СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Сварка стыков труб и трубопроводов

При строительстве магистральных трубопроводов приходится: собирать и сваривать миллионы стыков труб большого диаметра. Укладка трубопроводов может быть либо непрерывной, либо сек­ционной. В первом случае производят последовательное наращива­ние, причем все стыки выполняют без вращения труб. Во втором случае первоначально сваривают секции, вращая при этом трубы, а затем на трассе стыки выполняют без вращения. В СССР на

10— 201 145.

строительстве магистральных трубопроводов применяют главным образом секционный способ укладки труб. Трубы длиной 12 м по­ступают на полевые сварочные базы, где их соединяют в секции длиной 24—36 м. Эти секции на специальных автомашинах транс­портируют на трассу и сваривают в плети.

Сборка стыков труб является важнейшей операцией, во многом определяющей качество сварки. При сборке необходимо обеспе-

чить соосность труб, достаточ­но точное совпадение свари­ваемых кромок и равномер­ный зазор в стыке, позволяю-

наружные или внутренние.

Применение внутренних цен­траторов позволяет механизи­ровать операцию сборки более полно. Кроме того, собранный стык оказывается целиком до­ступным для сварки и корне­вой шов можно выполнить от начала до конца без остано­вок и прихваток. Для внутрен­него центратора используют

механизм типа «зонтик» с радиальным приложением сил к кром­кам труб (рис. 15.51). Два ряда 2, 3 центрирующих элементов могут разжиматься независимо, а сжиматься — одновременно. По­следовательное разжатие заднего и переднего рядов центрирующих элементов 2, 3 достигается подачей масла под давлением в поло­сти 8 и 1. При этом движение каждого из конусов 6 и 7 через ролики 5 и жимки 4 передаются башмакам, которые непосредст­венно соприкасаются с поверхностями собираемых труб и обеспечи­вают их центровку. Для освобождения стыка после сборки и при­хватки масло подается в полость 9, обеспечивая одновременный отвод центрирующих элементов обоих рядов. Центратор внутрь трубы обычно вводят с помощью штанги. При использовании цен­тратора в качестве вращателя штангу закрепляют в подшипниках и сообщают ей вращательное движение.

При сборке и сварке секций на полевых базах используют ме­ханизированные трубосварочные линии типа МТЛ (рис. 15.52). Трубы с накопителя 2 поочередно манипулятором укладывают на рольганг 3. Сборку выполняют с помощью гидравлического вну­треннего центратора /, закрепленного штангой и используемого в качестве вращателя. Первая труба рольгангом 3 надвигается на центратор так, чтобы ее торец располагался на расстоянии 15— 20 мм от ряда жимков центратора, которые при разжатии фикси­руют ее в этом положении. Вторая труба подается рольгангом 3 до соприкосновения с первой и фиксируется разжатием второго 146

ряда жимков центратора, чем достигается центровка стыка. Сцен­трированные трубы приподнимаются над роликами продольного перемещения, и при вращении трубы два сварщика одновременно выполняют корневой шов полуавтоматами в среде С02 или ручной дуговой сваркой. Сваренная первым слоем двухтрубная секция подается рольгангом вперед, на ее место на центратор надвигается третья труба, и цикл сборки стыка и сварки первого слоя повторя­ется. После этого собранная трехтрубная секция перегружателем передается на промежуточный стеллаж 4, а затем на второй стенд 5, где стыки окончательно сваривают автоматами под флю­сом с помощью торцового вращателя 6.

Поворотные стыки труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки до 17 мм необходимо выполнять двусторонней сваркой. Торцы труб проходят механиче­скую обработку с одновременным нанесением риски на внутренней поверхности для автоматическо­го направления внутренней сва-

рочной головки по стыку. Сборку выполняют с помощью самоход­ного центратора, вращение обеспечивается поворотными роликами стенда. Сначала сваривают наружные швы 1 и 2, затем внутрен­ний шов 3 (рис. 15.53). Автоматическую сварку внутреннего шва под флюсом выполняет оператор, который наблюдает за процес­сом по приборам.

Выполнение неповоротных стыков магистральных трубопрово­дов большого диаметра весьма трудоемко. Использование трубо­укладчиков и внутренних гидравлических центраторов обеспечи­вает механизацию процесса сборки, однако сварку по-прежнему выполняют, как правило, вручную. Для ускорения темпа укладки трубопроводов процесс сварки расчленяют на ряд последователь­ных операций. При поточно-расчлененном методе одновременно ра­ботают звено сборщиков и несколько звеньев сварщиков. Впереди движется звено сборщиков, собирая стыки с помощью внутреннего центратора. Двигаясь за ними от стыка к стыку, каждое звено сварщиков выполняет свой слой шва, а каждый сварщик — опре­деленный участок этого слоя.

При укладке трубопроводов диа­метром 114—529 мм используют обо­рудование для контактной сварки сты­ков труб с внешним кольцевым транс­форматором (установки ТКУС и ТКУП). Стационарная установка ТКУС имеет неразъемную сборочно­сварочную головку. Передвижная установка ТКУП, используемая для сварки стыков на трассе, имеет разъ­емную сварочную головку, подвеши­ваемую на стреле специального трак­тора. Для контактной сварки стыков труб большого диаметра (720— 1420 мм) целесообразным оказалось оборудование с внутренним трансфор­матором. В ИЭС им. Е. О. Патона со­здана внутритрубная машина для сборки и сварки неповоротных стыков непосредственно на трассе (рис. 15.54). Механизм передвижения 1, гратосни - матель 2 и электродвигатели 3 с на­сосной установкой 4 смонтированы в заднем блоке, соединенном с перед­ней сварочной частью шарниром, за­крытым кожухом 6. Ходовая часть со­стоит из приводных роликов, располо­женных по окружности и прижимае­мых к внутренней поверхности трубы для создания тягового усилия. Под­держивающие ролики 5 равномерно расположены по длине. Маршевая скорость машины составляет 28 м/мин, установочная—1 м/мин. Внутритруб - ный центратор с двумя распорными патронами 7 и 10 создает суммарное радиальное усилие 10—14 МН, что обеспечивает передачу усилия осадки при сварке до 4 МН. Внутренний кольцевой сварочный трансформатор имеет контактные губки 8, 9, закре­пленные в разных патронах центрато­ра. Контактная сварка оплавлением осуществляется автоматически по за­данной программе. Схема сборки не­поворотных стыков на трассе с ис­пользованием описанной внутритруб - ной машины показана на рис. 15.55. Производительность агрегата состав-

ляет шесть стыков в час. Широкое использование таких машин, по-видимому, позволит обеспечить комплексную механизацию все­го цикла сборочно-сварочных работ при укладке магистральных трубопроводов большого диаметра.

Очень много стыков труб приходится выполнять при сооруже­нии нефтяных, химических и металлургических заводов. Совре­менный нефтеперерабатывающий завод может иметь 500—600 км обвязочных и 1500—1600 км межцеховых трубопроводов. Эти тру-

бопроводы имеют большое количество вварных деталей. В среднем на 10 м обвязочного трубопровода приходится устанавливать две задвижки, четыре фланца, два угольника, сваривать до десяти стыков, вваривать два штуцера. Часть вварных деталей также из­готовляется с помощью сварки. Межцеховые трубопроводы отли­чаются от обвязочных большим диаметром труб и меньшим коли­чеством привариваемых деталей.

Сборку и сварку большинства стыков заводских трубопроводов обычно выполняют в трубозаготовительных цехах, а на монтаже сваривают только стыки, соединяющие готовые секции или узлы. В условиях цеха трубы со склада направляют в заготовительное отделение, где их обрезают и скашивают кромки. Затем трубы по­дают на сборку, куда поступают и готовые детали (отводы, трой­ники, фланцы, переходы и т. п.). Сборку узлов производят на сто­лах-стендах, оснащенных приспособлениями, позволяющими соби­рать элементы в определенном диапазоне размеров.

Разделение элементов на группы по типоразмерам позволяет выделить из технологического процесса значительную часть опера­ций с большими партиями однотипных деталей и организовать производство узлов в специализированных поточных линиях. В таких линиях собирают и сваривают отдельные подузлы, напри­мер трубу с фланцем или угольником, потом эти подузлы, посту­пают на укрупнительную, а затем окончательную сборку готовых

узлов. В крупных трубозаготовительных цехах при выпуске боль­ших партий узлов одинаковых размеров используют специализи­рованные установки дуговой автоматической сварки, а также при­меняют контактную сварку стыковых соединений.

Неповоротные монтажные стыки труб сваривают вручную или специальными автоматами в среде защитных газов. Использование автоматических головок, обегающих стык, необходимо для выпол­нения труднодоступных швов. При изготовлении монтажных сты-

72°±2°

Рис. 15.56. Подготовка стыка со вставкой гри­бовидного сечения

ков ответственных трубопроводов их сборка под сварку автомати­ческой головкой, обегающей стык, выполняется обычно с помощью специального центратора, исключающего необходимость при­хваток.

В нефтяной, химической и атомной промышленности применя­ют трубы из специальных сталей, цветных металлов и их сплавов, предназначенные для работы при высоких давлениях и в агрессив­ных средах. Технология сварки таких труб весьма разнообраз­на, но обязательно надежное про­плавление всего сечения. Высокие требования часто предъявляют к состоянию поверхности и очерта­нию сварного шва внутри трубы.

Так, в атомной промышленности

при выполнении стыков трубопроводов контактную сварку не при­меняют из-за необходимости тщательного удаления грата. В этом случае основным методом является аргонодуговая сварка без при­садки, а если трудно собрать стык без зазора, то с присадкой в V-образную разделку.

Для обеспечения надежного проплавления и хорошего форми­рования проплава при выполнении первого слоя часто используют специальное расплавляющееся кольцо грибовидного сечения (рис. 15.56). Значительный объем работ по сварке труб выполняют в котлостроении и аппаратостроении. Стыкование труб экранов и змеевиков производится преимущественно контактной сваркой оплавлением с последующим удалением грата. Соединения труб с трубными досками являются основными узлами большинства теплообменников. Соединения бив (рис. 15.57) просты в подго­товке, но сложны для сварки из-за большого различия толщин сопрягаемых элементов. Соединение а воспроизводит соединение с отбортовкой и хотя сказывается сложнее в подготовке, но зато более удобно для сварки. Интересным является технологическое решение образования выступа в месте вварки трубы, показанное на рис. 15.58. Для увеличения теплоотдачи или для других целей часто приваривают к трубам продольные или спиральные ребра. При выполнении таких операций целесообразно использовать кон­тактную сварку токами высокой частоты, как показано щ рис. 15.59.