книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов

Сборка и сварка секций труб на трассе выполняется, как правило, поточнорасчлененным методом и охватывает комплекс работ, в который входят следующие трудовые процессы:

•подготовка стыков секций труб к сборке и сварке;

•сборка и сварка корневого слоя шва;

•сварка второго слоя шва - «горячего» прохода;

•сварка заполняющего и облицовочного слоев шва.

Сварка секций труб на трассе поточно-расчлененным методом осуществляется в три технологических этапа:

Iэт ап - подготовка стыков секций труб к сборке и сварке.

В состав работ входят: правка или обрезка дефектных кромок стыков; очистка внутренней полости секций; зачистка кромок стыков; выкладка секций труб вдоль трассы для центровки.

II этап - сварка первого (корневого) и второго («горячего» прохода) слоев шва.

В состав работ входят: центровка стыка и установка зазора; предварительный подогрев кромок стыков секций; сварка корневого слоя шва и «горячего» прохода.

необходимо выбрать оптимальный способ сварки, оборудование для сварки, сварочные материалы, конструктивный тип соединения и форму разделки кромок, режима сварки, методы и нормы контроля сварных швов, предусмотреть мероприятия по предупреждению или уменьшению сварочных деформаций, при этом можно рассчитывать все или только отдельные промежуточные и выходные характеристики:

•температуру и скорость охлаждения металла шва и зоны термического влияния, длительность его выдержки;

•долевое участие основного металла в формировании шва;

•химический состав металла шва для всех легирующих элементов;

•геометрические размеры шва - глубину проплавления, ширину,

высоту усиления; коэффициенты формы провара и валика;

• механические свойства металла шва: предел прочности , предел текучести; относительное удлинение, относительное поперечное сужение; ударную вязкость.

В настоящее время строгое математическое обоснование имеют только формулы по расчету процессов нагрева и охлаждения металла при сварке. Остальные параметры режима сварки выбирают по различным экспериментальным зависимостям, представленным в виде Таблиц и номограмм.

3.7.1.1. Ручная электродуговая сварка

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной электродуговой сварке - это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжения дуги, площадь поперечного сечения шва, выполненного за один проход дуги, число проходов и др.

Последовательность расчета режимов и размеров шва такова. 1.Назначаем диаметр электрода (табл.3.21) [3]

где F \- площадь поперечного сечения первого слоя, равная (6-8) doyмм2; F„ - площадь сечения последующих слоев, равная (8-12) </,, мм2.

При сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (рис.3.23) рассчитывают по формуле:

где a - угол разделки кромок; b - зазор между кромками ТРУб; S - толщина стенки грубы; hy - высота усиления шва; с - притупление кромок; hy}x- высота усиления подварочного шва.

в

Рис.3.23. Форма поперечного сечения наплавленного металла стыкового шва с V-образной разделкой кромок

3.Определяем силу сварочного тока по формуле:

4.Устанавливаем напряжение сварочной дуги.

При зажигании дуги напряжение между электродом и свариваемым изделием Uxx = 60-80 В. При замыкании сварочной цепи напряжение падает

почти до нуля и после возбуждения дуги поддерживается в пределах 15-30 В в зависимости от длины дуги и марки электрода.

3.7.1.2.Механизированная электродуговая сварка

Основными параметрами режима механизированной сварки под флюсом и в защитных газах, оказывающие существенное влияние на размеры и форму шва являются: сила сварочного тока, плотность тока в электроде, напряжение дуги, скорость сварки, химический состав и грануляция флюса, род тока и его полярность.

Порядок расчета режима сварки двусторонних швов стыковых соединений следующий.

1. Устанавливают требуемую глубину провара при сварке с одной стороны:

где D* - наружный диаметра трубы, мм; Ô - толщина стенки трубы, мм; Necn - мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов, кВт, равная

(3.73)

т] - 0,95 коэффициент полезного действия электростанции.

Для дальнейшего расчета необходимо задаться напряжением на вторичной обмотке сварочного трансформатора (/2 или сопротивлением сварочного трансформатора при коротком замыкании. Исходя из практического опыта ЭКСО, вторичное напряжение U2 выбирают в пределах от 5 до 8 В. При этом большие значения вторичного напряжения относятся к большим сечениям трубы (свыше 20000 мм2). Тогда максимально допустимое сопротивление сварочного трансформатора при коротком замыкании [75]:

(3.74)

где р = 1,0 кВт/см2 - удельная мощность, расходуемая на сварку; р =0,67коэффициент мощности; р - удельное электросопротивление, Ом-см. При оплавлении оно изменяется. В первом приближении для начала процесса его можно считать постоянным и для углеродистой стали при температуре +20°С равным /9=17* 1O'6 Ом-см.

Среднюю скорость оплавления определяют из выражения:

ocp= ° ^ N cg/\4 J F

(3.75)

Исходя из потребляемой мощности, вторичного напряжения и коэффициента мощности определяем ток во вторичной обмотке

Минимальное время оплавления, необходимое для достижения в стыке перед осадкой температуры плавления металла и покрытия каждого из сваренных торцов жидкой пленкой металла толщиной, равной 1,0 мм, можно найти по формуле:

где т5— время достижения температуры плавления встыке, с; тж~ время, необходимое для образования на оплавляемых торцах жидкой пленки металла толщиной 1 мм, принимается тж = 10 с.

Для условий ЭКСО трубопроводов большого диаметра на машинах с трансформатором, имеющим малое сопротивление при коротком замыкании (15-30 мкОм), время, необходимое для достижения температуры плавления в стыке определяют по эмпирической формуле [75]:

Величину оплавления определим из зависимости:

Расход электроэнергии Wx (квтч) для сварки одного стыка найдем из произведения мощности, потребляемой в процессе оплавления на время оплавления

Расход элекхроэнергии И7" (кВт ч) на привод маслонасоса и компрессора за этот период времени

72- коэффициент полезного действия привода осадки, принимается 72=0,95.

Для избежания теплоотвода в губки сварочной машины вылет свариваемых труб обычно принимают равным (1,5-2,0)^ [90]. Результаты расчета оптимальных режимов и конструктивных параметров сварочных установок необходимо сравнить с техническими характеристиками существующих сварочных машин.

Поскольку для расчета скорости и времени оплавления в зависимости от площади сечения свариваемых труб, припуска на осадку в зависимости от температурного поля (или времени оплавления) требуется выполнить довольно сложные математические действия, для удобства определения указанных параметров можно воспользоваться специальной номограммой (рис.3.24) [108].

Для предупреждения охлаждения жидкого металла на торцах труб перед осадкой за 7-15 до конца процесса оплавления скорость оплавления повышается до 0,8-1,2 мм/с. Этот период называется форсировкой. С этой же целью в течение 0,1-0,5 с после подачи команды на осадку процесс осадки проводят без выключения сварочного трансформатора, т.е. при протекании через свариваемые трубы тока.

Для примера определим режим сварки труб диаметром 325 мм с толщиной стенки 9 мм на установке IUIT-321 со сварочной машиной К-548М, которая имеет вторичное напряжение Ü2-7 В. По номограмме для площади поперечного сечения трубы 325x9 мм, равной 89,3 см , определим среднюю скорость оплавления. Для этого сносим о!метку на шкале площади, равную 89,3 см2, на шкалу и мм/с и получаем 0,224 мм/с. Время оплавления, определенное по той же номограмме, равно 130 с. Тогда припуск на оплавление будет равен ^on,7=ü/0„7= 0,22x130 = 29 мм. За 10 с до конца оплавления, т.е. через 120 с после его начала, скорость оплавления повышают до 1 мм/с. За этот период £опл= 1 х Ю = 10 мм

По номограмме определим необходимый припуск на осадку. Для этого отметку на шкале времени оплавления /с=130 с сносим на шкалу £ос и получаем 7,5 мм. Часть этой осадки в течение 0,1 с должна проходить без выключения трансформатора.