Разработка технологии сварки газопровода низкого давления из труб диаметром 219 мм

Дипломный проект

Разработка технологии сварки газопровода низкого давления из труб диаметром 219 мм

Содержание

Введение

Глава I. Расчётно-конструкторская часть

.1 Основные понятия сварки трубопроводов

1.2 Классификация трубопроводов

1.3 Способы сварки трубопроводов

1.4 Нормативные документы, применяемые при строительстве магистральных и распределительных трубопровод

1.5 Требования к трубам

1.6 Подготовка кромок труб под сварку

1.7 Требования к сборке труб

1.8 Предварительный подогрев

1.9 Технология и техника ручной дуговой сварки

.10 Транспортировка труб и деталей

.11 Квалификационные испытания сварщиков

Глава 2. Выбор материала

.1 Общие сведения

.2 Углеродистая сталь обыкновенного качества Ст3сп5

.3 Конструкционная низколегированная сталь 09Г2С

.4 Выбор стали для газопровода

.5 Свариваемость сталей Ст3сп5 и 09Г2С

Глава 3. Технология сборки трубопровода низкого давления

.1 Выбор сварочного материала

.2 Сварные соединение и швы

.3 Выбор сварочного оборудования

.4 Расчет параметров режима сварки

Глава 4. Охрана труда и пожарная безопасность на предприятии

Глава 5.Экономическая часть

Глава 6 Контроль качества сварных швов

.1 Визуально и измерительный контроль

.2 Операционный контроль

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В системах газоснабжения в зависимости от давления транспортируемого газа различают:

газопроводы высокого давления I категории (рабочее давление газа свыше 0,6 до 1,2 МПа);

газопроводы высокого давления II категории (рабочее давление газа свыше 0,3 до 0,6 МПа);

газопроводы среднего давления (рабочее давление газа свыше 0,005 до 0,3 МПа);

газопроводы низкого давления (рабочее давление газа в пределах 0,005 МПа).

Газопровод является важным элементом системы газоснабжения, так как на его сооружение расходуется 70...80% всех капитальных вложений. При этом 80% от общей протяженности приходится на газопроводы низкого давления и 20 % - на газопроводы среднего и высокого давлений.

Газопроводы низкого давления служат для подачи газа к жилым домам, общественным зданиям и коммунально-бытовым предприятиям. Газопроводы среднего давления через газорегуляторные пункты (ГРП) снабжают газом газопроводы низкого давления, а также промышленные и коммунально-бытовые предприятия. По газопроводам высокого давления газ поступает в ГРП промышленных предприятий и газопроводы среднего давления. Связь между газопроводами различных давлений осуществляется через ГРП и газорегуляторную установку (ГРУ).

В зависимости от расположения газопроводы делятся на наружные (уличные, внутриквартальные, дворовые, межцеховые) и внутренние (расположенные внутри зданий и помещений), а также на подземные (подводные) и надземные (надводные).

В зависимости от назначения в системе газоснабжения газопроводы подразделяются на распределительные, газопроводы-вводы, вводные, продувочные, сбросные и межпоселковые.

Распределительными являются наружные газопроводы, обеспечивающие подачу газа от источников газоснабжения до газопроводов-вводов, а также газопроводы высокого и среднего давлений, предназначенные для подачи газа к одному объекту.

Газопроводом-вводом считают участок от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе.

Вводным газопроводом считают участок от отключающего устройства на вводе в здание до внутреннего газопровода.

Межпоселковыми являются распределительные газопроводы, прокладываемые вне территории населенных пунктов.

Внутренним газопроводом считают участок от газопровода-ввода или вводного газопровода до места подключения газового прибора или теплового агрегата.

В зависимости от материала труб газопроводы подразделяют на металлические (стальные, медные) и неметаллические (полиэтиленовые).

Различают также трубопроводы с природным и сжиженным углеводородным газами.

По принципу построения системы газопроводов делятся на кольцевые, тупиковые и смешанные. В тупиковых газовых сетях газ поступает потребителю в одном направлении, т.е. потребители имеют одностороннее питание.

В отличие от тупиковых кольцевые сети состоят из замкнутых контуров, в результате чего газ может поступать к потребителям по двум или нескольким линиям.

Надежность кольцевых сетей выше тупиковых. При проведении ремонтных работ на кольцевых сетях отключается только часть потребителей, присоединенных к данному участку.

В систему газоснабжения входят распределительные газопроводы всех давлений, газораспределительные станции (ГРС) и газорегуляторные пункты. Все элементы систем газоснабжения должны обеспечивать надежность и безопасность подачи газа потребителям.

В зависимости от числа ступеней давления газа в газопроводах системы газоснабжения городов и населенных пунктов делятся на одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.

Одноступенчатые системы газоснабжения обеспечивают подачу газа потребителям по газопроводам только одного давления, как правило, низкого (рис. 2.1).

Двухступенчатые системы газоснабжения (рис. 2.2) обеспечивают распределение и подачу газа потребителям по газопроводам среднего и низкого или высокого и низкого давлений.

Трехступенчатая система газоснабжения позволяет осуществлять распределение и подачу газа потребителям по газопроводам низкого, среднего и высокого давлений.

Многоступенчатая система газоснабжения предусматривает распределение газа по газопроводам высокого I категории (до 1,2 МПа), высокого II категории (до 0,6 МПа), среднего (до 0,3 МПа) и низкого (до 500 даПа) давлений.

Выбор системы газоснабжения зависит от характера планировки и плотности застройки населенного пункта.

Глава I. Расчетно-конструкторская часть

.1 Основные понятия сварки трубопроводов

Сварные соединения являются неразъемными, т.е. не могут быть разобраны без поломки деталей. Это свидетельствует о монолитности (сплошности) сварных соединений. Такая монолитность может быть обеспечена, если между поверхностными макромолекулами соединяемых деталей возникнут силы взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса) и произойдет их взаимное перемещение из одной детали в другую, например за счет диффузии.

Казалось бы, достаточно сблизить поверхности на такие расстояния (0,3-0,4 нм), на которых начинают заметно проявляться эти силы, чтобы между поверхностными макромолекулами свариваемых пластмасс возникли связи, исчезла граница раздела и произошла сварка. Именно этими соображениями руководствуются некоторые авторы, определяя сварку как технологический процесс получения неразъемного соединения частей изделия, основанный на взаимной диффузии и химическом взаимодействии макромолекул полимеров, в результате которых между соединяемыми поверхностями исчезает граница раздела.

Однако даже в идеальном случае, когда на соединяемых поверхностях отсутствуют микронеровности (идеально гладкие поверхности), различные загрязнения, адсорбированные газы и другие составляющие, препятствующие такому сближению, необходима затрата извне деформационной и тепловой энергии. Деформационная энергия будет затрачиваться на преодоление сил отталкивания, возникающих между сближаемыми поверхностными атомами. Тепловая энергия увеличивает вероятность развития взаимодействия между ними. Если исходить из таких представлений, то в сварочной зоне можно выделить два основных процесса: первый - подвод и преобразование энергии и второй - движение (или превращение) вещества. Интенсивность процесса преобразования энергии и его характер определяют вид сварки.

Для осуществления процесса сварки необходима активация свариваемых поверхностей. Это достигается за счет подвода и, в некоторых случаях, преобразования энергии. Введение вещества необходимо только при некоторых видах сварки пластмасс, например при сварке нагретым газом с применением присадочного материала, а также при сварке расплавом. В последнем случае с присадочным материалом и расплавом подводится и энергия. сварка трубопровод сталь дуговой

Движение вещества при различных видах сварки пластмасс может быть значительным. Оно обусловлено перемешиванием и диффузией, протекающими в материале, нагретом до вязкотекучего состояния. Особым видом движения следует считать химическую реакцию активных групп, расположенных на свариваемых поверхностях, между собой или с активными группами промежуточного вещества, которая также может протекать при подводе энергии того или иного вида (химическая сварка).

Исходя из сказанного, можно считать, что в термодинамическом смысле не может быть разницы в определении сварки пластмасс и металлов. Это определение может быть сформулировано следующим образом: сварка - это процесс получения монолитного соединения материалов за счет введения и термодинамически необратимого преобразования энергии и вещества в месте соединения.

1.2 Классификация трубопроводов

В зависимости от функционального назначения трубопровода подразделяют на:

промысловые трубопроводы

магистральные трубопроводы

трубопроводы пара и горячей воды

технологические трубопроводы

трубопроводы газоснабжения (распределительные)

водоснабжение и канализация

Значительный объем в сталях, применяемых для изготовления труб и строительства трубопроводов различного назначения, занимают низкоуглеродистые и низколегированные стали с пределом текучести до 500 МПа.

Поскольку технологические процессы сварки труб из указанных сталей при строительстве трубопроводов различного назначения практически мало чем отличаются друг от друга, а применяемые при этом руководящие нормативно-технические документы отражают различия только в требованиях к подготовке кромок, сборке, качеству сварных соединений и испытаниям на прочность и герметичность, то в дальнейшем изложении лекции мы рассмотрим общие положения технологического процесса изготовления на примере магистральных и распределительных (трубопроводов газоснабжения) трубопроводов.

1.3 Способы сварки трубопроводов

Способы сварки трубопроводов классифицируют как термические, термомеханические и механические. Термические способы включают все виды сварки плавлением (дуговая, газовая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная и др. виды сварки. К термомеханическому классу относятся стыковая контактная сварка, сварка магнитоуправляемой дугой. К механическим способам относятся сварка трением и взрывом.

Различают методы сварки трубопроводов по типу носителей энергии (дуговая, газовая, плазменная, лазерная и др.); по условиям формирования соединения (свободное или принудительное формирование сварного шва); по способу защиты зоны сварки (под флюсом, в защитных газах, с использованием самозащитной электродной проволоки т.д.); по степени механизации и автоматизации процесса (ручная, механизированная, автоматизированная и роботизированная).

Для сварки магистральных трубопроводов наибольшее распространение получили дуговые методы сварки. Более 60% всех стыков на магистралях свариваются автоматической дуговой сваркой под флюсом. Дуговая сварка под флюсом используется только в тех случаях, когда существует возможность вращения стыка. Сварку трубопроводов под флюсом в основном автоматизированным способом применяют при изготовлении двух- и трехтрубных секций диаметром 219...1420 мм. Когда применение механизированных методов невозможно, используется ручная дуговая сварка.

Ручную дуговую сварку выполняют при различных пространственных положениях стыка - нижнем, вертикальном и потолочном. В процессе сварки вручную перемещают электрод по периметру стыка со скоростью 8.. .20 м/ч.

Сварка в защитном газе имеет разновидности: по типу защитного газа - сварка в инертных газах (аргон, гелий, их смесь), в активных газах (СО2, азот, водород), сварка в смеси инертного и активного газов (Аг + СО2; Аг + СО2 + О2); по типу электрода - плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом; по степени механизации ручная, механизированная и автоматизированная сварка. Дуговую сварку в защитных газах применяют для сварки трубопроводом в различных пространственных положениях. Скорость ручной сварки 8...30 м/ч, механизированной и автоматизированной 20...60 м/ч. Для сварки трубопроводом применяют метод механизированной сварки порошковой проволокой с принудительным формированием шва, при котором функции защиты выполняют порошкообразные компоненты, заполняющие металлическую оболочку проволоки. По мере кристаллизации сварочной ванны наружное формирующее устройство и сварочная головка перемещаются по периметру стыка снизу вверх со скоростью 10...20 м/ч. Перспективна лазерная сварка трубопроводом, при которой носителем энергии служит лазерный луч. Скорость лазерной сварки - до 300 м/ч.

При стыковой контактной сварке непрерывным оплавлением процесс происходит автоматически по заданной программе. Продолжительность сварки одного стыка труб диаметром 1420 мм составляет 3...4 мин, цикл сварки одного стыка при строительстве трубопроводов -10... 15 мин.

Автоматическая сварка магнитоуправляемой дугой (или дугоконтактная сварка) отличается от стыковой контактной сварки способом нагрева кромок. При дугоконтактной сварке нагрев выполняется дугой, вращаемой магнитным полем по кромкам свариваемых труб с большой скоростью. Этот способ сварки применяют для сооружения трубопроводов малого (пока до 114 мм) диаметра.

1.4 Нормативные документы, применяемые при строительстве магистральных и распределительных трубопроводов

Главным нормативным документом, регламентирующим правила выполнения сборочно-сварочных работ при строительстве трубопроводов в СНГ являются «Строительные нормы и правила» на основе которых были разработаны «Сводные правила по производству сварочных работ и контролю качества сварных соединений» СП 105-34-96, а также «Трубопроводы газоснабжения». В этих документах приводятся правила квалификационных испытаний сварщиков и контроля допускных стыков, правила подготовки труб к сварке, условия правки, ремонта и отбраковки труб, порядок сборки различных труб между собой и с трубопроводной арматурой, оговорены методы сварки и погодные условия при выполнении работ на трассе, нормативные документы регламентируют применение рекомендованных сварочных материалов, а также нормы и правила контроля сварных соединений трубопроводов, условия их выбраковки и ремонта.

В развитие основных положений указанных СНиПов разработаны технологические инструкции по сварке трубопроводов ВБН А.3.1.-36-3-96 и методом контроля сварных стыков трубопроводов (ВСН 012-88). Эти инструкции регламентируют: основные положения технологии ручной и автоматической дуговой сварки кольцевых стыков труб, а также труб с запорной и распределительной арматурой магистральных и распределительных трубопроводов диаметром от 14 до 1420 мм с толщиной стенки от 1 до 26 мм, рассчитанных на давление не свыше 7,5 МПа; контроля сварных соединений и их ремонта; техники безопасности и производственной санитарии. По этим инструкциям разрешается сваривать трубы из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву до 590 МПа включительно. В инструкциях приведены технологические особенности сварки трубопроводов методами ручной дуговой сварки, автоматической сварки под флюсом, автоматической сварки в среде защитных газов и порошковой проволокой с принудительным формированием шва. Инструкции не распространяются на сварку трубопроводов специального назначения (для транспортировки аммиака, этилена, этанола, углекислоты и др.), а также трубопроводов для коррозионноактивных продуктов.

За рубежом при строительстве трубопроводов руководствуются национальными и международными стандартами (табл. 1), среди которых наибольшей популярностью пользуются АРI 1104, АРI 5D и ВS 4515. При контроле качества сварных соединений трубопровода, как пра¬вило, руководствуются международным стандартом ISО 8517 и европейским стандартом ЕN 25817

Таблица 1

1.5 Требования к трубам

Для строительства магистральных и распределительных газопроводов применяются стальные бесшовные электросварные прямошовные и спиральношовные. Трубы диаметром до 1020 мм изготавливаются из спокойных и полуспокойных низколегированных сталей, трубы диаметром до 1420 мм - из низколегированных сталей в термически улучшенном или термомеханически упрочненном состоянии. Только для распределительных газопроводов низкого давления (до 0,005 МПа) допускается применение труб из кипящих низкоуглеродистых сталей.

В СНГ трубы применяются в соответствии с ГОСТ 8731 ... ГОСТ 8734 группы В, а также при соответствующем технико-экономическом обосновании - по ГОСТ 9567; трубы стальные электросварные - в соответствии с ГОСТ 20295 для труб с условным диаметром (Ду) до 800 мм включительно. Для труб Ду > 800 мм разрабатываются специальные технические условия, в которые должны включаться требования, изложенные ниже.

Готовые трубы маркируют, выбивая клеймами (холодной штамповкой) на расстоянии 250-500 мм от одного из концов трубы следующие данные: товарный знак или наименования предприятия - изготовителя; марку стали или ее условное обозначение; номер трубы; клеймо технического контроля; год изготовления. Участок клеймения четко обводят краской. Кроме того, на трубе несмываемой краской указывают ее диаметр и толщину стенки.

Импортные трубы изготавливаются и поставляются в основном по стандартам Американского нефтяного института (АРI), таких как: АРI-5 I (бесшовные и прямошовные трубы), АРI-513 (спиральношовные трубы для различных трубопроводов) АРI-51Х (трубы для трубопроводов высокого давления).

По этим стандартам трубные стали объединяются в группы по пределу текучести. Каждая группа сталей с одинаковыми значениями предела текучести в тысячах фунтов на 1 кв.дюйм. По этим стандартам существуют группы сталей: Х-42, Х-46, Х-52, Х-56, Х-60, Х-65, Х-70 с временным сопротивлением разрушению от 414 до 565 МПа. Стандарты АРI помимо механических свойств регламентируют процесс изготовления труб, химический состав стали, размеры, массу и длину трубы, давление при гидравлических испытаниях в процессе изготовления, методы неразрушающего контроля, которые применяют при изготовлении, условия ремонта труб и т.д. Обозначение трубы по стандарту АРI состоит из названия фирмыизготовителя труб, монограммы АРI (товарного знака, означающего, что данная труба изготовлена в соответствии с требованиями АРI), размера трубы в дюйма, массы одного фута трубы в фунтах, обозначения класса прочности стали и вида изготовления (S -бесшовные, Е - сварные прямошовные трубы, SW - спиральношовные трубы, Р - трубы с продольным швом, сваренные прессовыми методами), обозначения типа стали (Е - сталь, выплавленная в электропечах, М - высокопрочная низколегированная сталь), обозначения вида термообработки (NМ -нормализация или нормализация и отпуск, NО - закалка и отпуск, NS -высокий отпуск). Маркировка выполняется несмываемой краской. Трубы для магистральных трубопроводов изготавливаются из сталей с соотношением предела текучести к временному сопротивлению разрыву не более: 0,75 - для низкоуглеродистых сталей; 0,8 - для низколегированных нормализованных сталей; 0,85 - для дисперсионно-твердеющих нормализованных и термически улучшенных сталей; 0,9 - для сталей контролируемой прокатки.

1.6 Подготовка кромок труб под сварку

Перед началом сварочно-монтажных работ необходимо убедиться в том, что используемые трубы и детали трубопроводов имеют сертификаты качества и соответствуют проекту, техническим условиям на их поставку. Трубы и детали должны пройти входной контроль в соответствии с требованиями соответствующих стандартов и технических условий на трубы.

Концы труб и соединительных деталей должны иметь форму и размеры скоса кромок, соответствующие применяемым процессам сварки. При их несоответствии допускается механическая обработка кромок в трассовых условиях. Для труб небольшого диаметра (до 520 мм) возможно применение торцевателей, фаскоснимателей, труборезов и шлифмашинок. Для больших диаметров применяются орбитальные фрезерные машины, гидроабразивная резка и шлифмашинки. В отдельных случаях, при врезке катушек или выполнении захлестов, допускается применение термических способов подготовки кромок, таких как:

а) газокислородная резка с последующей механической зачисткой кромок абразивным кругом на глубину 0,1.. .0,2 мм;

б) воздушно-плазменная резка с последующей механической обработкой на глубину до 1 мм - вследствие насыщения кромки азотом (при использовании аргона в качестве плазмообразующего газа механическая обработка не требуется); в) воздушно-дуговая резка с последующей зашлифовкой на глубину до 0,5 мм (науглераживание кромок);

г) строжка и резка специальными электродами типа АНР-2М, АНР-3 или ОК.21.03, после которых не требуется механическая обработка.

Перед сборкой труб необходимо очистить внутреннюю полость труб от попавших туда грунта, грязи, снега, а также зачистить до металлического блеска кромки и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхность труб и соединительных деталей на ширину не менее 10 мм.

Участки усиления наружных заводских швов, прилегающие к свариваемому торцу трубы, рекомендуется ошлифовывать до высоты О..Д5 мм на расстоянии от торца не менее 10 мм.

Все трубы поступают на трассу с заводов с разделкой кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Эта разделка (рис. 1, а) имеет для труб любого диаметра при толщине стенки более 4 мм угол скоса кромок 25-30° и притупление 1-2,6 мм. При толщине стенки 16 мм и более трубы большого диаметра могут поставляться с комбинированной разделкой кромок в соответствии с рис. 1, б.

Размер В зависит от толщины стенки и составляет:

мм - при толщине стенки трубы 15... 19 мм

мм - при толщине стенки трубы 19...21,5 мм

мм - при толщине стенки трубы 21,5... 26 мм.

Рис. 1. Типы разделки кромок труб для ручной дуговой сварки (а, б), автоматической сварки в среде защитных газов (в), автоматической сварки под флюсом (г, д, е, ж) и порошковой проволокой с принудительным формированием (а, б).

Для трубопроводов Ду 1000 мм и свыше, когда предусмотрено выполнение подварочного корневого шва изнутри, рекомендуется разделка представленная на рис.1, в. При строительстве распределительных трубопроводов допускается ручная дуговая сварка труб без разделки кромок с толщиной стенки до 4 мм. Кроме того, для трубопроводов диаметром до 152 мм возможно применение газовой сварки (без разделки кромок - до 3 мм, и односторонним скосом кромок - до 5 мм).

Соединение разностенных труб на трассе допускается без дополнительной обработки кромок:

для толщин стенок не более 12,5 мм, если разность толщины не превышает 2 мм;

для толщин стенок свыше 12,5 мм, если разность толщины не превышает 3 мм. В этом случае смещение стыкуемых кромок не допускается.

Соединение труб или труб с запорной и распределительной арматурой с большей разностью толщин стенок осуществляют посредством вварки между стыкуемыми элементами переходников заводского изготовления или вставок из труб промежуточной толщины длиной не менее 250 мм.

Допускается выполнять непосредственную сборку и сварку труб или труб с деталями трубопроводов при разностенности до 1,5 толщин при специальной обработке, прилегающей к торцу поверхности более толстой трубы или детали (рис.2, а). Сварка захлесточных стыков разностенных труб не допускается.

Непосредственное соединение труб с запорной и распределительной арматурой разрешается при условии, если толщина стыкуемого торца арматуры не превышает 1,5 толщины стенки трубы с подготовкой патрубка арматуры согласно (рис. 2, б). Указанная подготовка должна быть осуществлена заводом-поставщиком.

Рис. 2. Подготовка для сварки торцов труб и деталей с разной толщиной стенки.

1.7 Требования к сборке труб

Сборка стыков труб должна гарантировать:

перпендикулярность стыка к оси трубопровода. Отклонение от перпендикулярности не должно превышать 2 мм;

равномерность по периметру зазора, находящегося в пределах значений, регламентированных соответствующими стандартами и инструкциями;

минимально возможную величину смещения кромок, регистрируемую универсальными шаблонами, не превышающую допустимых значений (для магистральных трубопроводов - 0,2 толщины стенки, но не более 3 мм, для распределительных - (0,15 толщины стенки + 0,5 мм);

смешение продольных заводских швов относительно друг друга на расстояние не менее 100 мм - для труб диаметром более 100 мм и на 1/3 длины окружности - для труб диаметром менее 100 мм. В случае технической невозможности выполнения указанных требований назначается дополнительный ультразвуковой контроль сварочного соединения на данном участке стыка.

1.8 Предварительный подогрев

Предварительный подогрев является одной из важнейших технологических операций, позволяющих регулировать термический цикл сварки. Известно, что структура и свойства сварного соединения в значительной степени определяются скоростью охлаждения металла в интервале температур 800-500°С (наименьшей устойчивости аустенита). При высоких скоростях охлаждения возможно образование закалочных структур типа мартенсит в ЗТВ, обладающих высокой прочностью и низкой пластичностью, а также склонностью к образованию холодных трещин. Особенно это относится к низколегированным сталям с эквивалентом углерода 0,43% и выше. Эти стали весьма чувствительны к действию термического цикла, к концентраторам, а зона термического влияния склонна к охрупчиванию. Наиболее ярко эти явления проявляются при ручной дуговой сварке, когда скорость охлаждения металла ЗТВ может достигать 70°С/с. При заданной толщине стенки трубы регулировать скорость охлаждения зоны термического влияния можно изменяя начальную температуру стыкующих кромок предварительным подогревом. Особенно важно это при сварке корня шва электродами с целлюлозным покрытием, когда скорость охлаждения максимальна по сравнению со сваркой других слоев шва, уменьшена погонная энергия сварки (скорость сварки такими электродами вдвое превышает скорость сварки электродами с основным покрытием) и увеличена склонность и образованию холодных трещин за счет повышения содержания диффузионного водорода в металле шва. Предварительный подогрев не только уменьшает вероятность образования закалочных структур в ЗТВ, но и создает условия для активной эвакуации диффузионного водорода из металла шва и указанной зоны. Что, в свою очередь, повышает стойкость сварных соединений против образования холодных трещин, особенно при использовании электродов с целлюлозным покрытием, когда содержание водорода в шве может достигать 50 мм на 100 г наплавленного металла.

Температуру предварительного подогрева выбирают в зависимости от химсостава стали (по эквиваленту углерода), толщины станки трубы, температуры окружающего воздуха и вида электродного покрытия. Эти параметры, как правило, регламентируются соответствующими стандартами и технологическими инструкциями. Так, например, в СНГ руководствуются (табл. 2). При сварке электродами с целлюлозным покрытием температура предварительного подогрева повышается на 75 °С.

Таблица 2

За рубежом часто при выборе подогрева оперируют показателем трещиностойкости сварных соединений, определяемый по формуле Ито-Беесио:

где: [Н] - содержание диффузионного водорода, мм/100 г; - толщина свариваемых пластин, мм. Температура подогрева определяется на эмпирической формуле:

(°С)ТП.П= 1440 Рcм - 392.

Предварительный и, при необходимости, сопутствующий подогрев следует осуществлять нагревательными устройствами (газовыми или электрическими), обеспечивающими равномерный нагрев металла по всему периметру свариваемого стыка. Ширина зоны разогрева труб в каждую сторону от шва должна быть не менее 75 мм.

Температуру предварительного и сопутствующего подогрева при соединении труб (или трубы с деталью) из различных марок стали или с различной толщиной стенки, которые должны быть нагреты на разные температуры, устанавливают по максимальному значению.

1.9 Технология и техника ручной дуговой сварки

Почти 60% объема сварочных работ при строительстве трубопроводов приходится на ручную дуговую сварку. Это соединение секций или отдельных труб в непрерывную нитку, сварка переходов через естественные и искусственные преграды, сварка захлестов, вварка катушек, крановых узлов, отводов и др.

Технология ручной дуговой сварки определяется прежде всего материалом труб, подлежащих сварке. В зависимости от марки стали трубы и условий эксплуатации выбирают сварочные материалы. После этого устанавливают технологию и технику сварки, а также схему организации работ, при этом руководствуются заданным темпом строительства трубопровода. При заданных сварочных материалах технология сварки зависит от диаметра и толщины стенки трубы.

Беспрекословным правилом при строительстве магистральных и распределительных трубопроводов есть требование к минимальному количеству слоев в шве. Для труб с толщиной стенки 6 мм и менее - 2 слоя, с толщиной стенки более 6 мм - 3 слоя.

Наиболее ответственным является корневой слой шва. Он должен надежно проплавлять кромки свариваемых труб и образовывать на внутренней поверхности шва равномерный обратный валик с усилением 1-3 мм. Допускается на отдельных участках стыка длиной не более 50 мм (на каждые 350 мм шва) ослабление корня шва (мениск) величиной до 10-15% от толщины стенки трубы. Наружная поверхность корневого слоя должна быть гладкой, мелкочешуйчатой и иметь плавное сопряжение с боковыми поверхностями разделки. Оптимальной формой наружной поверхности шва можно выполнять как шлифовальной машинкой, так и пневмомолотком в соответствии с требованиями инструкции.

При сварке труб диаметром 1020 мм и более после сварки корня шва рекомендуется выполнить подварку корневого слоя изнутри трубы в тех местах, где имеется не провар корня, и обязательно в нижней четверти периметра стыка (изнутри), т.е. на том участке, который при сварке корня шва снаружи выполнялся в потолочном положении. При ручной сварке корня шва поворотных стыков труб большого диаметра подварку выполняют по всему периметру стыка. Подеарочный шов обеспечивает провар корня, он должен иметь мелкочешуйчатую поверхность, плавно сопрягающуюся с внутренней поверхностью трубы без подрезов и других дефектов. Усиление подварочного шва должно составлять не менее 1 и не более 3 мм. Подварку выполняют электродами основного типа диаметром 3-4 мм.

Заполняющие слои шва надежно сплавляются между собой и проплавляют кромки свариваемых труб. После каждого слоя шва необходимо обязательно очищать поверхности шва от шлака.

Облицовочный шов имеет плавное очертание и сопряжение с поверхностью трубы, без подрезов и других видимых дефектов. Усиление шва должно быть не менее 1 и не более 3 мм. Ширина шва перекрывает ширину разделки на 2-3 мм в каждую сторону.

В конце смены сварной стык должен быть заварен полностью. Это требование вызвано тем, что трубопровод в течение суток претерпевает действие изменения температуры окружающего воздуха, которое особенно существенно при смене для ночью и ночи - днем. Изменение температуры вызывает возникновение в трубах и сварных стыках напряжений, которые могут быть весьма высокими.

Если стык заварен не полностью, то в ослабленном сечении шва напряжения могут превысить предел текучести и даже временное сопротивление разрушению металла шва и стык разрушится. Особенно опасна эта ситуация при отрицательных температурах воздуха, когда снижается пластичность металла. В зависимости от типа рекомендуемых электродов существует 3 наиболее распространенных схемы сварки: сварка стыка электродами с основным покрытием, сварка стыка электродами газозащитного типа, сварка корня шва и горячего прохода электродами газозащитного типа, а заполняющих и облицовочного слоев - электродами с основным покрытием. Сварку электродами с основным покрытием выполняют снизу вверх с поперечными колебаниями, амплитуда которых зависит от ширины разделки стыка. При поточно-расчлененном методе сварки каждый сварщик выполняет определенный участок шва, положение которого зависит от числа сварщиков, работающих одновременно на одном стыке. На трубах большого диаметра их число может достигать четырех. Как правило, если сварщиков двое, то они выполняют сварку снизу, от надира, и идут вверх по периметру в направлении (по циферблату часов) 6-3-12 и 6-9-12. При этом в потолочной части стыка замок следует смещать на 50-60 мм от нижней точки окружности трубы. В двух смежных слоях замки должны отстоять друг от друга не менее чем на 50-100 мм. Если сварщиков четверо, то первая пара варит участок стыка (по циферблату) 6-3 и 6-9, а вторая пара - 3-12 и 9-12. Схема последовательности наложения двух слоев при сварке снизу вверх электродами с основным покрытием приведена на рис. 3, а. Все последующие нечетные слои выполняют по схеме первого слоя, все четные - по схеме второго слоя. Римские цифры показывают последовательность сварки отдельных участков шва. В зависимости от пространственного положения сварки рекомендуются значения тока, приведенные в табл.3.

При использовании электродов с покрытием основного вида следует применять только аттестованные для трубопроводного строительства марки электродов.

Рис. 3

Таблица 3

При использовании электродов газозащитного типа сварку корня шва выполняют сверху вниз без колебательных движений, опираясь концом электрода на кромки свариваемых труб. Сварку выполняют постоянным током обратной или прямой полярности при напряжении холостого хода источника питания не менее 75В. Значения сварочного тока при сварке электродами диаметром 3,25 мм не должны превышать 100-110А; при сварке электродами диаметром 4 мм в нижнем и полувертикальном положении 120-160А, в остальных положениях 100-140А. Скорость сварки следует поддерживать в диапазоне 16-22 м/ч. Изменяя в процессе сварки угол наклона электрода от 40 до 90°, сварщик сохраняет образующееся при сквозном проплавлении кромок технологическое окно, через которое он наблюдает за оплавлением кромок.

Для снижения уровня остаточных сварочных напряжений в сварном соединении периметр неповоротного стыка разбивается на симметричные, диаметрально противоположные участки и многослойная сварка выполняется в последовательности, приведенной на рис. 4. Больший эффект снижения сварочных напряжений и деформации дает применение обратноступенчатого метода сварки и одновременное заполнение разделки двумя или четырьмя сварщиками.

Рис.4 . Рекомендуемый порядок выполнения многослойного шва при сварке электродами с основным покрытием: а - Ду < 200 мм, б - Ду 300 мм.

При сварке трубопроводов небольшого диаметра (до 530 мм) с целью уменьшения объема монтажных работ в траншее часто практикуется укрупнение в секции труб сваркой с поворотом стыков на 90 или 180°. Трубу делят по окружности на четыре примерно одинаковых по длине участка. Заварив участки 1 и 2 стык поворачивают на 90° для сварки участков 3 и 4 (рис. 5). Затем, выполняя очередной поворот на 90°, производят последовательносварку участков 5 и 6, 7 и 8.

В другом случае, после сварки участков 1 и 2 (рис. 6) выполняют поворот стыкуемых труб на 180° для сварки участков 3 и 4. Затем поворот на 90° и 180° для сварки участков 5 и 6, 7 и 8 соответственно.

Рис.5 . Сварка с поворотом труб на 90°: а - первого слоя, б - второго, 1...8 - последовательность выполнения участков слоя.

Рис.6 . Сварка с поворотом труб на 180°: а - первого слоя, б - второго, 1...8 - последовательность выполнения участков слоя.

1.10 Транспортировка труб и деталей

Транспортирование и хранение труб и соединительных деталей осуществляют в соответствии с требованиями нормативной документации на трубы и соединительные детали, а также положениями настоящего СП.

Одиночные трубы для транспортировки и хранения связываются в пакеты массой до 3 т. Из пакетов могут формировать блок-пакеты массой до 5 т.

Трубы длинномерные до 160 мм включительно сматываются для транспортировки и хранения в бухты или наматываются на катушки.

Трубы диаметром 225 мм и более могут перевозиться без формирования пакетов.

Длина труб в прямых отрезках может быть от 5 м до 24 м с кратностью 0,5 м, длина труб в бухтах составляет от 50 м до 200 м. Длина труб на катушках определяется заводом-изготовителем и объемом заказа по диаметрам от 40 мм до 160 мм.

Транспортная маркировка наносится на грузовые места в соответствии с требованиями ГОСТ 14192.

Бухты и пакеты скрепляют средствами по ГОСТ 21650. Бухты должны быть скреплены не менее чем в шести местах. Концы труб должны быть пригнуты к бухте. Внутренний диаметр бухты должен быть не менее 20 наружных диаметров трубы.

Пакеты труб длиной 6 м скрепляют не менее чем в двух местах, большей длины - не менее чем в трех местах. При транспортировке труб с большим числом перевалок (в труднодоступные регионы) пакеты должны быть скреплены как минимум в четырех местах независимо от длины труб. Трубы в пакетах должны храниться на чистой, ровной поверхности и снаружи поддерживаться опорами. В целях безопасности высота уложенных пакетов не должна превышать 3 м.

Рис. 1.1 Хранение труб в пакетах

Трубы можно транспортировать любым видом транспорта с закрытым или открытым кузовом (в крытых или открытых вагонах) с основанием, исключающим провисание труб.

Транспортировка труб плетевозами не допускается.

При выполнении погрузочно-разгрузочных операций не допускается перемещение труб волоком; сбрасывать трубы и детали с транспортных средств запрещается.

При перевозке труб автотранспортом длина свешивающихся с кузова машины или платформы концов труб не должна превышать 1,5 м.

Трубы, поставляемые на катушках, перевозятся на специальных прицепах в вертикальном положении, допускается транспортировка на платформах в горизонтальном положении.

Бухты транспортируются в горизонтальном, а при наличии специальных опор - в вертикальном положении.

Во избежание повреждения труб при их транспортировке о металлические и другие твердые предметы нижний ряд труб располагают на деревянных подкладках, укрепленных на платформе транспортного средства. не связанные в пакеты трубы укладывают так, чтобы в нижнем ряду они располагались вплотную одна к другой, а в последующих рядах - в гнездах, образуемых нижележащими трубами.

Число рядов должно быть не более:

для труб диаметром менее 160 мм - 14;

для труб диаметром более 160 мм - 10.

Для погрузочно-разгрузочных работ рекомендуется использовать вилочные автопогрузчики.

Для подъема упаковок соединительных деталей нельзя использовать крюки. Захваты автопогрузчика должны быть соответствующим образом закрыты, например обрезками полиэтиленовой трубы, или использованы деревянные европоддоны.

В качестве строповочных средств используют текстильные канаты. Использовать стальные канаты для подъема одиночных труб или пакет «удавкой» не рекомендуется.

Трубы и соединительные детали необходимо оберегать от ударов и механических нагрузок, а их поверхности - от нанесения царапин. При транспортировке следует избегать изгиба труб. Особенно осторожно следует обращаться с трубами и деталями при низких температурах.

Во избежание перемещений труб при перевозке их необходимо закреплять на транспортных средствах текстильными стропами.

Транспортировка, погрузка и разгрузка труб производятся при температуре наружного воздуха не ниже минус 200С. Допускается погрузку, разгрузку и транспортировку труб в пакетах производить при температурах не ниже минус 400С; при этом избегать резких рывков и соударений.

Трубы хранятся в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50838. Заглушки, которые предотвращают попадание грязи в трубы, во время хранения не снимаются.

Соединительные детали трубопроводов рекомендуется доставлять на объекты строительства в контейнерах, в которых они надежно закреплены. на контейнеры наносится надпись «Не бросать».

Упаковка может производиться в следующие виды тары: ящики фанерные или ящики досчатые по ГОСТ 9396; ящики деревянные по ГОСТ 18573, ГОСТ 2991 типов IV, VI-2, VI-6, VII; контейнеры-пакеты мягкие из резинотекстильного материала; контейнеры мягкие специальные разового использования типа МКР-1.ОМ или мешки из полиэтиленовой пленки.

При транспортировании в крытых вагонах в контейнерах по ГОСТ 19667 или крытым автомобильным транспортом допускается упаковка в ящики из гофрированного картона по ГОСТ 9142, ГОСТ 22852, бумажные мешки по ГОСТ 2226, полиэтиленовые мешки по ГОСТ 17811, мешки из полиэтиленовой пленки по ГОСТ 10354.

Упаковка деталей при транспортировании в районах Крайнего Севера производится в соответствии с ГОСТ 15846.

Допускается и другой вид упаковки, обеспечивающий сохранность деталей при транспортировке и хранении в течение гарантийного срока.

Трубы и соединительные детали хранятся отдельно по партиям. сортаменту, виду материала. Не допускается при хранении смешивать трубы и детали из полиэтилена разных марок и SDR.

На складе хранения труб и деталей не допускается проведение газоэлектросварочных и других огневых работ.

Для предохранения штабелей труб от раскатывания крайние трубы необходимо подклинивать. С этой целью можно использовать и другие приемы или средства: упоры-ограждения, сборно-разборные стеллажи и т.п.

Рис. 1.2 Хранение отдельных труб в штабеле

Высота штабеля при предполагаемом сроке хранения свыше двух месяцев не превышает 2,0 м. При меньших сроках хранения высота штабеля должна быть, как правило, не более:

3,0 м - для труб типа SDR 17,6;

4,0 м - для труб типа SDR 11.

Трубы при складировании укладывают в «седло» или послойно с прокладками между ярусами (при укладке пакетов). Бухты хранят уложенными в горизонтальном положении.

Катушки большого диаметра хранятся в вертикальном положении между специальными опорами. На складе необходимо иметь оборудование для безопасного подъема, перемещения и погрузки.

Соединительные детали хранят в закрытых складских помещениях в условиях, исключающих их деформирование, попадание масел и смазок (укладывают в полиэтиленовые мешки), не ближе 1 м от нагревательных приборов, желательно на стеллажах.

Соединительные детали с закладными нагревателями (ЗН) хранятся в индивидуальных герметичных полиэтиленовых пакетах до момента их использования.

Соединительные детали с наваренными отводами для стыковой сварки могут храниться на открытом воздухе, но при условии защиты от повреждений и воздействия прямых солнечных лучей.

Катушки с синтетическим тканевым шлангом и компоненты клея всегда находятся в отапливаемом помещении. Синтетические тканевые шланги защищаются от воздействия солнечных лучей и теплоты. Защитную оболочку убирают непосредственно перед началом санирования. Катушки со шлангом допускается поднимать только при помощи стержня (оси), продетого через ступицу катушки. подъемные устройства для погрузки-разгрузки (вилочный автопогрузчик, краны или лебедки, оборудованные стрелой с достаточной грузоподъемностью) ни в коем случае не должны соприкасаться с синтетическим тканевым шлангом или его гибкой защитной оболочкой. Катушки должны устанавливаться на платформе прицепа при помощи деревянных клиньев, прикрепленных к полу прицепа. Ремни, перетянутые через катушки, являются дополнительной действенной защитой. Ширина крепежного ремня должна быть не менее 100 мм.

1.11 Квалификационные испытания сварщиков

Для проверки квалификации сварщик, аттестованный в соответствии с РД-03-495, должен, как правило, сварить в условиях, близких к производственным, допускные сварные соединения. Сварка допускных сварных соединений производится в следующих случаях:

если сварщик впервые приступает к работе на предприятии;

при перерыве в производстве сварочных работ стыковым способом более двух месяцев;

при изменении типа сварочного оборудования (для проверки технологических параметров сварки);

при изменении класса материала (ПЭ 80, ПЭ 100), диаметров (и толщин стенок) свариваемых нагретым инструментом встык труб, если работы выполняются впервые;

при применении способа сварки, не предусмотренного СНиП 42-01.

Допускные сварные соединения изготавливаются из отрезков полиэтиленовых труб длиной не менее 300 мм, сваренных между собой при помощи деталей с ЗН или нагретым инструментом встык. Количество допускных соединений при сварке деталями с ЗН должно быть не менее одного, при сварке нагретым инструментом встык - должно составлять не менее:

одного - при использовании сварочной техники с высокой степенью автоматизации;

двух - при использовании сварочной техники со средней степенью автоматизации;

трех - при использовании сварочной техники с ручным управлением.

Допускные сварные соединения независимо от способа сварки подвергают визуальному контролю (внешнему осмотру) и измерительному контролю геометрических параметров.

Если по результатам внешнего осмотра сварные соединения не отвечают установленным требованиям, то сварщик выполняет сварку повторно. Отбор сварных соединений для механических испытаний осуществляют после получения положительных результатов визуального и измерительного контроля.

Допускные стыки, сваренные нагретым инструментом встык, подвергают:

механическим испытаниям на осевое растяжение;

ультразвуковому контролю.

Допускные сварные соединения, сваренные соединительными деталями с ЗН, подвергают механическим испытаниям:

для муфт, переходов, тройников, заглушек - на сплющивание;

для оседловых отводов - на отрыв.

Критерии оценки качества допускных стыков по результатам внешнего осмотра, механических испытаний и ультразвукового контроля, а также методики проведения испытаний приведены в СНиП 42-01 и настоящем СП в разделе «Контроль качества работ».

Глава 2. Выбор материала

.1 Общие сведения

Сталь является основным конструкционным материалом для изготовления машин и конструкций газопроводов и.т.д. Для конструкций работающих при низких температурах сталь должна обеспечивать высокую прочность и надежность в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью, обладать малой чувствительностью к концентраторам напряжений и низкой склонностью к хрупкому разрушению. Учитывая технологию изготовления изделий, сталь должна иметь хорошую свариваемость.

Известно, что при низких температурах металлические сплавы существенно изменяют свои механические и физические свойства. Для многих материалов наблюдается при этом падение пластичности и, следовательно, конструкционной прочности. И поэтому в условиях нашей республики большое значение имеет механические и физические свойства сталей при низких температурах, так как зимой температура воздуха иногда достигает ниже -600С, а летом достигает до 35-380С. Поэтому сведения о поведении материалов при низких температурах необходимы для правильного выбора материалов при трубопроводов низкого давления. Испытания различных сталей и сплавов при низких и весьма низких температурах позволили определить их величины предельного сопротивления хрупкому разрушению, изучить процесс перехода от вязкого к хрупкому разрушению и на этой основе наметить пути предотвращения внезапных разрушений.

Конструкционные материалы и изделия, применяемые для газопровода низкого давления, должны отвечать требованиям государственных стандартов, технических условий и других нормативных документов, утвержденных в установленном порядке законодательств РФ.

2.2 Сталь углеродистая обыкновенного качества Ст3сп5

Сплавы железа с углеродом, содержащие менее 2,14 % углерода при малом содержании других элементов, называются углеродистыми сталями. Углеродистые стали завершают кристаллизацию образованием аустенита. В их структуре нет эвтектики (ледебурита), благодаря чему они обладают высокой пластичностью, особенно при нагреве, и хорошо деформируются.

Углеродистые (нелегированные) стали являются наиболее дешевыми сталями и составляют около 80 % объема продукции черной металлургии. Эти стали выплавляются различными способами в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах, что определяет содержание примесей и качество.

Наилучшими свойствами обладает электросталь, более чистая по содержанию вредных примесей - серы и фосфора, а также газов и неметаллических включений. Она идет на изготовление более ответственных деталей.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства углеродистой стали. Даже при малом изменении содержания углерод оказывает заметное влияние на изменение свойств стали. С увеличением углерода в структуре стали растет содержание цементита. При содержании до 0,8 % С сталь состоит из феррита и перлита, при содержании более 0,8 % С в структуре стали, кроме перлита, появляется структурно свободный вторичный цементит.

Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно пластичен. Цементит характеризуется высокой твердостью, но хрупок. Поэтому с ростом содержания углерода увеличивается твердость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали.

Рост прочности происходит до 0,8-1,0 % углерода. При увеличении содержания углерода более 0,8 % уменьшается не только пластичность, но и прочность. Это связано с образованием сетки хрупкого цементита вокруг перлитных зерен, легко разрушающейся при нагружении. По этой причине заэвтектоидные стали подвергают специальному отжигу, в результате которого получают структуру зернистого перлита.

Углерод оказывает существенное влияние на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость давлением и резанием.

С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем и особенно в холодном состоянии.

Лучше всего обрабатываются резанием среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3-0,4 % С. Низкоуглеродистые стали при механической обработке дают плохую поверхность и трудноудаляемую стружку. Высокоуглеродистые стали имеют повышенную твердость, что снижает стойкость инструмента.

Постоянными примесями в углеродистых сталях являются: марганец, кремний, сера, фосфор, а также скрытые примеси - газы: кислород, азот, водород.

Полезными примесями являются марганец и кремний. Их вводят в сталь в процессе выплавки для раскисления:

+ Мn ? МnО + Fe; 2FeO + Si ? SiO2 + 2Fe.

В углеродистой стали содержится до 0,8 % Мn. Марганец, помимо раскисления, в этих количествах полностью растворяется в феррите и упрочняет его, увеличивает прокаливаемость стали, а также уменьшает вредное влияние серы: FeS + Мn ? MnS + Fe.

В полностью раскисленной углеродистой стали содержится до 0,4 % Si. Кремний является полезной примесью, так как эффективно раскисляет сталь и, полностью растворяясь в феррите, способствует его упрочнению.

Вредными примесями в стали являются сера и фосфор. Основным источником серы в стали является исходное сырье - чугун. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Сера нерастворима в стали. Она образует с железом соединение FeS - сульфид железа, хорошо растворимый в металле. При малом содержании марганца благодаря высокой ликвации серы в стали может образоваться легкоплавкая эвтектика Fe-FeS (Tпл = 988 °С). Эвтектика располагается по границам зерен. При нагреве стальных заготовок до температур горячей деформации включения эвтектики сообщают стали хрупкость, а при некоторых условиях могут даже плавиться и при деформировании образовывать надрывы и трещины. Марганец устраняет красноломкость, так как сульфиды марганца не образуют сетки по границам зерен и имеют температуру плавления около 1 620 °С, что выше температуры горячей деформации. Вместе с тем, сульфиды марганца, как и другие неметаллические включения, также снижают вязкость и пластичность, уменьшают усталостную прочность стали. Поэтому содержание серы в стали должно быть как можно меньше.

Повышенное (до 0,2 %) содержание серы допускается лишь в автоматных сталях для изготовления крепежных деталей неответственного назначения. Сера улучшает обрабатываемость стали.

Основной источник фосфора - руды, из которых выплавляется исходный чугун. Фосфор является вредной примесью, способной в количестве до 1,2 % растворяться в феррите. Растворяясь в феррите, фосфор уменьшает его пластичность. Фосфор резко отличается от железа по типу кристаллической решетки, диаметру атомов и их строению. Поэтому фосфор располагается вблизи границ зерен и способствует их охрупчиванию, повышая температурный порог хладноломкости.

Скрытые примеси - кислород, азот, водород - находятся в стали либо в виде твердого раствора в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды), либо присутствуют в свободном состоянии в порах металла. Кислород и азот мало растворимы в феррите. Они загрязняют углеродистую сталь хрупкими неметаллическими включениями, способствуя снижению вязкости и пластичности стали. Водород находится в твердом растворе и особенно сильно охрупчивает сталь. Повышенное содержание водорода, особенно в хромистых и хромо-никелевых сталях, приводит к образованию внутренних трещин - флокенов.

Даже небольшие концентрации газов оказывают резко отрицательное влияние на свойства, ухудшая пластические и вязкие характеристики стали. Поэтому вакуумирование является важной операцией для улучшения свойств стали.

Кроме того, в углеродистых сталях присутствуют такие случайные примеси, как Сr, Ni, Сu, наличие которых обусловлено загрязненностью шихты.

Углеродистые стали классифицируют по структуре, способу производства и раскисления, по качеству.

По структуре различают: 1) до эвтектоидную сталь, содержащую до 0,8 % С, структура которой состоит из феррита и перлита; 2) эвтектоидную, содержащую около 0,8 % С, структура которой состоит только из перлита; 3) за эвтектоидную, содержащую 0,8-2,14 % С; ее структура состоит из зерен перлита, окаймленных сеткой цементита.

По способу производства различают стали, выплавленные в электропечах, мартеновских печах и кислородно-конвертерным способом.

По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали.

Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали. Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400 %, серы - 900 % от их среднего содержания. В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60 %, а по сере на 110 % превышает их среднее содержание в стали. Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора. Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали. Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т50 у нее на 10-20 °С выше по сравнению с Т50 для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14-20 мм и более) из кипящей стали.

Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали.

Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12-16 % по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь дороже кипящей.

Существует сталь с промежуточной степенью раскисления - полуспокойная. В отличие от кипящей она обрабатывается перед разливкой небольшим количеством раскислителей.

По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.

Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного составляет около 90 %.

Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

По качеству различают стали обыкновенного качества и качественные стали. Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05 % S и не более 0,04 % Р. Качественные стали содержат не более 0,04 % S (в случае инструментальных сталей до 0,03 %) и не более 0,035% Р, они менее загрязнены неметаллическими включениями и газами. В особо ответственных случаях эти стали содержат менее 0,02 % S и 0,03 % Р. Поэтому при одинаковом содержании углерода качественные стали имеют более высокие пластичность и вязкость, особенно при низких температурах. Качественные стали предпочтительнее для изготовления изделий, эксплуатируемых при низких температурах, в частности, в условиях Севера и Сибири.

Стали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380-94. Выплавка их обычно производится в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Обозначают их буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, например: Ст0, Ст1, Ст6. Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры - условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава. В конце обозначения марки стоят буквы «кп», «пс», «сп», которые указывают на способ раскисления: «кп» - кипящая, «пс» - полуспокойная, «сп» - спокойная.

Углеродистые стали обыкновенного качества содержат С ? 0,49 % и выпускаются трех разновидностей в зависимости от технологии раскисления: кипящие с С ? 0,27 % (Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп и Ст4кп); полуспокойные (Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс, Ст4пс, Ст5пс и Ст6пс); спокойные (Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп, Ст4сп, Ст5сп и Ст6сп). К этим сталям относятся также стали Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс с Mn = 0,8-1,10 % (в стали Ст5Гпс допускается Mn = 0,8-1,20 %). Эти стали имеют повышенную прочность по сравнению с прочностью сталей Ст3пс, Ст3сп и Ст5пс. В стали Ст0 ограничивают только содержание углерода (не более 0,23 %), серы, фосфора, не предъявляют специальных требований к технологии ее выплавки, нормируют только временное сопротивление (?в ? 300 МПа).

В сталях обыкновенного качества нормируют содержание примесей на более высоком уровне, чем у сталей других групп: S ? 0,05 %, P ? 0,04 %, As ? 0,08 %. В сталях, выплавленных на керченской руде, допускается As ? 0,15 %, N ? 0,010 %; в сталях, выплавленных в дуговых печах, N ? 0,012 %.

Таблица 2.1

Химический состав стали обыкновенного качества Ст3сп5

Массовая доля элементов, % по ГОСТ 380-82CSiMnSPCrNiCuAsN0.14 0.230.15- 0.30,4- 0,650,05 0,04 0,3 0,3 0,3 0.08 0.01

Таблица 2.2

Механические свойства стали Ст3сп5 при комнатной температуре

В состоянии поставкиСечение, мм?0,2, Н/мм²?В, Н/мм²?, %до 20245370-48026свыше 20-40235370-48025

Таблица 2.3.

Измерение ударной вязкости стали Ст3сп5

Состояние поставкиУдарная вязкость КСU, Дж/см2 при t, оС+200-20-40-50Лист толщиной 10-32 мм41-20840-7131-689-6311-28Фасонный прокаттолщиной 12 мм86-20671-8950-7943-5314-28

2.3 Конструкционная низколегированная сталь 09Г2С

Сталь 09Г2С широко используется для различных деталей и элементов сварных металлоконструкций и емкостей, работающих при температуре от -70 до + 425оС под высоким давлением, для ответственных сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении. Обладает хорошей свариваемостью.

Таблица 2.4.

Химический состав стали 09Г2С (ГОСТ 19282-73)

СSiMnCrNiCuPSAsNне болеене более0,120,5-0.81,3-1,70,300,300,300,0350,0400,00,008

Как видно из таблицы 2.4. основными легирующими элементами стали 09Г2С помимо углерода являются кремний и марганец.

Легирующие элементы, изменяя параметр решетки железа, упрочняют феррит (кроме хрома), значительно влияют на характеристики пластичности (кроме элементов, образующих растворы внедрения) и обычно понижают вязкость (за исключением никеля и хрома). Степень влияния отдельных элементов зависит от типа образуемого твердого раствора, различия атомных радиусов железа и растворённого элемента.

Основные легирующие элементы (углерод, марганец, кремний) оказывают на стали монотонно упрочняющее влияние, причем интенсивность влияния углерода выше, чем у марганца и кремния.

Углерод, являющийся эффективным упрочнителем, образует с железом твердые растворы внедрения. Однако его растворимость в феррите сравнительно невелика, что приводит к снижению упрочняющего эффекта. Вместе с тем, высокая прочность мартенсита закалки сопровождается снижением вязкости и необходимостью проведения отпуска. При отпуске образуются карбиды, мартенсит обедняется углеродом и снижается действие твердорастворного механизма упрочнения. При этом хотя и реализуется механизм упрочнения дисперсными частицами второй фазы, образуются довольно крупные частицы цементитного типа в ферритной матрице. Эти частицы более тверды и хрупки, чем ферритная матрица, и при нагружении на поверхности раздела создается объемное напряженное состояние, приводящее к образованию микротрещин.

Повышение прочностных характеристик стали при легировании марганцем связано с упрочнением феррита (вследствие искажения кристаллической решетки) и перлита (вследствие увеличения дисперсности), но главное действие марганца на прочность следует рассматривать как значительное увеличение перлитной компоненты в структуре. Марганец в количестве до 1.3 - 1,4% практически не влияет на свариваемость стали с содержанием углерода до 0,2%.

Упрочняющее влияние кремния сопровождается снижением относительного удлинения и ударной вязкости при -40оС. Влияние кремния резко повышается с увеличением его содержания. Рекомендуется снижение содержания кремния в сталях, предназначенных для сварных конструкций, в частности, из-за того, что при содержании более 0,5% он способствует укрупнению зерна, а также усиливает химическую неоднородность металла и увеличивает образование неметаллических включений.

Хром в малых количествах мало влияет на свойства стали, и только при количествах, достигающих 1,4% приводит к образованию в нормализованной стали значительного количества игольчатых структур, повышающих прочность.

Никель оказывает слабое влияние на стандартные механические свойства марганецсодержащих низколегированных сталей. При содержании никеля менее 0,9%, сохраняется ферритно-перлитная структура, при большем солдержании появляются продукты промежуточного превращения.

В ферритно-перлитных низкоуглеродистых сталях молибден преимущественно находится в твердом растворе и практически не оказывает влияния на их механические свойства в нормализованном состоянии. Только при комплексном легировании молибденом и бором образуется бейнитная структура, повышающая прочность при уменьшении пластичности. Аналогичный результат молибден обеспечивает и в отсутствии бора при содержании углерода выше 0,2% и марганца выше 1,5%.

Хладостойкость сталей может быть повышена при условии:

создания равномерной мелкозернистой структуры, предотвращающей образование пиков локальных напряжений;

уменьшения количества и размеров неметаллических включений и перлитной составляющей, а также их глобуляризации;

уменьшения количества вредных примесей, способных образовывать сегрегации на структурных неоднородностях.

Таблица 2.5.

Механические свойства низколегированной строительной стали 09Г2С

?В?Т?, %KCU, МДж/м2, при t оСМПа-20-40-70480330210,60,350,3

Примечание: Указаны механические свойства (не менее) при толщине проката до 20 мм.

Свариваемость - сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Склонность к отпускной хрупкости 0 не склонна.

Флокеночувствительность - не чувствительна.

2.4 Выбор стали для газопровода

Стали для металлических трубопроводов обычно классифицируют либо по структурному признаку, либо по уровню основных механических свойств в готовом прокате.

В основу классификации по структурному признаку положено наличие известной взаимосвязи между химическим составом стали и ее структурой после горячей прокатки или нормализации, хорошо описываемой термокинетическими и изотермическими диаграммами распада переохлажденного аустенита. Различают стали четырех классов: феррито-перлитного, феррито-бейнитного, бейнитного и мартенситного. Каждому классу стали соответствует вполне определенный уровень основных свойств изготовленного из нее проката после горячей прокатки, нормализации или термического улучшения (табл. 2.6).

Таблица 2.6.

Основные свойства проката для трубопроводов низкого давления.

Класс стали?Т, Н/мм2, не менееKCU, Дж/см2, не менее при температуре, оСТипичные стали-20-40-70Феррито-перлитный265 34529 -- 39- 34*Ст3сп, 09Г2С

Однако наиболее распространенной классификацией сталей для строительных конструкций в отечественных и зарубежных стандартах является классификация по уровню основных механических свойств в готовом прокате, главным образом по пределу текучести и ударной вязкости при отрицательных климатических температурах, характеризующих, как было показано выше, сопротивление металла хрупкому разрушению.

В ГОСТ 27772 стандартизовано по прочности 10 классов стали:

стали обычной прочности - С235, С245, С255, С275, С285;

стали повышенной прочности - С345, С375, С440, С590;

стали высокой прочности - С390

где С - сталь строительная; цифры - предел текучести проката, H/мм2.

Наряду с пределом текучести для проката из стали каждого класса нормируют и другие механические свойства (?В, ?5, КСU) (табл.2.7, табл. 2.8.). Одновременно с основными механическими свойствами ГОСТ 27772 регламентирует также химический состав стали для проката каждого класса прочности (табл. 2.9.).

Таблица 2.7.

Основные механические свойства проката по ГОСТ 27772 при статическом растяжении и ударном изгибе

СталиТолщина проката, мм?Т, Н/мм2?В, Н/мм2?5, %С2454-2023537025С2554-1024538025С3454-10 10-20345 324490 47021 21

Таблица 2.8.

Нормируемые (+) показатели ударной вязкости для проката из стали С345 и С375

Нормируемая характеристикаКатегория хладостойкости1234Ударная вязкость KCU при -40оС -70оС + - - + + - - +

Таблица 2.9.

Химический состав сталей, % (мас) по ГОСТ 27772

Стали ГОСТ 27772Стали аналогиС, не болееMnSiS, не болееP, не болееCrNiCuVС245 С255 С375ВСт3пс ВСт3пс 09Г2С0,22 0,22 0,15?0,65 ?0,65 1,3-1,7?0,05 0,15-0,3 ?0,800,05 0,05 0,040,04 0,04 0,035?0,3 ?0,3 ?0,3?0,3 ?0,3 ?0,3?0,3 ?0,3 ?0,3?0,3 ?0,3 ?0,3

Необходимо отметить, что регламентация указанным стандартом химического состава становится его серьезным недостатком по следующей причине. В последние годы разработаны и внедряются на металлургических заводах различные схемы упрочнения проката в потоке станов, которые обеспечивают значительно более высокие показатели прочности и хладостойкости. Так, например, прокат из стали С255 (Ст3сп) после ДТУ полностью соответствует или даже превышает уровень требований к прокату из стали С345 (09Г2С). Однако поставка такого проката по ГОСТ 27772 требует дополнительных, иногда достаточно длительных согласований с заказчиком.

Выбор марки стали для основных элементов конструкций должен производиться с учетом требуемых класса прочности (гарантированного минимального предела текучести), ударной вязкости, толщины проката.

В качестве материала стропильной фермы перехода теплотрассы была выбрана, широко используемая в условиях холодного климата низколегированная сталь 09Г2С.

Сталь является основным конструкционным материалом для изготовления машин и конструкций, работающих при низких температурах. Для таких конструкций сталь должна обеспечивать необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью, обладать малой чувствительностью к концентраторам напряжений и низкой склонностью к хрупкому разрушению. Учитывая технологию изготовления изделий, сталь должна иметь хорошую свариваемость.

2.4 Свариваемость сталей

Свариваемость - свойство металлов образовывать сварное соединение при установленной технологии сварки, которое отвечает требованиям конструкции и эксплуатации изделий.

Различаются физическая, технологическая и эксплуатационная свариваемость.

Физическая или металлургическая свариваемость определяется процессами на границе соприкосновения свариваемых деталей. При этом на границе соприкосновения свариваемых деталей должны произойти физико-химические процессы (химическое соединение, рекристаллизация и т. п.), в результате которых и образуется прочное соединение. Протекание физико-химических процессов на границе свариваемых металлов определяется их свойствами.

Материалы одного химического состава (однородные) с одинаковыми свойствами обладают физической свариваемостью.

Сваривание неоднородных материалов может не произойти, если они не обладают физической свариваемостью.

Технологическая свариваемость - возможность получения сварного соединения определенным способом сварки. По технологической свариваемости устанавливаются оптимальные режимы сварки и способы сварки, последовательность выполнения работ для получения требуемого сварного соединения. Основными показателями технологической свариваемости являются стойкость образуемого при сварке шва против горячих трещин и против изменений в металле под действием сварки.

Эксплуатационная свариваемость определяет области и условия допустимого применения металлов в сварных конструкциях и изделиях.

На свариваемость стали и сплавов оказывают влияние химические элементы, входящие в их состав, прежде всего углерод и легирующие элементы.

Для оценки склонности низколегированных сталей к образованию холодных трещин можно использовать расчет по эквиваленту углерода Сэкв (по ГОСТ 27772-88) по соотношению, которое учитывает, также влияние примесных элементов:

(2.1.)

где С, Мn, Сr, Мо, V, Ti, Ni, Cu, B - содержание, % от массы, в составе металла трубной стали соответственно углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, ниобия, титана, меди, никеля, бора.

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

(2.2.)

где С, S, P, Si, Ni, Mn, Cr -химические элементы.

При ?в < 700, HCS должен быть меньше 4 и при ?в < 700, HCS должен быть меньше 2, тогда сталь имеет высокую сопротивляемость образованию горячих трещин.

Для стали Ст3сп5

19,25

Для стали 09Г2С

2,8

Для оценки склонности низколегированных сталей к образованию холодных трещин можно использовать расчет по эквиваленту углерода Сэкв по соотношению, которая учитывает, также влияние примесных элементов.

Для стали Ст3сп5

Для стали 09Г2С

Глава 3. Технология сборки трубопровода низкого давления

.1 Выбор сварочного материала

Условное обозначение электрода:

Расшифровка обозначения:

Э50А:

индекс Э - для ручной дуговой сварки и наплавки;

цифра 50 обозначает величину предела прочности при растяжении 50 кгс/мм2;

индекс А указывает, что металл шва имеет повышенные свойства по пластичности и ударной вязкости.

УОНИ 13/55 - марка электрода.

У - для сварки углеродистых и низколегированных сталей с пределом прочности при растяжении до 588 МПа (60 кгс/мм2).

Д - с толстым покрытием, в зависимости от отношения диаметра покрытия электрода D к диаметру электродного стержня d: 1,45 < D/d ? 1,8.

Е517 - группа индексов, указывающих характеристики металла шва или наплавляемого металла. При температуре -60 ударная вязкость не менее 34 Дж/см2. Механические характеристики приведены в табл. 1.4.

Б - покрытие основное (фтористо-кальциевое). Малая окислительная способность покрытия обеспечивает хорошее раскисление и легирование наплавленного металла. В металле шва понижено содержание водорода, кислорода, примесей серы и фосфора. Шов стоек к образованию горячих трещин и сероводородному раскислению. Электроды требуют прокаливания непосредственно перед сваркой, чтобы не возникало пор. Нестабильность горения дуги позволяет вести сварку только постоянным током обратной полярности. Удлинение дуги и большие зазоры приводят к старению и охрупчиванию металла шва из-за насыщения его азотом.

Цифра 2 обозначает пространственное положение: для всех положений, кроме вертикального «сверху вниз».

Цифра 0 обозначает, что сварка ведется в постоянном токе обратной полярности.

Основное назначение:

Электрод марки УОНИ-13/55 с основным покрытием предназначены для сварки постоянным током обратной полярности во всех пространственных положениях, кроме сверху вниз, трубопроводов и других особо ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Таблице 3 и 4 даны соответственно химический состав и механические свойства металла шва.

Таблица 1.8. Химический состав наплавленного металла, %

СSiMnMoNiSP0,090,40,85--0,0240,026

Таблица 1.9. Механические свойства металла шва

?в?т??KCUKCVМПа%Дж/см2 при температуре ºС51041026652020-2020014070

3.2 Сварные соединения и швы

Одним из важнейших характеристик сварного соединения, определяющими прочностные показатели сварной конструкции, являются геометрические параметры сварного шва. К ним относятся: глубина провара, ширина шва, катет углового шва, расчетная высота углового шва, выпуклость шва.

В зависимости от толщины свариваемых элементов конструкции выбирается тот или иной вид разделки кромок под сварку. Разделка кромок и размеры зазоров при сборке под сварку ферм должны соответствовать требованиям ВСН 006-89.

При изготовлении фермовых конструкций выполняют сварные соединения различных видов: тавровые, нахлесточные и угловые.

Тавровые соединения элементов широко распространены при изготовлении пространственных конструкций. Их выполняют как без разделки, так и с односторонней или двусторонней разделкой кромок. При выполнении сварки в разделку должен быть обеспечен провар и высокая прочность соединений при любых нагрузках. Тавровое соединение могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.

Нахлесточные соединение часто применяют при сварке листовых заготовок при необходимости простой подготовки и сборки изделий под сварку. Такие соединения менее прочны, чем стыковые. Кроме того, выполнение нахлесточных соединений связано с перерасходом основного материала, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов. Нахлесточное соединения, как правило, несут рабочие нагрузки, но их прочность ниже, чем у стыковых соединений, что связано с дополнительным изгибом соединения при осевом нагружении и концентрацией напряжений вследствие зазора между свариваемыми элементами.

Угловое соединение обычно являются связующими и не предназначены для передачи рабочих нагрузок. Угловые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.

3.3 Выбор сварочного оборудования

При сборке стропильной газовых труб применяются различные способы сварки, обеспечивающие необходимое качество сварки. Поэтому от качества сварных соединений зависит эксплуатационная надежность сварных конструкций и кроме того, способ и технология сварки определяют трудозатраты и сроки монтажа.

В современных условиях среди многочисленных способов сварки материалов первое место по всем основным показателям - количеству выпускаемой продукции, числу занятых рабочих и действующих установок - занимает электродуговые способы сварки, в том числе ручная дуговая сварка штучными электродами, полуавтоматическая сварка и автоматическая сварка под флюсом и в среде защитных газов. Вместе с тем следует отметить, что при сборке ферм довольно трудно использовать механизированные способы сварки, так как свариваемые стыки следует выполнять в неповоротном положении и в условиях, когда невозможно надежно защитить дугу от атмосферных влияний. Поэтому механизированные способы сварки применяют в основном в мастерских монтажных заготовок при изготовлении деталей и узлов ферм.

На монтажной площадке стыки сваривают преимущественно ручной дуговой сваркой, которая позволяет вести сварку в любом пространственном положении. Газовую сварку применяют редко.

В настоящее время при сборке стропильной фермы все больше применяются комбинированные способы сварки. Технология комбинированной сварки состоит в том, что корень шва и заполнение разделки выполняют различными методами сварки (аргонодуговой сваркой, механизированными способами сварки в среде защитных газов и под флюсом, а также ручной дуговой сваркой штучными электродами). Корневые швы, как правило, выполняют ручной аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом с присадкой или без нее, полуавтоматической сваркой в углекислом газе или ручной дуговой сваркой штучными электродами малых диаметров.

Выбор способа сварки и технологии сварки, кроме того, определяются физико-химическими свойствами свариваемого металла, а также возможностями использования того или иного сварочного оборудования, приспособления и оснастки, габаритом и сечением свариваемых деталей.

Исходя из технологических и экономических соображений, с учетом обеспечения высокой производительности и качества технологического оснащения производства выбираем оптимальный вариант на монтажной площадке при сварке плетей труб нужно использовать ручную дуговую сварку штучными электродами. Так как ручная дуговая сварка является наиболее универсальным и мобильным способом сварки. При сварке на заводских условиях использовать комбинированную сварку. Для сварки корневого слоя использовать ручную дуговую сварку штучными электродами, а для последующих узлов ферм использовать автоматическую сварку под флюсом. Такой способ сварки является весьма производительным и экономически целесообразным для ферм.

При сварке газопровода используются различные виды сварки. Сварка газовых труб сварочными аппаратами постоянного тока даёт не плохой сварной шов.

В настоящее время существуют много различных сварочных аппаратов постоянного тока. Разной мощности, силы тока. Также для выбора сравним технические характеристики сварочных аппарат постоянного тока:

наиболее в используемый данное время сварочный аппарат постоянного тока «Дуга» 318М1 - 220В,1ф/380В,2ф.(Рис.3.1.)

Рис.3.1. Общий вид сварочного аппарата 318М1 Дуга

Рис. 3.2. Общий вид сварочного аппарата Форсаж250

новый инверторный сварочный аппарат Форсаж250

Назначения сварочных аппаратов:

«Дуга» 318М1

- Сварочный аппарат постоянного тока «Дуга» 318М1 220/380 предназначен для ручной дуговой сварки прямого и сложного профиля различных металлов и сплавов на постоянном токе любой полярности всеми видами электродов, а также в среде защитных газов. Его можно использовать в производственных цехах и полевых условиях, в передвижных мастерских, коммунальном хозяйстве и т.п. Во время работы практически не создают помех в электрической сети и не оказывают значительного влияния на работу телевизоров и компьютеров (это важно, потому что газораспределительные станции строятся близ населённого пункта).

Цена аппарата 13500-14500 руб

Форсаж250- Аппарат сварочный ФОРСАЖ-250 предназначен для ручной электродуговой сварки стальных материалов, деталей и агрегатов, имеющих в местах сварного шва толщину от 1,5 мм до 16,0 мм. Сварка производится штучными плавкими электродами любой марки диаметром 2,0 - 5,0мм при дуге, образованной постоянным током, регулируемым в пределах 15 - 250А специальным регулятором, расположенным на передней панели аппарата. При наличии специальных аксессуаров и материалов для аргонодуговой сварки аппарат может использоваться для сварки узлов, деталей и материалов из титана, нержавеющей стали и медных сплавов. Имеет более высокие сварочные свойства, так как за счет крутопадающей выходной характеристики поддерживается высокая стабильность сварочного тока дуги, плавная регулировка сварочного тока позволяет сварщику более точно подобрать режимы для разных типов электродов. Все аппараты обладают защитой от перегрева и перегрузки.

В аппаратах имеется схема стабилизации сварочного тока при изменении напряжения питания сети. Инверторы ФОРСАЖ работают на частотах до 100 кГц и пульсация выходного тока и напряжения не превышает 5%, что повышает эластичность и устойчивость сварочной дуги.

Цена аппарата 21960-23760 руб. с учётом НДС.

Технические характеристики аппаратов

«Дуга» 318М1 - 220В,1ф/380В,2ф,

Максимальный сварочный ток, 300А

Пределы регулирования сварочного тока, 50-300А

Макс, потребляемая из сети полная мощность: 8,3кВА

Коэфф. Мощн.(Соs?) при токах от 80 до 200А, не хуже 0,95

Продолжительность включения, ПН%, не хуже 60

КПД, не хуже 80%

Вес: 41 кг.

. Габаритные размеры: 400х300х360мм

«Форсаж250»

Электропитание - трехфазная сеть переменного тока со следующими параметрами:

. Напряжение, В ~380

. Допустимое отклонение напряжений, % +10 -15

. Частота, Гц 50

. Ток, потребляемый от сети (по каждой фазе), А 15, не более

. Выходной ток короткого замыкания, А 280

Внешние вольт - амперные характеристики:

. Напряжение холостого хода, В 95, не более

. Диапазон регулирования сварочного тока, А 15-250

. при цикле 10мин количество циклов не ограничено

. Габаритные размеры аппарата, мм 410*180*290,не более

. масса аппарата, кг 12,6, не более

Из этих данных уже видно, что инверторный аппарат Форсаж250 имеет ряд качеств, превосходящих качества сварочного аппарата. Малый вес, всего 17кг И главное для сварки наиболее ответственных конструкций, как сварка труб газопровода это: 1) плавная регулировка сварочного тока; 2) Наличие в аппарате схемы стабилизации сварочного тока при изменении напряжения питания сети. 3) Высокая стабильность сварочного тока дуги, что позволяет эластичности и устойчивости сварочной дуги. А устойчивая дуга это - хороший шов.

Отсюда выбор аппарата свёл к Форсаж250.

3.4 Расчет параметров режима сварки

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

Определение режима сварки обычно начинают с выбора диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины свариваемого материала. Практические рекомендации по выбору диаметра электрода приведены в таблице 3.1.

Толщина деталей, мм4-66-1011-1617-2223-3233-40Диаметр электрода, мм445555Катет шва, мм456789При сварке многопроходных швов стыковых соединений первый проход должен выполняться электродами с меньшим диаметром, так как применение электродов большего диаметра затрудняет провар корня шва.

В нашем случае, когда толщина катета 5, шов свариваем электродом диаметром 4.

При определении числа проходов следует учитывать, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30-35 мм2:

При катете шва 4 Fh=KyK2/2=1.35*42/2=12

При катете шва 5 Fh=KyK2/2=1.35*52/2=16.875

При катете шва 6 Fh=KyK2/2=1.35*62/2=24,3

При сварке угловых и тавровых соединений, как правило, за один проход выполняют швы катетом не более 8-9мм. При необходимости выполнения шва с большим катетом применяется сварка за два прохода и более.

Сила сварочного тока при ручной дуговой сварке может быть определена в зависимости от диаметра электрода из следующей эмпирической формулой:

Значения k принимаются в зависимости от dэ:

При катете шва 4 k=35 ;

При катете шва 5 k =35 ;

При катете шва 6 k =40 ;

Для зажигания дуги необходимо напряжение не менее 50В. В процессе сварки оно снижается за счет ионизации дугового промежутка и обычно связано с силой сварочного тока соотношением

Применим эту формулу для наших электродов

При катете шва 4

При катете шва 5

При катете шва 6

Скорость перемещения электрода определяют по формуле (1.6.2):

[м/ч] (1.6.2)

где ?н - коэффициент наплавки, то есть количество наплавленного металла за один час, в расчете на один ампер тока, г/(А·ч); Ан - площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, см2; ? - плотность металла электрода, г/см3.

Коэффициент наплавки зависит от марки электрода, состава, а также толщины покрытия, поэтому ?н указывают в паспорте электрода. Для электродов УОНИ 13/55 равна 9,5 г/(А·ч).

м/ч

м/ч

м/ч

Выбор рода тока зависит от оборудования, марки электрода, характера работы. Так, переменный ток имеет экономические преимущества перед постоянным, но для достижения глубокой проплавки применяем постоянный ток прямой полярности.

Все полученные результаты сводим в одну таблицу

ПараметрыНаименование слоя шваОднопроходнойКатет шва 4Катет шва 5Катет шва 6Диаметр электрода, мм445Сила тока, А170-200170-200200-275Род тока, полярностьПостоянная, прямаяПостоянная, прямаяПостоянная, прямаяНапряжение на дуге, В26,8-2826,8-2828-31Скорость сварки, м/ч17,14412,199,96

Глава 4. Охрана труда и пожарная безопасность на предприятии

Основные положения законодательства об охране труда рабочих сварщиков

1. Закон запрещает использовать профессиональный труд детей и подростков, не достигших шестнадцатилетнего возраста.

. К сварочным работам допускаются лица обоего пола не моложе 18 лет, прошедшее специальное обучение, имеющее удостоверение на право производства работ и получившие II квалификационную группу по технике безопасности при эксплуатации электроустановок.

. Женщинам запрещается выполнять сварочные работы в закрытых емкостях (цистернах, котлах и т.п.), на высотных сооружениях связи (башнях, мачтах) свыше 10м.

. При выполнении сварочных работ в условиях повышенной опасности поражения электрическим током (сварка в емкостях и отсеках) сварщики кроме спецодежды должны обеспечиваться диэлектрическими перчатками, галошами и ковриками (ГОСТ 12.3.003 - 75).

. При поступлении на работу сварщики должны пройти предварительный медицинский осмотр, а затем в процессе работы в установленном порядке проходить периодические медицинские осмотры (ГОСТ 12.3.003 - 75).

Соблюдение требований охраны труда на предприятии

На каждом предприятии имеется отдел (служба) охраны труда, работники которого повседневно проводят, под руководством директора организации, работу по осуществлению необходимых мероприятий по безопасности труда и производственной санитарии.

На предприятиях проводятся также периодические медицинские осмотры работающих с целью наблюдения за состоянием здоровья и своевременного выявления лиц с признаками профециональных заболеваний.

Мероприятиями, обеспечивающими укрепление здоровья работающих, являются стационарное, амбулаторное и санаторно-курортное лечение, организация специального и диетического питания, выдача спецжиров, организация благоприятного режима труда и др.

Безопасность труда на территории предприятия и цеха

На каждом предприятии действуют специальные правила техники безопасности, утвержденные профсоюзами рабочих соответствующей промышленности.

Движение любого вида транспорта и людей регулируется дорожными знаками и сигнальными устройствами, устанавливаемыми в соответствии с действующими правилами.

В местах пересечения рельсовых путей дорогами и тротуарами следует пользоваться специальными переездами и переходами, оборудованными звуковым и световой сигнализацией.

Запрещается подлезать под стоящий железнодорожный состав, переходить пути при закрытом шлагбауме, находиться на площадках, где производятся погрузочно-разгрузочные работы, стоять или проходить под поднятым грузом.

Тротуары для пешеходов и проезды для транспорта необходимо в зимнее время очищать от льда и снега и посыпать песком, в летнее - поливать водой.

Цеха (участки) с вредным производством должны изолироваться от других. Цеха, в которых производство сопровождается значительными тепло- и газовыделениями (например сварочные, кузнечные), следует в одноэтажных зданиях. Цеха связанные с возникновением особо резкого шума (с уровням более 90дБ, например, при плазменно-дуговой резке), должны размещаться в изолированных зданиях.

Электробезопасность

Электротравмы возникают при прохождении электрического тока через тело человека.

Тяжесть поражения электрическим током зависит от величины тока и напряжения, а также от пути прохождения тока в организме человека, длительности действия тока, частоты (с повышением частоты переменного тока степень поражения снижается, переменный ток опаснее постоянного).

Опасным напряжением может оказаться шаговое напряжение, возникающее при растекании электрического тока в землю. Растекание тока возможно в случаях касания оборванного электрического провода воздушной сети с землей или при срабатывании защитного заземления. Если человек окажется в зоне растекания тока, то между ногой, находящейся к заземлителю, и ногой, отстоящей от заземлителя на расстоянии шага (0,8м), возникает разность потенциалов (шаговое напряжение) и от ноги к ноге замкнется цепь тока. Для защиты от шагового напряжения пользуются резиновой обувью.

Помещения по степени опасности поражения людей электрическим током подразделяются на три категории: особо опасные (высокая влажность и температура воздуха, химически активная среда, приводящая к разрушению изоляции токоведущих частей), с повышенной опасностью (токопроводящие полы, возможности прикосновения человека к металлическим конструкциям и корпусам электрооборудования и др.) и без повышенной опасности (отсутствуют опасности поражения электродом).

Электрические установки и устройства считаются опасными, если у них токоведущие части не ограждены и расположены на доступной для человека высоте (менее 2,5м), отсутствует заземление, зануления и защитные отключения токопроводящих конструкций (металлические корпуса магнитных пускателей, кнопок «Пуск», «Стоп» и др.).

Правилами технической эксплуатации электроустановок к работе на них допускаются лица пяти квалификационных групп. Квалификационная группа I присваивается персоналу, не прошедшему проверку знаний по Правилом технической эксплуатации электроустановок. Квалификационная группа II присваивается лицам, имеющим элементарные технические знания об электроустановках (электромонтеры, электросварщики и др.). Повышенные квалификационные группы присваиваются лицам, имеющим повышенные знания по электротехнике и по электрооборудованию.

Пожарная безопасность

Причинами, вызывающими пожары в цехах, являются наличие легковоспламеняющихся веществ и горючих жидкостей, сниженных горючих газов, сгораемых материалов, емкостей и аппаратов с пожароопасными продуктами под давлением, электроустановок, вызывающих в процессе их работы электрические искры и др.

Принято по признаку пожарной опасности подразделять производство на категории: А - взрывопожароопасные, Б - взрывоопасные, В - пожароопасные, Г и Д - непожароопасные, Е - взрывонеопасные (имеются только газы).

Сварочные работы в замкнутых емкостях должны выполняться по специальному разрешению администрации предприятия.

Порядок организации и проведения сварочных работ на шахтах и в рудниках определяется инструкциями, утвержденными Госгортехнадзором.

В целях предотвращения пожаров запрещается пользоваться сварщикам одеждой и рукавицами со следами масел, жиров, бензина, керосина и других горючих жидкостей; выполнять термическую резку и сварку свежеокрашенных конструкций до полного высыхания краски; выполнять сварку аппаратов, находящихся под электрическим напряжениям, и сосудов, находящихся под давлением; производить без специальной подготовки резку и сварку емкостей из-под жидкого топлива и др.

Средствами пожаротушения являются вода, пена, газы, пар, порошковые составы и др.

Каждый сварочный пост должен иметь огнетушитель, бачок или ведро с водой, а также ящик песком и лопатой. После окончания сварочных работ необходимо проверять рабочее помещение и зону, где выполнялись сварочные работы. В цехах имеются специальные противопожарные подразделения, из числа работающих в цехе создаются добровольные пожарные дружины.

Глава 5.Экономическая часть

Перевозка стальных конструкций автомобильным транспортом.

Экономичность определяется затратами на металл и другие материалы, необходимые для изготовления конструкций (электроды, кислород, краски и т.п.), а также на изготовление, транспортирование, монтаж. Каждая из этих составляющих зависит от ряда факторов. Так, затраты на изготовление связаны с производственными мощностями (здания, станки, агрегаты, транспортные системы) и живым трудом рабочих и служащих завода-изготовителя. Кроме перечисленных факторов на экономические показатели оказывает влияние скорость изготовления и монтажа конструкций, так как быстрый ввод здания в эксплуатацию позволяет получить дополнительную прибыль и тем самым компенсировать часть затрат на строительство.

Все эти факторы могут быть сведены к достижению трех главных показателей, определяющих основные принципы отечественной школы проектирования: экономии металла, повышению производительности труда при изготовлении, снижению трудоемкости и сроков монтажа.

Экономия металла достигается применением высокопрочных сталей и сплавов, внедрением эффективных конструктивных форм, использованием экономичных прокатных и гнутых профилей, совершенствованием методов расчета.

Габариты и массы элементов стальных конструкций, перевозимых автотранспортом, определяются габаритом приближения, размерами и грузоподъемностью автотранспорта. Высота погруженного на автотранспорт элемента не должна превышать высоту габарита приближения на автомобильных дорогах, т.е. 4,5м от уровня дороги, включая высоту автомобиля или прицепа; ширина элемента не должна более ширины пола автомобиля или прицепа; длина элемента в зависимости от вида автотранспорта колеблется от 4 (при перевозке на автомашинах без прицепов) до 15м.

Плоские гибкие решетчатые и листовые конструкции длиной более 6м для перевозки на автотранспорте должны пакетироваться.

Стоимость перевозки элементов стальных конструкций автомобильным транспортом, исчисленная по Ценнику №3 сметных цен на перевозки грузов для строительства, приведена в таблице 4.3.

Для других районов в Ценнике №3 имеются поправочные коэффициенты к тарифам на перевозки.

При перевозке стальных конструкций длиной от 3 до 6,5м применяются надбавки в размере 25% и в размере 40% на конструкции длиной от 6,5 до 12м включительно.

При перевозке элементов стальных конструкций, масса отдельной единицы которых превышает 250кг, тариф повышается на 30%.

Стоимость погрузочных работ равна 113 руб. за 1 т перевозимых конструкций; стоимость разгрузочных работ - 103 руб. за 1т.

Таблица 8.

Характеристики автомобильных прицепов

Таблица 9.

Характеристика грузовых автомобилей.

ПараметрыМарка автомобилейЗИЛ-131УРАЛ-377МАЗ-500СКРАЗ-256КАМАЗЯАЗ-214Грузоподъемность, т Грузоподъемность на грунтовых дорогах, т Масса заправленной машины с полной нагрузкой, т Мощность двигателя, кВт Полная длина машины L, мм Ширина платформы кузова, мм Длина кузова ?, мм5 - 11,625 110 6900 2322 36007,5 - 15 - 7550 2330 45008 - 15,025 132 7130 2140 620010 - 21,5 176 8200 - -10 10 22,35 176 8190 2430 45857 7 19,54 151 8530 2490 4500

Таблица 10.

Стоимость перевозки стальных конструкций по первому классу на автомобильном транспорте при поясном коэффициенте

Расстояние, кмСтоимость за 1т, руб.Расстояние, кмСтоимость за 1т, руб.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 100017 18 19 20 21 - 25 26 - 30 31 - 35 36 - 40 41 - 45 46 - 50 51 - 60 61 - 70 71 - 80 81 - 90 91 -100 1250 1300 1450 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900 3100 3300 3500 3700

Глава 6 Контроль качества сварных швов

6.1 Визуальный и измерительный контроль

Визуальный и измерительный контроль материала сварных соединений проводят на следующих стадиях:

- входного контроля;

- изготовления деталей, сборочных единиц и изделий;

- подготовки деталей и сборочных единиц к сборке;

- подготовки деталей и сборочных единиц к сварке;

- сборки деталей и сборочных единиц под сварку;

- процесса сварки;

- контроля готовых сварных соединений и наплавок;

- исправления дефектных участков в материале и сварных соединениях (наплавках);

- оценки состояния материала и сварных соединений в процессе эксплуатации технических устройств и сооружений, в том числе по истечении установленного срока их эксплуатации.

Визуальный и измерительный контроль материалов на стадии входного контроля выполняют при поступлении материала (полуфабрикатов, заготовок, деталей) в организацию с целью подтверждения его соответствия требованиям стандартов, технических условий (далее - ТУ), конструкторской документации и Правил

Схемы измерения отдельных размеров подготовки деталей под сборку и сборки соединений под сварку с помощью шаблона универсального типа УШС приведены на рис.4.1. Допускается применение шаблонов конструкций В.Э. Ушерова-Маршака и А.И.Красовского (рис.2.9 и 2.10).

Рис.2.9. Контроль универсальным шаблоном сварщика УШС (начало):

а - общий вид шаблона УШС;

б - измерение угла скоса разделки

Рис.2.9. Продолжение:

в - измерение размера притупления кромки ;

г - измерение зазора в соединении

Рис.2.9. Окончание: д - измерение смещения наружных кромок деталей

Рис.2.10 Контроль шаблоном конструкции В.Э.Ушерова-Маршака (начало):

а - общий вид шаблона;

б - измерение угла скоса разделки

Рис.2.11. Окончание:

в - измерение высоты катета углового шва ;

г - измерение высоты валика усиления и выпуклости корня шва стыкового сварного соединения;

д - измерение зазора в соединении при подготовке деталей к сварке

6.2 Операционный контроль

Операционный контроль осуществляют мастера и производители работ. При этом осуществляется проверка правильности и необходимой последовательности выполнения технологических операций по сборке и сварке в соответствии с требованиями ВСН 006-89 и действующих операционных технологических карт.

При сборке соединений под сварку проверяют:

чистоту полости свариваемого материала и степень зачистки кромок и прилегающих к ним внутренней и наружной поверхностей;

соблюдение допустимой разностенности свариваемых элементов;

соблюдение допустимой величины смещения наружных кромок свариваемых элементов;

величину технологических зазоров в стыках;

длину и количество прихваток.

Если требуется просушка свариваемых кромок или предварительный подогрев, производят контроль температуры подогрева.

При операционном контроле в процессе сварки осуществляют наблюдение за обеспечением строгого соблюдения режимов сварки (по показаниям контрольно-измерительной аппаратуры, установленной на сварочных агрегатах, постах, машинах и т.п.), порядка наложения слоев и их количеством, применяемых материалов для сварки корневого и заполняющих слоев, времени перерывов между сваркой корневого шва и "горячим проходом" и других требований технологических карт.

Заключения

В ходе разработки проекта сделаны следующие выводы:

Обосновал выбор марки стали труб для газопровода низкого давления, эксплуатирующего в условиях Крайнего Севера

Разработал технологию сварки неповоротных кольцевых стыков труб диаметром 219мм.

Обосновал выбор вида и способа сварки и сварочных материалов.

При сварки газовых труб низкого давления из двух выбранных сталей 09Г2С и Ст3сп5 посчитали выгодным, по химическим и механическим свойствам 09Г2С.

Разработан технология ручной дуговой сварки.

Список использованной литературы

1.ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединение сварные. Основные коструктивные элементы и размеры.

2.Правила технической эксплуатации газопроводов и инструкции по их ремонту Москва «Недра» 1988 Разработчики: Г. К. Лебедев, В. Г. Колесников, Г. Е. Зиканов, О.Н. Лайков (ЦНИЛ, часть I); Ю. К. Ищенко, Г. А. Ритчик, Л.В. Дубень, Н.Е. К.алпина (ВНИИмонтажспецстрой, часть II)

.Марочник сталей и сплавов/ М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под общей М28 ред. А.С. Зубченко -М. Машиностроение, 2001. 672 с.; илл.

.Марочник сталей и сплавов/В.Г. Сорокин, А.В. Волоспикова-М28, С.А. Вяткин и др.; Под общей редакцией В.Г. Сорокина- М. Машиностроение, 1989. 640 с.

.Маслов В.И. Сварочные работы: Учебник для нач. проф. Образования. - М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 1999. - 240 с.: ил

.М.Д. Баннов, Ю.В. Казаков, М.Г. Козулин. Под ред. Ю.В. Казакова. - 4 -е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 400 с.

.ГОСТ 14782-86 Ультразвуковая дефектоскопия

.ГОСТ 9467-75 Требования к электродам

.Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцев В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. Учебник для студентов вузов. М.: «Машиностроение», 1977. - 432 с.

10.В. Л. Лихачёв. Сварочное производство. Учебное пособие- Ростов н/Д: «Феникс», 2002.-502 с.

11.Зорин Е. Е.., Худолий Н. Г. Сварка. Введение в специальность. - М.: ООО «Недра-Биз незцентр», 2004. - 232 с.: ил.

12.С. А. Куркин, Г. А. Николаев/Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве. Учеб. Для вузов.-М.:высш. Шк., 1991. - 398с.

13.Сварные конструкции. Расчёт и проектирование: Учеб. Для вузов/Под ред. Г.А. Николаева.- М.: Высш. Шк., 1990.-446с

.Сварка и резка металлов /Глизманенко Д.Л. М.:Профтехиздат,1965. - 448с