Спасибо, Ваш отзыв принят!

Технология и оборудование для автоматической дуговой сварки магистральных трубопроводов порошковой проволокой

При строительстве трубопроводов сварка кольцевых неповоротных стыков труб является одной из основных технологических операций. Для выполнения этой операции применяют различные методы сварки: ручную электродуговую сварку штучными покрытыми электродами, полуавтоматическую электродуговую сварку порошковой проволокой поточно-расчлененным методом, автоматическую многослойную сварку в среде защитных газов проволокой сплошного сечения или порошковой проволокой, контактную сварку непрерывным оплавлением, лазерную сварку и другие).

В Институте электросварки им. Е. О. Патона ведутся работы по созданию новой технологии и оборудования для электродуговой автоматической сварки. Разработан технический проект комплекса оборудования, технологии и сварочных материалов для автоматической электродуговой сварки неповоротных стыков труб порошковой проволокой с принудительным формированием металла шва.

Технология предусматривает выполнение  всех проходов сварного соединения способом «снизу – вверх» орбитально двумя сварочными головками аппарата в полностью автоматическом режиме с программным управлением.

Запуск программы осуществляется после установки подвески со сварочными головками на заранее смонтированные направляющие пояса. Система датчиков (следящая система) обеспечивает поступление текущей информации о положении сварочной головки, скорости перемещения, угле наклона проволоки, частоте и амплитуде колебаний электродной проволоки, погонной энергии сварки и параметрам горения дуги.

Задачей оператора остается установка аппарата на стартовую позицию и снаятие по завершении сварки, а также оперативное реагирование на срабатывание сигнальной системы в случае отклонений от выполнения программы. Системой управления предусмотрена диагностика  состояния и технических параметров сварочных головок.

При сварке неповоротных стыков труб с принудительным формированием шва (электрогазовой сварке) расплавленный металл сварочной ванны удерживается от стекания формирующим приспособлением (ползуном, подкладкой). Плавильное пространство заполняется расплавляемым присадочным металлом порошковой проволоки. При этом на поверхности формирующих приспособлений откладывается слой сварочного шлака, образующегося при плавлении порошковой проволоки.

1 — свариваемые трубы;

2 — канал подачи порошковой проволоки сварочного аппарата;

3 — контактный наконечник;

4 — порошковая проволока;

5 — подвод охлаждающей жидкости;

6 — отвод охлаждающей жидкости;

7 — формирующий ползун;

8 — шлаковая корка;

9 — сварной шов.

Реализация такого процесса при изменении пространственного положения сварочной ванны стала возможной за счет регулирования 

положения электрода и выбора его состава, способного генерировать при плавлении требуемые количества шлака и газа. Процесс, таким образом, построен на учете и регулировании соответственно положению шва в пространстве действия сил гравитации, давления дуги и газового потока, а также сил межфазного натяжения. В процессе движения аппарата орбитально вдоль стыка труб электродная проволока перемещается по плавильному пространству, а также изменяется угол наклона электродной проволоки по отношению к касательной к окружности трубы соответственно положению сварочной ванны в пространстве. При этом сварочная ванна с помощью формирующих приспособлений удерживается в заданной зоне благодаря следящей системе.

 

  1. мундштук подачи сварочной проволоки;
  2. сварочная проволока;
  3. сварочная дуга;
  4. световое излучение дуги;
  5. сварочная ванна;
  6. водоохлаждаемый ползун.

 

Внутритрубный самоходный центратор

 

Сварку корневого шва выполняют на медном или керамическом подкладном кольце. Для формирования обратного валика корня стыка в секционной разжимной подкладке предусмотрен профильный паз необходимой формы. Подкладка состоит из отдельных элементов специальной конструкции, установленных на внутритрубном центраторе. При разжимании секций подкладка образовывает сплошное кольцо, которое плотно прилегает к стыку труб.

Поверхность сварного шва во всех пространственных положениях сварки принудительно формируется специальным устройством — ползуном, который перемещается вместе со сварочной головкой орбитально по трубе и обеспечивает формирование шва заданного размера, формы и состояния поверхности.

Формирующие ползуны

Внутренний самоходный гидравлический или пневматический центратор размещается внутри свариваемого трубопровода. Для выравнивания краев труб на нем смонтирован центрирующий механизм, состоящий из наборов прессов, между которыми установлено сегментное подкладное кольцо. Все части подкладного кольца находятся в контакте по всей окружности трубы. Точная установка подкладного кольца на свариваемый стык осуществляется центрирующим механизмом, а его фиксация — прижимами. От сваренного стыка к следующему центратор передвигается самостоятельно. Пульты управления центратором размещаются на конце штанги и на головке центратора.

Сварка корня шва неповоротных стыков труб

Корневой шов выполняется снаружи соединения труб с применением самоходного внутритрубного центратора со специальным подкладным кольцом.

Последующими проходами заполняется разделка и выполняется облицовочный шов.

За каждый проход разделка заполняется на 5 … 8 мм (в зависимости от толщины стенки труб).

Автоматический сварочный комплекс «СТЫК» нового поколения

Назначение сварочного комплекса — сварка неповоротных стыков труб магистральных трубопроводов с принудительным формированием шва, включая автоматическую сварку корня шва на внтуритрубном центраторе с подкладным кольцом.

Направляющий пояс выставляется на трубу предварительно, с точной ориентацией по стыку.

Сварка стыков труб магистральных трубопроводов

 

Техническая характеристика автоматического сварочного комплекса «СТЫК-Авто» нового поколения

Диаметр свариваемых труб 530 … 1420 мм
Толщина стенки 8 … 32 мм
Сварочный ток при ПВ 100 280 … 500 А
Напряжение дуги, В 24 … 32 В
Диаметр электродной проволоки 1,6; 2,0; 2,4 мм
Скорость подачи электродной проволоки 150 … 500 м/ч
Скорость перемещения сварочной головки до 75 м/ч
Вылет электродной проволоки 20 … 45 мм
Корректировка положения конца электрода, поперек стыка ±12 мм
Регулировка частоты колебаний электродной проволоки относительно оси стыка Автоматически в зависимости от режима
Амплитуда колебаний 0 … 12 мм
Регулировка подачи электродной проволоки по глубине разделки ±7 мм
Время монтажа установки на стык 1 … 3 мин.
Машинное время сварки одного стыка (при работе 2-х головок одновременно) на трубах диаметром 1020 – 1420 мм 6 … 12 мин

 

Разработка оборудования для сварки неповоротных стыков труб магистральных трубопроводов

Разработка программного обеспечения для контроля и протоколирования процесса сварки

Порошковая проволока для дуговой сварки неповоротных стыков труб с принудительным формированием шва

Для выполнения сварных соединений из сталей класса Х70 и Х80 разработаны специализированные порошковые проволоки диаметрами 1,6; 2,0 и 2,4 мм. Механические свойства металла шва и сварного соединения приведены в таблице.

Типичные механические свойства металла сварного шва и сварного соединения, выполненного порошковой проволокой

Временное сопротивление разрыву, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Работа удара KV при –40 °С, Дж
720 … 760 не менее 590 не менее 17 не менее 60 не менее 47

Содержание диффузионного водорода в металле сварного шва не превышает 5 мл/100 г

 

Автоматическая дуговая сварка неповоротных стыков труб порошковой проволокой с принудительным формированием

Макрошлифы стыкового соединения труб, выполненного автоматической электродуговой сваркой порошковой проволокой с принудительным формированием шва за два прохода.

Внешний вид сваренного стыка труб, выполненного автоматической электродуговой сваркой порошковой проволокой с принудительным формированием шва.

Применения комплекса «СТЫК» при строительстве магистральных трубопроводов

При штатном составе персонала обслуживания комплексов от 8 до 16 человек производительность строительства трубопровода диаметром 1420 мм составляет от 3 до 6 стыков в час. Наибольший опыт эксплуатации накоплен при строительстве трубопроводов диаметром 1020 мм, 1220 мм и 1420 мм (трубопроводы Уренгой – Центр, Шебелинка – Измаил, Уренгой – Помары – Ужгород, Хива – Бийнеу, Ямал – Западная граница, Ямал – Поволжье и др. с линейной частью от 193 до 1750 км). Производительность прокладки трубопроводов в установившемся режиме работы составляла от 25 до 40 стыков за смену. Доля ремонта в период регулярной эксплуатации не превышала 3 %.

Заключение

 

Строительство и реконструкция систем транспортировки энергоносителей (нефти, нефтепродуктов и газа) — актуальная проблема развития энергетики.

Использование метода принудительного формирования шва обеспечивало стабильно высокие показатели качества и отличную геометрию швов. Способ сварки достаточно быстро может быть адаптирован для соединения труб из различных по составу и свойствам сталей и геометрических параметров труб. Разработан проект комплекса для сооружения морских трубопроводов с трубоукладочных барж.

В настоящее время запланированы большие объемы строительства и реконструкции магистральных трубопроводов в странах СНГ. Объем строительства и реконструкции по планам достигает 10 тыс. км в ближайшие 5 лет. Выполнение таких проектов требует использования технологий и оборудования, которые соответствуют современному уровню развитию техники и технологии и обеспечивают высокие темпы строительства в разных географических и климатических условиях.

Создаваемый новый комплекс оборудования, технологии и материалов для автоматической дуговой сварки неповоротных стыков труб магистральных трубопроводов по показателям производительности и качества отвечает, а по ряду показателей превышает мировые достижения и способен решить эту задачу.

 

 

 

Заказать звонок