ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Сварка стыков труб и трубопроводов

При строительстве магистральных трубопроводов приходится собирать и сваривать множество 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 России на 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 обеспечить соосность труб, достаточно точное совпадение свариваемых кромок и равномерный зазор в стыке, позволяющий проварить корень шва по всему периметру. Для этой цели применяют центраторы внутренние или наружные. Применение внутренних центраторов, позволяет механизировать операцию сборки более полно. Кроме того, собранный стык оказывается целиком доступным для сварки, и корневой шов можно выполнять от начала до конца без остановок и прихваток. Для внутреннего центратора используют механизм типа «зонтик» с радиальным приложением сил к кромкам труб (рис. 68). Два ряда центрирующих элементов 2 и 3 могут разжиматься независимо, а сжиматься - одновременно. Последовательное разжатие заднего и переднего рядов центрирующих элементов 2 и 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 (рис. 69). Трубы с накопителя 2 поочередно манипулятором укладывают на рольганг 3. Сборку выполняют с помощью гидравлического внутреннего центратора 1, 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 ряда жимков центратора, чем достигается центровка стыка. Сцентрированные трубы приподнимаются над роликами продольного перемещения, и при вращении труб два свайщика одновременно выполняют корневой шов полуавтоматами в среде СО 2 или ручной дуговой сваркой. Сваренная первым слоем двухтрубная секция подается рольгангом вправо, на ее место на центратор надвигается третья труба, и цикл сборки стыка и сваркипервого слоя повторяется. После этого собранная трехтрубная секция перегружателем подается на промежуточный стеллаж 4, а затем на второй стенд, где стыки окончательно сваривают автоматами 5 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 сварочной 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. 70). Автоматическую сварку внутреннего шва под флюсом выполняет оператор, который наблюдает за процессом по приборам.

Выполнение неповоротных стыков магистральных трубопроводов

82

большого диаметра весьма трудоемко. Использование трубоукладчиков и внутренних гидравлических центраторов обеспечивает механизацию процесса сборки, однако значительный объем сварочных работ по-прежнему выполняется 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. Так, применительно к укладке трубопровода диаметром 1420 мм каждый из четырех сварщиков звена выполняет только свой определенный участок слоя. Два сварщика с лестниц-стремянок ведут сварку верхней полуокружности трубы, а два других сваривают нижнюю полуокружность трубы. Впереди движется звено сборщиков-сварщиков, собирающее стыки с помощью внутреннего центратора, это же звено выполняет сварку корневого шва методом опирания электрода на кромки без колебательных движений, что обеспечивает образование обратного валика, исключающего необходимость подварки корня шва внутри трубы. Последующие слои выполняют с поперечными колебаниями электрода.

По сравнению с дуговой сваркой существенное повышение производительности дает использование контактной сварки труб оплавле нием, когда соединение одновременно по всему периметру стыка выполняется специальным устройством без применения ручного труда. Внутритрубная машина «Север-1» для сборки и сварки неповоротных стыков трубопровода диаметром 1420 мм показана на рис. 71. Механизм передвижения 1, гратосниматель 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, а установочная - 1 м/мин.

Внутритрубный центратор с двумя распорными патронами 7 и 10 создает суммарное радиальное усилие 10...14 Н/мм (МПа), 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 с использованием описанной внутритрубной машины оказана на рис. 72. Производительность агрегата составляет шесть стыков в час. Широкое использование таких машин позволит обеспечить комплексную механизацию сборочно-сварочных работ при укладке магистральных трубопроводов большого диаметра.

На криволинейных участках трассы трубопроводов, а также на участках вблизи сооружений насосных станций, где установки «Север-1» использовать не удается, для сборки и сварки стыков применяют менее производительный, но более мобильный комплекс «Стык». Сварку осуществляют порошковой проволокой с принудительным формированием шва за один, два или три прохода (рис. 73) в зависимости от толщины стенки трубы. Для этого сварочные установки, подвешенные к стрелам самоходных устройств, последовательно перемещаются вдоль трассы от стыка к стыку. Каждая установка имеет две сварочные головки и выполняет свой слой шва, толщину которого задает выступ ползуна, входящего в разделку. Аппарат с раскрытыми полукольцами 1 и 2 подают к стыку, гидроцилиндр 3 обеспечивает его закрепление на трубе 4 (рис. 74, а, б). Кольцевые направляющие 5 имеют щупы 6 для корректировки их положения

относительно стыка, а также зубчатый венец 7, с которым зацепляются шестерни кареток сварочных головок 8 и 9.

Большое количество стыков труб приходится выполнять при сооружении нефтяных, химических и металлургических заводов. Современный нефтеперерабатывающий завод может иметь длину 500...600 км обвязочных и 1500...1600 км межцеховых трубопроводов. Такие трубопроводы имеют большое количество сварных деталей. В среднем на 10 м обвязочного трубопровода приходится устанавливать две задвижки, четыре фланца, два угольника, сваривать до десяти стыков, вваривать два штуцера. Часть сварных деталей также изготавливают 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). 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 (рис.75), например трубу с фланцем или угольником, затем эти подузлы поступают на укрупнительную, а потом 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 стыков ответственных трубопроводов, их сборка под сварку автоматической головкой, обегающей стык, выполняется обычно с помощью специального центратора, исключающего необходимость прихватов.

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 иногда используют специальное расплавляющее кольцо грибовидного сечения (рис. 76).