относительно контактов приводит к снижению качества сварного соединения, особенно в непрерывных трубосварочных станах при прохождении через формовочную и сварочную машины стыка полос следующих друг за другом рулонов.

Возможность появления на поверхности трубы локальных оплавленных участков (поджогов), возникающих вследствие образования электрической дуги в момент нарушения контакта. Нарушение контакта происходит при прохождении стыка, дефектах формовки или свариваемой ленты.

Необходимость периодической остановки стана при смене контактных наконечников или проточке вращающихся электродов. По данным Северского трубного завода, среднее время работы вращающихся контактов без проточки — одна рабочая смена, а время проточки электродов — 15—20 мин. При применении контактных систем со скользящими контактами в зависимости от величины передаваемой мощности, качества поверхности трубной заготовки, ее материала стойкость контактных наконечников такова, что можно сварить от 1,5 до 30 тыс. м труб, используя пару наконечников. Время, необходимое для смены пары контактодержателей, — 20 мин. По данным фирмы «Терматул», при использовании сварочного устройства мощностью 280 кВт средняя стойкость контактных наконечников 3000 м, а время, необходимое для их замены, — 10 мин.

Таблица 2. Значения скорости, приведенной мощности и частоты при высокочастотной сварке труб диаметром 159—220 мм

svarka-24.info

Горячекатаные трубы диаметром от 25 до 820 мм изготовляют при помощи различных станов: автоматических, пилигримовых, непрерывных, трехвалковых раскатных и др. Процесс производства труб выполняют следующим образом. На установку поступают цилиндрические заготовки небольшой длины, нагретые до температуры 1150 – 1280° С. На прошивном стане заготовку прошивают в толстостенную гильзу при помощи оправки, надетой на стержень.После прошивки заготовку вторично подогревают и раскатывают в трубу на неподвижной оправке, установленной в калибре двухвалкового стана. Для придания трубе круглой формы, уменьшения разностенности и улучшения качества поверхности трубу пропускают через обкатную машину, а затем через калибровочный стан, обеспечивающий получение окончательных размеров трубы по диаметру.

Холоднокатаные трубы получают прокаткой на станах холодной прокатки или при помощи сочетания процессов холодной прокатки и волочения. При изготовлении холоднотянутых труб используют холодное волочение. Холоднокатаные и холоднотянутые трубы изготовляют диаметром от 10 до 200 мм.

Электросварные трубы выпускают диаметром 8 – 1620 мм. Их изготовляют двух основных видов: прямо-шовными и спирально-шовными. При изготовлении электросварных труб применяют два принципиально отличных способа сварки: сварку давлением и плавлением.

Сваркой давлением изготовляют трубы диаметром 8 – 600 мм с толщиной стенки 0,5 – 12 мм из углеродистых и низколегированных сталей. К группе методов сварки давлением, применяемых при производстве труб, относятся: высокочастотная сварка токами повышенной частоты и радиочастоты; контактная сварка током частой 50 – 450 Гц; током повышенной и высокой частоты, а также выпрямленным током; стыковая сварка оплавлением и печная (кузнечная) сварка.

Из группы методов сварки плавлением на трубных заводах применяют дуговую сварку под флюсом и механизированную дуговую сварку неплавящимся электродом в среде инертных газов. Сварку труб диаметром от 426 до 1420 мм (прямо-шовных и спирально-шовных) выполняют под слоем флюса; тонкостенные трубы диаметром 15 – 460 мм из высоколегированных сталей с прямым и спиральным швом сваривают в среде защитного газа. Электросварные прямошовные трубы изготавливают с применением формовки на прессах или же сворачиванием трубной заготовки на пирамидальных вальцах. По первому способу технология изготовления состоит из следующих основных операций. Стальные листы после очистки правят на многовалковой машине и подают на кромкострогальные станки, где обрабатывают кромки листа под сварку.

Затем дробеструйной обработкой очищают примыкающие к кромкам поверхности листов от окалины и ржавчины и в валковой машине подгибают кромки листа.

Корытообразную заготовку передают на пресс, где ей придается U-образная форма, а затем на другом прессе заготовка приобретает цилиндрическую форму за счет обжатия в двух штампах-полуцилиндрах. Сформированные заготовки поступают на сварочный стан для автоматической сварки продольного шва трубы под слоем флюса. Сначала сваривают наружный, а затем внутренний слои шва (часто первым сваривают внутренний шов). Качество сварных швов контролируют автоматическими ультразвуковыми дефектоскопами или рентгеновским просвечиванием на рентгено-телевизионных установках, позволяющих получать изображение сварного шва на экране. После обрезки концов сварных труб и снятия на концах трубы усиления внутреннего шва на длину 200 – 300 мм трубы подвергают торцовке и экспандированию. Основные функции экспандирования: придание трубе круглой формы, снятие остаточных напряжений и деформаций, возникающих в процессе сварки, выравнивание внутренней поверхности (для труб с разной толщиной стенки) и предварительного испытания металла труб при напряжениях выше предела текучести.

Читать еще:  Как загерметизировать сварочный шов?

Трубы большого диаметра могут быть изготовлены также из двух полуцилиндров, соединенных двумя продольными сварными швами.

Электросварные спиральношовные трубы изготовляют из непрерывной стальной ленты-штрипса при помощи двусторонней автоматической сварки под слоем флюса. Из разматывающего устройства полоса поступает в правильную машину, а затем на ножницы, где обрезаются начало и конец полосы, чтобы сварить конец предыдущей и начало следующей полосы. После сварки усиление шва сфрезеровывается заподлицо с основным металлом. Далее полоса поступает в дисковые ножницы, где проводят обрезку кромки полосы до нужной ширины, а затем на строгальном станке обрабатывают кромки полосы под сварку. Полосу с готовыми кромками подают в формующую машину, принцип работы которой основан на проталкивании полосы через лабиринт или через улитку, из которых полоса выходит в виде завитой в спираль трубной заготовки.

Сразу за формовочной машиной установлены сварочные головки для сварки внутри прихваточного технологического прохода 1, затем двух- или трехдуговой сварки проходов снаружи 2 и изнутри 3 спирального шва. Все головки закреплены неподвижно и выполняют автоматическую дуговую сварку под флюсом.

Готовую трубу разрезают на отрезки мерной длины, которые подвергают испытанию и отделке, как и при изготовлении прямо-шовных труб.

При изготовлении спирально-шовных труб находят применение и другие способы сварки (высокочастотная сварка; тонкостенные трубы сваривают в среде защитных газов).

Высокочастотная сварка труб (Ø 36 – 529 мм). Сварные трубы малых и средних диаметров применяются в заводских технологических трубопроводах, в строительстве и в теплоэнергетике. Заготовкой трубы является полоса в рулоне, которая в процессе движения через систему фигурных роликов формуется в трубную заготовку под сварку одним продольным швом. В производстве труб весьма эффективна сварка токами высокой частоты (ТВЧ). В установках индукционной сварки труб при скорости процесса 120 м/мин (7,2 км/час) необходимо обеспечить разрезку трубы на мерные длины с периодичностью в 6 с. Высокую производительность обеспечивает метод разрыва труб с разогревом узкой перемычки кольцевым индуктором.

Печная сварка труб (Ø 6 – 114 мм). По скорости сварки непрерывный процесс печной сварки превосходит сварку ТВЧ. Этим способом изготовляют водогазопроводные трубы диаметром 6 – 114 мм из низкоуглеродистой стали. Горячекатанная полоса из рулона проходит разматыватель, правильную машину и гильотинные ножницы для обрезки концов под контактную сварку полос встык при смене рулонов. Далее полоса протаскивается через нагревательную печь при помощи формовочно-сварочного стана. Скорость сварки достигает 300 м/мин (18 км/час), причем производительность процесса может быть значительно повышена до 420 – 1200 м/мин. Сваренную бесконечную трубу режут в потоке пилой на мерные длины и затем по роликовому конвейеру передают к холодильнику, а после охлаждения — на отделочные операции.

Дуговая сварка труб неплавящимся электродом в инертном газе. Для изготовления труб из высоколегированных коррозионно-стойких сталей и цветных сплавов с толщиной стенки 0,2 – 5 мм применяют дуговую сварку вольфрамовым электродом в инертном газе. Кромки сформованной трубной заготовки оплавляют электрической дугой и затем сваривают давлением формующих валков или обе кромки сваривают дугой с образованием общей сварочной ванны. Недостатком метода аргонодуговой сварки является недостаточно высокая скорость процесса 0,5 …1.5 м/мин (30 – 90 м/час).

Стыковая контактная сварка труб сопротивлением. Контактную сварку сопротивлением на токе промышленной частоты также применяют для производства электросварных труб. К кромкам сформованной трубной заготовки сварочный ток подводят через электродные кольца, разделенные изолирующей прокладкой. Стык кромок между электродными кольцами нагревается до сварочной температуры, обжимается валками и электродными кольцами, образуя продольный сварной шов.

Роликовая контактная сварка плоскосворачиваемых труб (Ø до 400 мм). Сварные плоскосворачиваемые трубы применяют при прокладке промысловых и газосборных трубопроводов. Две стальные ленты из рулонов накладываются одна на другую и свариваются двумя продольными швами на роликовой контактной машине. По мере сварки трубная заготовка проходит правильное устройство и свертывается в рулон. Такие трубы могут иметь толщину стенок до 4 мм, диаметр до 400 мм и длину до 300 м. На месте укладки трубопровода рулон разматывают и раздувают трубу. Отдельные плети соединяют друг с другом сваркой плоских концов труб до их раздутия или с помощью фланцевых соединений.

Процесс высокочастотной сварки труб

Описание процесса высокочастотной сварки труб.

При высокочастотной сварке труб, предварительно сформированная заготовка трубы подводится направляющими роликами к месту сварки. Сварка осуществляется индукционным нагревом металла токами высокой частоты. Нагретый участок трубы сдавливается обжимными роликами.

Наиболее важным элементом сварочного волновода являются ферритовые сердечники для высокочастотной сварки сварки — Impeder core, обеспечивающие концентрацию магнитного потока на участке нагрева.

Характеристики магнитного материала Impeder cores, прочность (срок службы без замены) оказывают существенное воздействие на эффективность, скорость, и стабильность процесса сваривания а также качество шва свариваемых труб. Электромагнитные параметры материала сварочных стержней оказывают существенное влияние на расход электроэнергии.

Стержни для сварки помещаются в защитный кожух и охлаждаются водой или охлаждающей эмульсией для предотвращения перегрева и увеличения срока службы. Для этого, конструкция стержней предусматривает наличие специальных отверстий и пазов для повышения эффективности теплоотвода.

В зависимости от выбранной схемы охлаждения готовые импедеры для сварки труб выпускаются с проточной системой охлаждения (Assembly impeders through flow) и обратноходовой схемой (Assembly impeders return flow).

Для повышения эффективности высокочастотной сварки трубы важным является правильный выбор и расчет используемого готового импедера. Основными критериями являются следующие правила:

Внешний диаметр импедера должен быть максимально большим по отношению к внутреннему диаметру свариваемой трубы. На практике это значение ограничивают обычно значением 0,75- 0,8 от внутреннего диаметра свариваемой трубы для предотвращения механических повреждений кожуха импедера. Из за отсутствия нужных расходных материалов, в России и Украине, часто нужный диаметр набирается пучком из стержней ферритовых материалов общего применения М600НН, М2500НМС1 или 900НМСВ меньшего диаметра, что уменьшает эффективность сварочного процесса.

Серьезное влияние на качество сварки оказывает геометрическое расположение импедера по отношению к сварочным обжимным роликам, размер и конфигурацию используемого в нем феррита.

Для повышения эффективности высокочастотной сварки размер ферритового сердечника, используемого в составе собранного импедера должен быть максимально большой, однако его конфигурация и размеры для увеличения долговечности срока службы не должны препятствовать эффективному охлаждению эмульсией. Очень важным для увеличения долговечности службы собранного импедера является организация эффективной циркуляции охлаждающей жидкости и ее фильтрации.

Для импедеров с проточным охлаждением обычно применяют конфигурацию феррита ZRS, для импедеров с обратноходовым охлаждением — конфигурацию ZRSH.

Как правило, собранный импедер должен выступать ориентировочно на 16 мм за осевую линию обжимных роликов. Ферритовый сердечник TDK обычно устанавливается на расстоянии 12-13 мм от края защитного кожуха, так чтобы край феррита находился ориентировочно в 3 мм от осевой линии обжимных роликов.

Оптимальной длиной импедера импедера является величина, составляющая 3,5-4 длины медных индукционных катушек.

Расстояние между центральной линией обжимных сварочных роликов до медной индукционной катушки выбирается в зависимости от параметров изготавливаемой трубы. На практике эту длину стараются минимизировать, и выбирают ее величину не более внешнего диаметра свариваемой трубы.

Чрезвычайно важным для увеличения эффективности и долговечности срока работы собранного импедера является правильный и оптимальный выбор материала защитного кожуха. Основные критерии, применяемые к выбору материала- способность работы при высоких температурах, высокая механическая устойчивость и качество шлифовки внешней поверхности для исключения преждевременного прогорания материала кожуха, залипания на нем капель расплавленного металла. Важным критерием выбора материала кожуха является также его соотношение цена/качество В большинстве случаев в качестве материала выбирается недорогой стандартный материал Fiberglass WT912 (зеленая линия). В особых случаях для увеличения эффективности сварки иногда используется материал кожуха, содержащий наполнитель из ферритового порошка типа Ferroglass или магнитного стекла MGC фирмы TDK. Как показывает практика, применение подобных материалов эффективно только для небольших диаметров труб (до 15 мм). Отрицательным моментом является значительно более высокая стоимость материала кожуха — она возрастает в 3-4 раза.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector