8 Ручная дуговая сварка неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов

8.1 Обоснование использования ручной дуговой сварки

На сегодняшний день нефть и газ являются важнейшим товаром России на мировом рынке. Доходы от их продажи составляют весьма значительную часть (до 30% – по заявлениям премьер-министра России, хотя на самом деле эта цифра очевидно больше) бюджета государства. Кроме того, они являются важнейшим сырьем для многих отраслей экономики самой России, в том числе, топливно-энергетического комплекса. Поэтому главнейшими для нефтегазовой отрасли и всей страны в целом являются вопросы эффективной добычи и транспортировки полезных ископаемых к потребителю (или покупателю).

 Географически районы добычи и потребления нефти и газа разделены значительными расстояниями, поскольку основные запасы полезных ископаемых сосредоточены на Севере и на Востоке, а главными их потребителями являются центральные и западные регионы. В связи с этим, одной из наиболее существенных является проблема транспортировки нефти и газа. Безусловным лидером среди различных способов доставки является трубопроводный транспорт – магистральные трубопроводы.

Проблема качества сооружения магистральных трубопроводов автоматически распадается на более мелкие, поскольку качество сооружения всего трубопровода в целом зависит от качества отдельных видов работ, выполняемых при строительстве: подготовительных, земляных, сварочно-монтажных, изоляционно-укладочных, испытаний. Важнейшим процессом, во многом определяющим качества будущего сооружения, являются сварочно-монтажные работы. Сварка на сегодняшний день является единственным способом соединения отдельных труб в секции (укрупнительная сварка обычно поворотных стыков) и в непрерывную нитку (сварка неповоротных стыков). Самым распространенным в трубопроводном строительстве России по сравнению с другими методами все еще остается ручная (электро)дуговая сварка (РДС) толстопокрытым электродом. Обусловлено такое положение дел несколькими причинами. Во-первых, это достоинства РДС:

1) универсальность метода. РДС подходит для сварки всех видов соединений магистральных трубопроводов (МТ). Более того, некоторые виды сварочных работ, согласно действующим нормам, требуют только ручной дуговой сварки (так называемые специальные сварочные работы);

2) отсутствие необходимости применения сложной высокотехнологичной техники и высококвалифицированного персонала для ее обслуживания, что необходимо для большинства методов автоматической сварки;

3) дешевизна метода (это особенно характерно для России, где отношение затрат на рабочую силу к общим затратам на строительство на порядок ниже того же показателя в развитых странах).

Во-вторых, следует упомянуть условия и события характерные для нашей страны с конца восьмидесятых годов и до наших дней:

1) развал СССР и экономический кризис, приведшие в упадок всю строительную индустрию, в том числе, и строительство магистральных трубопроводов. Одним из результатов этих процессов стало ухудшение материально-технической базы строительства. В качестве примера можно привести ситуацию с установками для автоматической электроконтактной сварки оплавлением неповоротных стыков труб больших диаметров «Север». Эти установки успешно применялись в строительстве, так как обеспечивали высокое качество сварки, большую производительность и полную автоматизацию сварочных работ. В настоящее время все они находятся в состоянии, непригодном для эксплуатации, а их восстановление или строительство новых экономически неоправданно;

2) общее техническое и технологическое отставание России от развитых стран, в которых применение автоматических методов сварки обусловлено как высоким уровнем культуры строительства (чего эти методы требуют), так и гораздо лучшей материально-технической обеспеченностью процесса строительства.

Все вышеперечисленные факторы обуславливают столь широкое применение ручной дуговой сварки при сооружении магистральных трубопроводов, даже учитывая то обстоятельство, что метод не является прогрессивным. Не вызывает сомнения тот факт, что с развитием экономики России в строительстве магистральных трубопроводов широкое распространение получат автоматические методы сварки. Но это вопрос не столь отдаленного, но все же будущего. А в настоящее время ручная дуговая сварка остается наиболее используемым методом сварки неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов.

8.2 Обзор существующих методов сварки кольцевых стыков магистральных трубопроводов

 В период расцвета трубопроводного строительства еще в Советском Союзе применялось множество методов сварки неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов. Такой вывод можно сделать хотя бы по содержанию основного ведомственного нормативного документа Миннефтегазстроя СССР, регламентирующего организацию и технологию сварочных работ – ВСН 006-89 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Сварка». Данный документ является действующим. Он регламентирует:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Кроме того, существуют и другие технологии, не регламентированные ВСН, но пригодные для использования при сварке объектов магистрального транспорта нефти и газа.  К ним, в основном, относятс различные перспективные способы сварки (лазерная, электронным лучем и др.)

Классификация и сущность (схемы) методов сварки, используемых при строительстве магистральных трубопроводов, приведены на листе 13. Краткое описание наиболее распространенных при сварке магистральных трубопроводов методов приведено в последующих пунктах.

8.2.1 Сущность метода ручной дуговой сварки

Сущность всех дуговых методов сварки заключается в использовании тепла электрической дуги – мощного стационарного самостоятельного газового разряда с низким катодным напряжением, существующего в промежутке между двумя электродами, роль которых при сварке выполняют плавящийся или неплавящийся электрод и металл свариваемого изделия. Это тепло идет на расплавление основного и присадочного металлов, сообщения их атомам энергии активации, образование физического контакта и др. процессы, имеющие место при сварке.

При ручной дуговой сварке в качестве анода и катода выступают металл свариваемого изделия и сварочный электрод – металлический стержень, покрытый слоем особого состава – обмазкой, или, согласно официальной терминологии, покрытием. Назначение покрытия – стабилизация дуги, защита и легирование расплавленного металла сварочной ванны. Различают четыре вида покрытия: основной, целлюлозный, рутиловый и кислый; для сварки магистральных трубопроводов разрешены только электроды первых двух видов. Различные виды покрытия электродов по-разному взаимодействуют с металлом в процессе сварки. Химический состав металла электрода и покрытия определяется химическим составом металла свариваемого изделия (труб) и выбранной технологией сварки.

Возбуждение электрической дуги при ручной дуговой сварке основано на использовании явления короткого замыкания. При этом происходит следующее: в месте контакта на катоде образуется катодное пятно, которое настолько сильно нагрето, что становится способным к электронной эмиссии (т.е. испусканию электронов) при приложении напряжения в 60-70 В. Для возникновения сварочной дуги как газового разряда необходимо наличие заряженных частиц, направленное движение которых и будет электрическим током. Явлением, обеспечивающим появление этих частиц, является термическая, или ударная ионизация. Эмитированные катодом электроны в результате соударения с нейтральными ионами приводят к появлению ионов. В результате в газовом промежутке между двумя электродами возникают носители электричества – отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы, создаются условия для возникновения сварочной дуги, тепло которой используется при сварке.

Металл сварного шва – закристаллизовавшейся сварочной ванны – будет состоять из смеси металла труб и металла электродов. Его физико-химические характеристики будут зависеть как от качества и правильности принятия решений по выбору технологии сварки, так и от качества выполнения сварочных работ и последующей термообработки сварного шва.

8.2.2 Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса

Физические основы дуговой сварки под слоем флюса те же, что и ручной дуговой сварке. Отличительные же особенности этой разновидности дуговой сварки следующие: применение голой электродной проволоки, подаваемой в зону сварки из кассеты; обеспечение токопровода к электроду вблизи дуги; горение дуги в газовом пузыре, защищаемом от воздуха слоем расплав-литого флюса-шлака и твердого флюса; защита сварочной зоны от вредного излучения дуги. Первые два фактора способствуют резкому увеличению плотности сварочного тока по сравнению с ручной сваркой, что позволяет увеличить производительность наплавки электродного металла.

Идея применения сварки с использованием специальных порошков-флюсов принадлежит Н. Г. Славянову. В 1929 г. советский инженер Д. А. Дульчевский предложил способ автоматической сварки меди под слоем порошкообразных горючих веществ. Сварка под флюсом была разработана Институтом электросварки им. Е. О. Патона (ИЭС) и получила применение в промышленности в 1938–1940 гг. Внедрение автоматической сварки под флюсом в трубопроводном строительстве позволило в 2 раза увеличить производительность сварочно-монтажных работ. Этот способ впервые применили при строительстве газопровода Дашава – Киев в 1948 г. Применение автоматической сварки под флюсом для сооружения магистральных трубопроводов позволяет добиться уровня механизации сварочных работ до 50 %.

Автоматическую сварку под слоем флюса в трубопроводном строительстве применяют при изготовлении длинномерных секций диаметром 273–1420 мм на полустационарных трубосварочных базах. Строительство трубопровода в непрерывную нитку из 24- и 36-метровых секций вместо одиночных 12-метровых труб позволяет существенно увеличить темп сооружения трубопровода. При строительстве магистральных трубопроводов наиболее распространены две типовые схемы трубосварочных баз:

-        

-        

В последне время появился еще один вид трубосварочных баз – передвижная мобильная трубосварочная база (ПМТБ), предназначенная для механизированной сварки под флюсом поворотных стыков труб в полевых (трассовых) условиях. В зависимости от условий строительства и диаметра труб ПМТБ позволяет изготавливать непосредственно на строительной полосе 2-х, 3-х или 4-х трубные секции. Применение такой базы позволяет существенно снизить затраты на транспортировку трубных секций, характерные для строительства с применением полустационарных трубосварочных баз.

8.2.3 Автоматическая дуговая сварка в среде защитных газов

Электродуговая сварка в среде защитных газов отличается от сварки под слоем флюса тем, что горение дуги идет (в соответствии с названием) в газовой среде, создаваемой в зоне сварки. Эта среда может состоять из углекислого газа, гелия, аргона или их комбинаций.

Электродуговую сварку в среде защитных газов изобрел Н. Н. Бенардос. В период второй мировой войны в США нашла применение сварка в среде аргона и гелия неплавящимся вольфрамовым электродом и плавящимися электродами. В 1952 г. К. В. Любавским и Н. М. Новожиловым была изобретена проволока, использование которой в сварочном процессе позволило осуществить сварку плавящимся электродом в среде углекислого газа.

Основное преимущество процесса сварки в среде защитных газов заключается в повышении вязкости расплавленного металла, что позволяет сваривать стыковые швы на весу и механизировать сварку неповоротных стыков в разных пространственных положениях. Для сооружения магистральных трубопроводов сварку в среде углекислого газа начали применять с 1959 г.

При помощи сварки в среде СО₂ плавящимся электродом (сварочной проволокой) можно сваривать первый (корневой) слой шва поворотных стыков на трубосварочных базах, но более распространена сварка неповоротных стыков на трассе.

8.2.4 Автоматическая сварка неповоротных стыков порошковой проволокой с принудительным формированием шва

Дуговая сварка порошковой проволокой разработана в ИЭС им. Е. О. Патона.

Схема принудительного формирования предусматривает сварку правого и левого полупериметров стыков труб большого диаметра одновременно двумя головками. В начале сварки первой головкой в качестве дна плавильного пространства используют металлическую вставку, как правило, из электродной проволоки. Дном плавильного пространства может также быть мощная, качественно выполненная прихватка. В плавильное пространство, образованное кромками свариваемых деталей и формирующими устройствами, примыкающими к поверхностям деталей, подают порошковую проволоку, между концом которой и жидким металлом горит электрическая дуга. За счет тепла дуги и сварочной ванны оплавляются кромки деталей. По мере кристаллизации шва формирующие устройства вместе со сварочным автоматом перемещаются по стыку снизу вверх.

Самозащитная порошковая проволока обеспечивает зону сварки технологически необходимым слоем шлака, который находится в зоне ползуна в пластичном или жидком состоянии. Порошковая проволока состоит из малоуглеродистой ленты, свернутой и протянутой в трубочку диаметром 2–3 мм, заполненную порошкообразным наполнителем. Наполнитель состоит из смеси минералов, руд, ферросплавов металлических порошков, химикатов и других материалов, сгорание которых при сварке обеспечивает защиту зоны сварки от воздействия окружающей среды.

Применение порошковой проволоки позволяет снизить трудоемкость и повысить качество сварных соединений при трубопроводном строительстве. Надежно защищая сварочную ванну в процессе сварки, она позволяет избежать транспортировки на трассу баллонов с защитным газом, а также не требует защиты зоны сварки от ветра, что необходимо при сварке в защитном газе.

Резервы повышения производительности дуговой сварки ограничены критической массой сварочной ванны, способной удерживаться в разделке в различных пространственных положениях. Существенное повышение производительности достигается принудительным формированием шва, которое применительно к сварке стыков труб можно осуществить только в сочетании с порошковой проволокой. Благоприятным фактором, способствующим принудительному формированию, при сварке порошковой проволокой является наличие шлака между горячей поверхностью шва и движущимся холодным формирующим устройством. В этих условиях шлак служит технологической смазкой и защищает ползун.

Для выполнения сварки стыков магистральных трубопроводов порошковой проволокой с принудительным формированием был разработан комплекс специализированного сварочного оборудования «Стык-1» для сварки стыков трубопроводов диаметра 1220–1420 мм, а также комплекс «Стык-2» для сварки стыков трубопроводов диаметром 530–1020 мм.

8.2.5 Электроконтактная сварка оплавлением

Контактная сварка представляет собой процесс образования неразъемного соединения в результате нагрева металла проходящим электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия. Контактная сварка имеет несколько разновидностей, одной из которых является стыковая сварка. В зависимости от особенностей процесса нагрева различают контактную стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. При сварке непрерывным оплавлением детали, в частности свариваемые трубы, сближают при очень малом усилии  при включенном сварочном трансформаторе. Оплавление торцов труб происходит в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек в отдельных точках сосоприкосновения торцов (стадия I). В результате оплавления (стадия II) на торцах труб образуется слой жидкого металла,который при осадке вместе с окисными пленками выдавливаиз стыка в виде грата (стадия III). При этом  образование содинения происходит в твердожидкой фазе. Характерной особенностью контактной стыковой сварки оплавлением является удале окислов из стыка вместе с прослойкой жидкого металла и образование на наружной и внутренней поверхностях стыка грата неправильной формы. При строительстве трубопроводов удаление грата обязательно как с наружной, так и со внутренней стороны трубопровода.

При сооружении магистральных и промысловых трубопроводов применяются передвижные и полустационарные установки. В их состав входят: сварочная машина с аппаратурой управления и контроля процесса сварки, наружный и внутренний гратосниматели, агрегат зачистки концов труб под контактные башмаки сварочной машины, транспортный рольганг, электростанции, транспортное средство (для передвижных установок).

Наиболее распространенными при строительстве магистральных трубопроводов являются трубосварочные базы с использованием установок ТКУС и комплекс для электроконтактной сварки неповоротных стыков «Север».

8.3 Технология ручной дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков магистральных трубопроводов

8.3.1 Сварочные электроды

Сварочными материалами для РДС являются сварочные электроды. Они представляют собой металлические стержни, покрытые особым составом – обмазкой, или, согласно официальной терминологии, покрытием. Конец электрода свободен от покрытия для обеспечения электрического контакта с держателем. От химического состава и стержня, и покрытия зависит характер металлургических процессов, происходящих при сварке.

Назначение покрытия – стабилизация дуги, защита и легирование расплавленного металла сварочной ванны. Различные виды покрытия электродов по-разному взаимодействуют с металлом в процессе сварки.В России для сварки магистральных трубопроводов разрешено применение электродов с покрытием основного (Б) и целлюлозного (Ц) вида.

Шлакообразующую основу электродов с основным покрытием составляют карбонаты и фториды кальция. Кроме того, в состав покрытия также входят каолин, кварцевый песок, ферросплавы. Газовая защита расплавленного металла обеспечивается углекислым газом и окисью углерода при диссоциации карбонатов. Наплавленный металл раскисляется ферромарганцем, ферросилицием, а иногда ферротитаном или ферроалюминием. Эти покрытия слабоокисленные, поэтому позволяют легировать расплавленный металл элементами с большим сродством к кислороду. Наличие значительного количества соединений кальция, хорошо связывающих серу и фосфор с выделением их в шлак, обеспечивает высокую чистоту наплавленного металла, его повышенные пластические свойства при пониженных температурах, а легирование марганцем и кремнием придает соединению высокую прочность. Наплавленный металл содержит небольшое количество кислорода (менее 0,05%) и водорода (4–10 см³/г.мет.), мало склонен к старению и стоек к образованию кристаллизационных трещин. Однако при сварке длинной дугой, увлажнении покрытия и наличии следов ржавчины на кромках стыка наблюдается резкое увеличение склонности к порообразованию. Электроды не должны иметь эксцентриситет покрытия, который может привести к образованию козырька при горении. Электроды с покрытием типа Б могут применяться для выполнения всех видов сварочных работ на магистральных трубопроводах, в т.ч. для сварки на компрессорных и перекачивающих станциях, специальных сварочных работ и др. Для качественной сварки необходимо строго выполнять требования по подготовке электродов и изделия к работе и выдерживать технологический режим процесса. Сварка ведется на постоянном токе прямой и обратной полярности во всех пространственных положениях корневого, заполняющих и облицовочного слоев шва кольцевых стыков труб всех диаметров.

Целлюлозное покрытие содержит большое количество органических составляющих (целлюлоза, асбест, травяная мука), создающих в процессе сварки газовую защиту. Кроме того. В состав покрытия таких электродов вводятся окислы железа, марганца, ферросплавы и др. вещества. Покрытие содержит ферромарганец для раскисления наплавленного металла. Толщина покрытия составляет 0,8–0,9 мм. При сварке на конце электрода образуется втулочка из нерасплавившегося покрытия, что способствует образованию направленного потока газов, возникающих при разложении органических веществ. Газовая струя оттесняет жидкий металл из-под дуги и обеспечивает более глубокое проплавление основного металла. Кроме того, при сварке корневого слоя шва («корня») образуется равномерный и хорошо сформировавшийся обратный валик. Объясняется это тем, что сварку электродами с целлюлозным видом покрытия выполняют со сквозным проплавлением, при котором дуга образует в металле сквозное «технологическое окно». При этом металл сварочной ванны оттесняется в сторону, противоположную направлению сварки. По мере перемещения электрода металл смыкается позади окна, пленка жидкого металла перекрывает оплавленные кромки с обратной стороны шва и формируется обратный валик. Электроды с целлюлозным покрытием дают небольшое количество легкоотделимого шлака, что облегчает технику сварки «на спуск», вдвое повышает скорость сварки (по сравнению с основными электродами). Однако сечение каждого слоя шва, сваренного целлюлозными электродами, значительно меньше, чем при сварке основными. Причина в том, что сварка целлюлозными электродами выполняется опиранием без поперечных колебаний. Образуется ниточный валик, сечение которого примерно равно диаметру электрода. Содержание кислорода в наплавленном металле составляет до 0,03%, при сварке выделяется значительное количество водорода. Следствием последнего факта является повышенное содержание водорода в металле шва. Металлургические реакции при сварке целлюлозными электродами также определяют наличие в металле шва повышенного содержания силикатных включений, с чем связано пониженное значение ударной вязкости. Эти особенности налагают определенные ограничения на использование целлюлозных электродов при отрицательных температурах и часто требуют применения дополнительных технологических мероприятий при сварке (подогрев). Электроды эти гигроскопичны, поэтому необходимо строгое соблюдение правил упаковки, хранения и подготовки к сварке. Они также весьма чувствительны к перегреву (из-за выгорания органических составляющих в покрытии), и их используют только на 50% по длине (на электроды часто наносят специальные риски, указывающие, до какого уровня их можно использовать). Почти все марки электродов с целлюлозным покрытием применяют для сварки на постоянном токе прямой и обратной полярности. Электроды типа Ц на строительстве магистральных трубопроводов в России используются только для сварки корневого слоя шва и слоя «горячего» прохода, за рубежом – для сварки всех слоев шва.

Свойства электродов также в значительной степени определяет материал электродного стержня. В качестве него при производстве электродов в России обычно используется сварочная проволока, состав которой регламентируется ГОСТ 2246-70.

Таблица 8.1

Химический состав наиболее распространенных сварочных проволок,%

Отечественные электроды для трубопроводного строительства выпускают диаметром 2; 2,5; 3; 4; 5 мм; длиной 350, 450 мм с зачищенным от покрытия концом длиной 25 мм. За рубежом помимо электродов названных диаметров производятся электроды диаметром 3,25; 5,5; 6; 6,35 мм. Диаметр электродного стержня при одном и том же химическом составе оказывает существенное влияние на технологические свойства электрода, определяя допустимое значение силы сварочного тока, размеры и жидкотекучесть сварочной ванны и т.д. Для сварки корневого слоя стыков труб целесообразно применять электроды меньшего диаметра, чем для сварки заполняющего и облицовочного слоев. При сварке в потолочном положении применяют, как правило, электроды с диаметром не более 4 мм. Для сварки верхней полуокружности стыка можно применять электроды диаметром 5 мм. В зарубежной практике нашли применение целлюлозные электроды диаметром до 6 мм при сварке кольцевых стыков во всех пространственных положениях сварки, что объяснятся повышенной скоростью сварки этими электродами по сравнению с основными.

8.3.2 Сварные соединения и швы

8.3.2.1 Сварные соединения и швы. Виды швов и их геометрические характеристики

Сварным соединением называется сварной шов и прилегающие к нему участки основного металла, подвергшиеся тепловому воздействию сварочного термического цикла. Наиболее распространенным в трубопроводном строительстве является стыковое сварное соединение, т.е. соединение двух элементов, находящихся в одной плоскости или на одной поверхности.

Сварным швом называют участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны. В зависимости от толщины свариваемых деталей сварной шов может быть однослойным или многослойным. При строительстве магистральных трубопроводов подавляющее большинство всех сварных швов являются многослойными. Объясняется это тем, что ввиду значительной толщины свариваемых элементов трубопровода сварка в один слой не способна обеспечить необходимого проплавления и качества сварного шва.

Сварной шов характеризуется следующими геометрическими параметрами.

-         e – расстоянием между кромками шва;

-         q – частью металла шва, возвышающейся над поверхностью свариваемых частей;

-         h – расстоянием между верхней и нижней границами (кромками) поперечного сечения шва, измеренным в направлении толщины металла.

Следующие два параметра относятся скорее к стыку, нежели к шву:

-        

-        

Геометрические параметры шва регулируются нормативными документами. Ширина шва (облицовочного слоя) должна быть такой, чтобы основной металл перекрывался на 2,5–3,5 мм; шов по всей длине должен быть равномерным (по ширине), максимальное значение ширины не должно превышать минимальное более чем на 5 мм. Шов должен быть полномерным по высоте с превышением в пределах 1–3 мм и с плавным переходом к основному металлу. Кроме того, его поверхность не должна иметь грубой чешуйчатости (превышение гребня над впадиной не должно быть более 1 мм)

Притупление и зазор являются важными показателями, определяющими качество будущего шва. С их помощью можно регулировать глубину проплавления. Увеличение зазора и уменьшение притупления повышают глубину проплавления, уменьшение зазора и увеличение притупления – понижают ее. Слишком малое притупление может привести к пережогу, отсутствие притупления (c = S) приводит к непровару.

Причина столь жесткого контроля геометрических параметров в том, что сварной шов, даже качественный, является мощным концентратором напряжений (К= 1.5–1,6), а в некачественно выполненном шве концентрация напряжений может возрастать на 25–30%.

 8.3.2.2 Конструкция шва. Назначение и технология сварки отдельных его слоев

В зависимости от толщины стенки трубы и формы разделки сварной шов может выполняться в один или несколько слоев, причем каждый слой (кроме корневого) может по сечению состоять из одного или нескольких валиков. Согласно ВСН 006-89 при ширине разделки более 30 мм рекомендуется применять многоваликовую сварку.

Сварной шов по высоте состоит из нескольких слоев. Каждый из них имеет свое название, особенности выполнения и осуществляет определенные функции. Конструкция многослойного шва в общем случае приведена на листе 17.

Наиболее ответственным является корневой слой шва. Он должен надежно проплавлять кромки свариваемых труб и образовывать на внутренней поверхности равномерный обратный валик с усилением 1–3 мм. Допускается на отдельных участках стыка длиной не более 50 мм (разрешается один подобный участок на каждые 350 мм длины стыка) ослабление корня шва величиной до 15% от толщины стенки (при толщине мтенки трубы от до 12 мм) или величиной до 10% от толщины стенки (при толщине стенки трубы более 12 мм). Наружная поверхность корневого слоя должна быть гладкой, мелкочешуйчатой и иметь сопряжение с боковой поверхностью разделки. Оптимальной формой наружной поверхности корня шва является вогнутость. Сварка корневого слоя электродами с целлюлозным видом покрытия должна вестись на постоянном токе обратной полярности; в случае нарушения на отдельных участках условий сборки можно использовать прямую полярность. Сварка ведется методом «на спуск» простым опиранием торца электрода на кромки свариваемых труб. Угол наклона электрода для обеспечения необходимого проплавления должен составлять 40–90º. Сварщик должен постоянно вести за торцом электрода «технологическое окно». Поддержание оптимальных размеров окна (поперечный размер не менее 3,5 , но не более 4,5 мм) позволяет сварщику непрерывно наблюдать и управлять процессами проплавления свариваемых кромок. При образовании «козырька» (оплавления покрытия электрода на одну сторону) при сварке необходимо резко изменить угол наклона электрода или же энергично раскачать его поперек шва до исчезновения козырька и до равномерного плавления электродного покрытия. Скорость сварки должна составлять 14–22 м/ч (при меньшей скорости нарушается нормальное формирование шва и возникает опасность образования пор, при большей – увеличивается возможность несплавления и непровара). Наличие сквозного проплавления фиксируется по характерному звуку проходящей навылет дуги. При вынужденных перерывах в работе во время сварки корневого слоя необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемого предварительного подогрева. Если это требование не соблюдено, то стык должен быть вырезан и заварен вновь. После окончания сварки корневого слоя электродами с целлюлозным видом покрытия обязательна его шлифовка абразивным инструментом (обычно шлифмашинкой с абразивным кругом). Такая обработка необходима для вскрытия зашлакованных карманов – подрезов в кромках трубы, не имеющих выхода на поверхность шва и заполненных шлаком. Сразу после обработки в течение последующих максимум пяти минут необходимо выполнить слой «горячего прохода». Горячим считается только такой проход, который выполнен электродами типа Ц или специальными низководористыми электродами, обеспечивающими возможность сварки «на спуск», по неостывшему корню шва не более, чем через пять минут после окончания сварки корня. Назначение «горячего прохода» в следующем:

-        

-           зашлакованных карманов;

-        

-        

-        

Сварка горячего прохода ведется поддержанием электрода на весу при длине сварочной дуги в 1,5–2 мм в рваном ритме как с продольными, так и поперечными колебаниями. Сварщик придает торцу электрода продольное возвратно-поступательное движение с достаточно большой амплитудой при переменной длине дуги. В нижнем положении этой траектории сварщик осуществляет незначительное поступательное движение торца электрода с задержкой на свариваемых торцах труб, а затем сразу после задержки следует резкое выметающее шлак движение вверх-вниз. Скорость сварки должна составлять 18–20 м/ч.

Сварка корневого слоя электродами с основным видом покрытия выполняется на постоянном токе обратной полярности методом «на подъем» с поперечными колебаниями, амплитуда которых зависит от ширины разделки кромок стыка. При сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия «на спуск» (используется реже, чем метод «на подъем») дугу возбуждают методом «зажигания спички» на поверхности разделки (запрещается зажигать дугу на поверхности основного металла трубы вне разделки), затем, чуть оторвав электрод от поверхности зажигания (длина дуги не более 1,5 мм), мгновенно переводят дугу на свариваемые кромки. Кратер необходимо выводить на поверхность разделки кромок или прорезать шлифмашинкой. После достижения контакта между втулочкой электрода и поверхностью разделки электрод перемещают сверху вниз без поперечных колебаний, непрерывно регулируя положение дуги относительно сварочной ванны. Промежуток «застывший сварочный шлак – дуга» регулируется изменением наклона электрода, скоростью его перемещения, усилием прижатия электрода к свариваемым кромкам и силой тока.

При сварке труб диаметром 1020 мм и более рекомендуется выполнять подварочный слой (подварку). Различают 100%-ную подварку (т.е. подварку всего периметра стыка) и визуальную подварку (подварку в местах видимых дефектов (непроваров) с обязательной подваркой нижней четверти стыка, т.е. части, где корень выполнялся в потолочном положении). Подварку неповоротных стыков в случае сварки корневого слоя электродами с основным покрытием способом «на подъем» осуществляют на нижней четверти периметра и на участках стыка с непроваром. Подварку выполняют перед началом сварки заполняющих слоев шва. Запрещается производить подварку способом сварки «на спуск». Подварочный шов должен обеспечивать надежный провар корня и иметь мелкочешуйчатую поверхность, плавно сопрягающуюся со внутренней поверхностью трубы без подрезов и др. дефектов. Ширина подварочного слоя может колебаться в пределах от 8 до 10 мм, усиление составляет 1–3 мм. Подварочный слой может присутствовать не только при сварке корня основными электродами, но и если сварка велась целлюлозными электродами - для обеспечения гарантированного провара. В этом случае чаще всего используется визуальная подварка. СНИП III-42-80* устанавливает обязательность подварки для труб диаметром 1020 мм и более при разнотолщинности свариваемых элементов. Во всех случаях подварка делается электродами с основным покрытием.

После выполнения слоя горячего прохода электродами типа Ц или корневого слоя электродами типа Б производится сварка заполняющего или заполняющих (число их зависит от толщины стенок свариваемых труб) слоев шва. Заполняющие слои надежно сплавляются между собой и проплавляют кромки труб. Выполняются они основными электродами.

Последним слоем сварного шва является облицовочный (другие его названия – косметический, отжигающий). Важнейшая его функция – термическая обработка (отжиг) предыдущих слоев шва, что позволяет выровнять и нормализовать структуру всего шва, а значит, и его физико-механические характеристики. Ко внешнему виду облицовочного слоя предъявляются особые требования. Он должен быть мелкочешуйчатым (чешуйчатость не более 1 мм),иметь плавный переход к основному металлу, усиление 1–3 мм, перекрывать разделку на 2,5–3,5 мм в каждую сторону и иметь колебание по ширине не более 5 мм. В зарубежной практике усиление шва принято спиливать – подобные швы лучше работают на знакопеременную нагрузку (т.е. имеют повышенный предел выносливости), у них меньший коэффициент концентрации напряжений и они более экономичные. Чтобы предупредить образование дефектов между слоями перед наложением каждого последующего слоя шва, поверхность предыдущего шва должна быть очищена от шлака и брызг наплавленного металла. После окончания сварки поверхность облицовочного слоя шва также должна быть очищена от шлака и брызг. Шов не должен иметь наплывов, выходящих на поверхность дефектов, прожогов, незаваренных кратеров и видимых глазом подрезов.

Ручную дуговую сварку следует выполнять с применением электродов, указанных в табл. 10,11 ВСН 006-89 либо аналогичных, сертифицированных и допущенных к применению ВНИИСТом. Запрещается вести сварку с применением любых присадок, подаваемых в дугу дополнительно или закладываемых в разделку.

При сварке последующий валик по длине должен перекрывать предыдущий на расстояние не менее 15 мм (примерная длина сварочной ванны при ручной дуговой сварке), что связано с необходимостью переплавки дефектов окончания сварки – кратеров. Рекомендуется заварка кратеров в процессе сварки, чего можно достичь путем растяжки дуги - естественного затухания дуги вследствие ее удлинения.

Сварные соединения разрешается оставлять незаконченными только на одни сутки после окончания рабочего дня или при остановке работ, если число выполненных слоев шва соответствует требованиям ВСН 006-89 (см. лист 17). Если число слоев на брошенном стыке не соответствует данным, приведенным в таблице, стык должен быть вырезан и заварен вновь.

8.3.3 Этапы разработки технологии РДС

От правильной разработки технологии сварки в конечном счете зависит работоспособность конструкции, ее эксплуатационные характеристики. В общем случае при разработке технологии целесообразно выделить пять основных этапов:

1) выбор вида подготовки (разделки) кромок;

2) выбор электродов;

3) выбор рода и силы сварочного тока;

4) выбор конструкции стыка и шва;

5) выбор скорости сварки.

Выбор схемы производства работ ввиду его специфичности рассматривается отдельно.

8.3.3.1 Разделка кромок труб

При сварке двух металлических элементов значительной толщины (именно такими являются трубы для магистральных трубопроводов) применяется особая форма обработки свариваемых кромок – разделка. Смысл ее использования в обеспечении необходимой глубины проплавления при отсутствии пережога. Все трубы поступают на трассу с заводов с разделкой кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки толстопокрытыми электродами (см. лист 17). Эта разделка имеет для труб любого диаметра при толщине стенки более 4 мм угол скоса кромок 25–30º и притупление 1–2,6 мм. При толщине стенки более 16 мм трубы большого диаметра могут поставляться с комбинированной разделкой кромок. При ремонте стыков труб, обрезке поврежденных кромок, вырезке катушек и дефектных стыков, сварке захлестов и др. случаях подготовка кромки труб выполняется непосредственно в полевых условиях. Чаще всего для этих целей применяют ручную или механизированную газокислородную и воздушно-плазменную резку. После подобного резания рекомендуется зачистка поверхности реза при помощи ручных шлифмашинок абразивными кругами. Смысл этой операции в снятии насыщенного кислородом и азотом в процессе резки верхнего слоя металла трубы. Иногда, если труба имеет небольшой диаметр и толщину стенки, подготовка кромок может выполняться ручными шлифмашинками с абразивными кругами, однако такой способ весьма неэкономичен вследствие значительного перерасхода абразивных кругов. Лучшим методом подготовки кромок труб в полевых условиях является их обработка с помощью специализированных станков СПК.

8.3.3.2 Выбор электродов

Тип электродов и вид электродного покрытия выбираются исходя из необходимости получения механических свойств шва, одинаковых со свойствами основного металла, назначения электродов (какой слой сварочного шва ими будут варить), а также с учетом требования наибольшей производительности сварки. Выбор производится согласно таблице 23 СНИП – 2.05.06-85* (см. лист 17).

Выбранный электрод должен обеспечивать необходимый провар внутренних кромок изделия, обеспечивая удержание металла от стекания во всех пространственных положениях в сочетании с плавным очертанием внешней поверхности валика шва.

8.3.3.3 Сварочный ток

Сварка магистральных трубопроводов ведется только на постоянном токе прямой и обратной полярности. Сварочный ток может быть выбран из следующих таблиц, являющихся таблицами «Инструкции по применению современных сварочных материалов и оборудования при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов» (см. лист 17)

Однако обычно производитель указывает значения сварочного тока, рекомендуемые для его электродов. Эта информация может быть найдена в документации к электродам либо на упаковке с электродами.

8.3.3.4 Выбор конструкции шва

Вид шва определяется исходя из толщины стенок трубы и формы разделки. Толщина стенок трубы определяет количество слоев шва (без учета подварочного). Выбор осуществляется согласно ВСН 006-89 в соответствии с таблицей 16 (см. лист 17). При увеличении толщины стенки свыше 32 мм число слоев шва возрастает на 1 через каждые 2,5 мм.

Форма разделки, а точнее ее ширина определяет, будет ли шов состоять из одноваликовых слоев или из многоваликовых. (см. п. 8.3.2.2).

При разработке технологии сварки необходимо определить еще один геометрический параметр стыка – зазор. ВСН 006-89 устанавливает величину зазора в зависимости от толщины стенок трубы, диаметра и вида покрытия применяемых электродов (см. лист 17).

8.3.3.5 Определение скорости сварки

 Рекомендуемая для нормального формирования шва скорость сварки зависит от параметров шва и силы сварочного тока. Она может быть вычислена по формуле:

v_св = α_н I_св

где α_н – коэффициент наплавки;

ρ – плотность наплавленного металла;

F_н – площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный проход.

Скорость дуговой сварки обычно задают и учитывают косвенно по необходимым размерам получаемого шва.

8.3.4 Подготовительные операции

Непосредственно перед сваркой стыка необходимо провести ряд подготовительных операций. Подготовка состоит из нескольких последовательных операций, набор которых в конкретных условиях зависит от состояния труб, их диаметра, марки стали, климатических и погодных условий. В общем случае можно выделить визуальный осмотр кромок труб, очистку полости труб (трубных секций) правку и ремонт допустимых повреждений, а также удаление (вырезку) недопустимых, очистку кромок труб, сборку и предварительный подогрев.

8.3.4.1 Очистка полости, осмотр, ремонт и зачистка кромок труб

Полость трубы необходимо очистить от грунта, снега, грязи и др. посторонних предметов. Очистку необходимо вести по всей длине трубы или секции для возможности беспрепятственного прохода центратора и особенно тщательно на расстоянии 1 м от края торцов труб, т.к. попадание в зону сварки влаги от подтаявшего снега, грязи недопустимо. После очистки необходимо выполнить осмотр торцов труб. Допускается правка плавных вмятин на торцах труб глубиной до 3,5% диаметра труб и деформированных концов труб безударными разжимными устройствами. При этом на трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву до 539 МПа (55 кгс/мм²) допускается правка вмятин и деформированных концов труб при положительных температурах без подогрева. При отрицательных температурах окружающего воздуха необходим подогрев на 100–150°С. На трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм²) и выше — с местным подогревом на 150–200° С при любых температурах окружающего воздуха. Участки и торцы труб с вмятиной глубиной более 3,5% диаметра трубы или имеющие надрывы необходимо вырезать. Допускается ремонт сваркой забоин и задиров фасок глубиной до 5 мм. Концы труб с забоинами и задирами фасок глубиной более 5 мм следует обрезать. Правку труб после газокислородной и воздушно-пламенной резки можно осуществлять только с предварительным подогревом до 150–200ºС, что связано с возможностью охрупчивания поверхности реза из-за образования закалочных структур и азотирования кромки.

После правки и ремонта необходимо провести зачистку кромок и прилегающих к ним наружной и внутренней поверхности труб абразивным инструментом на ширину не менее 10 мм от стыка до металлического блеска. Зачистка позволяет удалить из зоны сварки возможные источники водорода, снизив вероятность образования трещин и пор. Если концы труб покрыты праймером или специальным покрытием, то перед зачисткой необходимо удалить их, а также различного рода масла бензином или специальным растворителем на глубину 40–50 мм от торца.

8.3.4.2 Сборка стыка

После проведения зачистки торцов труб проводится сборка стыка. Операция эта является весьма ответственной, т.к. от нее во многом зависит качество будущего шва. Современные методы сварки позволяют получать качественные сварные соединения при условии обеспечения незначительных смещений кромок труб (2–3 мм) во время сборочных операций. Несовпадение кромок труб при сварке плавлением, кроме уменьшения расчетной высоты шва, ухудшает условия равномерного прогрева и сплавления корня шва. В местах, где одна из кромок смещена на значительную величину, часто наблюдаются несплавления и прожоги. Причинами несовпадения кромок при сборке стыков могут являться разнотолщинность и эллиптичность цельнотянутых труб, значительные отклонения по длине окружности сварных труб, местные вмятины, связанные с транспортировкой и разгрузкой, а также выхваты, вызванные неправильной обработкой концов труб. Эти отклонения вызывают необходимость дополнительной подгонки концов труб при сборке в трассовых условиях.

Процесс сборки труб под сварку предусматривает технологическую операцию — центровку, в результате которой две сопрягаемые трубы становятся соосными.

Согласно СНИП III-42-80*, в трассовых условиях при центровке стыков для ручной дуговой сварки труб диаметром до 539 мм могут применяться как наружные, так и внутренние центраторы, для труб диаметром 539 мм и более может применяться только внутренний центратор. Сборка стыка с помощью наружного центратора для труб диаметром более 539 мм допускается только в том случае, если применение внутреннего невозможно (например, при сварке захлестного стыка).

При сборке стыков труб с одинаковой нормативной толщиной стенки должны соблюдаться следующие требования:

-        

-        

Непосредственное соединение на трассе разнотолщинных труб одного и того же диаметра или труб с деталями (этот вид работ относится к специальным сварочным работам) - тройниками, переходами, днищами, отводами - допускается при следующих условиях:

-        

-        

Соединение труб или труб с деталями с большей разностью толщины стенок осуществляется путем вварки между стыкуемыми трубами или трубами с деталями переходников или вставок промежуточной толщины, длина которых должна быть не менее 250 мм.

При разнотолщинности до 1,5 толщины стенки допускается непосредственная сборка и сварка труб при специальной разделке кромок более толстой стенки трубы или детали. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов приведены на листе 17. Смещение кромок при сварке разностенных труб, измеряемое по наружной поверхности, не должно превышать допусков, установленных для сварки труб с одинаковой нормативной толщиной стенки.

8.3.4.3 Предварительный подогрев

После окончания сборки стыка необходимо, если это предусмотрено проектом, провести предварительный подогрев. Он является важнейшей технологической операцией, позволяющей регулировать сварочный цикл при сварке. Структура, а значит, и свойства сварного соединения в значительной мере определяются скоростью охлаждения металла в диапазоне температур 800–500ºС. При охлаждении металла шва и зоны термического влияния с высокой скоростью появляется опасность образования закалочных структур, обладающих повышенной хрупкостью, а следовательно, склонностью к трещинообразованию. Особенно это относится к низколегированным сталям с эквивалентом углерода 0,45 и более. Эти стали весьма чувствительны к действию термического цикла, к надрезам и ударным нагрузкам; зона термического влияния при сварке этих сталей склонна к повышенной хрупкости. Наиболее ярко эти явления наблюдаются при ручной дуговой сварке, когда скорость охлаждения шва велика. При заданной толщине стенки регулировать скорость охлаждения околошовной зоны можно, изменяя начальную температуру металла предварительным подогревом. Особенно это важно при сварке целлюлозными электродами, когда скорость охлаждения корневого слоя максимальна по сравнению со скоростью охлаждения других слоев шва и увеличена склонность к образованию трещин вследствие наводораживания металла шва. Предварительный подогрев уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны и не только способствует образованию равновесных структур в этой зоне, но и создает благоприятные условия для активизации диффузии водорода. Необходимость и температура предварительного подогрева выбираются в соответствии с таблицами 6,7 ВСН 006-89, приведенными на листе 17 (требования этих таблиц не распространяются на термоупрочненные стали). При сварке корневого слоя шва термически упрочненных труб с нормативным пределом прочности 637 МПа (65 кгс/мм² ) электродами с целлюлозным видом покрытия независимо от температуры окружающего воздуха необходим предварительный подогрев стыка до температуры не ниже +100°С, но не выше +200°С; при сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия при температуре окружающего воздуха +5°С и ниже температура кромок труб стыка непосредственно перед сваркой должна быть не ниже +50°С, но не более +200°С

Непосредственно перед сваркой производится просушка кольцевыми нагревателями торцов труб и прилегающих к ним участков шириной не менее 150 мм. Просушка торцов труб нагревом до температуры 20-50°С обязательна:

-        

-        

Если по условиям необходимы и просушка, и подогрев, то обязательной является только последняя операция. Перед возобновлением сварки незавершенного стыка труб при температуре окружающего воздуха +5°С и ниже, а также при наличии влаги стык должен быть просушен.

Температуру предварительного подогрева перед сваркой труб из различных марок сталей или разностенных труб, каждая из которых должна быть подогрета на различную температуру, устанавливают по ее максимальному значению. Температуру подогрева свариваемых кромок нужно контролировать контактными термометрами. Замерять температуру следует на расстоянии 10-15 мм от торца трубы; место замера необходимо предварительно зачистить металлической щеткой. Если при замере температуры непосредственно перед сваркой будет обнаружено, что температура стыка оказалась ниже требуемой, то необходим повторный нагрев.

8.3.5 Схемы и методы производства сварочно-монтажных работ

В зависимости от вида покрытия выбранных электродов можно выделить три схемы сварки:

1) сварка всего стыка электродами с основным видом покрытия;

2) сварка корня шва и «горячего прохода» электродами с целлюлозным видом покрытия, а остальных слоев – электродами с основным видом покрытия.

3) в зарубежной практике нашла применение схема, в соответствии с которой весь стык варится целлюлозными электродами. В России она не применяется.

Монтаж и сварку неповоротных стыков магистральных трубопроводов выполняют, в основном, четырьмя методами:

1) первый метод – элементарный. Его используют при небольших объемах работ и малых диаметрах труб (325–529 мм). Нитку трубопровода наращивают из отдельных труб или секций с выполнением всех слоев шва одним сварщиком. Он выполняет сварку собранного и прихваченного стыка от начала до конца в разных пространственных положениях. В этом случае сварку первого слоя шва выполняют сначала с одной стороны стыка, а затем с другой. После зачистки корневого слоя от шлака аналогично сваривают второй и последующие слои. Существенным недостатком этого метода сварки является низкая производительность, которая обусловлена необходимостью перехода с одной стороны стыка на другую, а также перетаскиванием сварочного кабеля и инструмента. От сварщика требуется высокая квалификация и универсальность.

2) второй метод применяют при бeq \o (о;´)

3) третий метод сборки и сварки неповоротных стыков трубопроводов – поточно-групповой – применяется при очень больших объемах работ. Поточно-групповой метод с использованием электродов с целлюлозным покрытием широко распространен в зарубежной практике строительства магистральных трубопроводов. В отечественном трубопроводном строительстве этот метод часто применяют в сочетании со вторым методом и использованием электродов с основным покрытием. Процесс сборки и сварки неповоротных стыков труб при поточно-групповом методе проводится последовательно в несколько этапов:

а) на первом этапе подготовительное звено разгружает секции труб с плетевозов и укладывает их вдоль бровки траншеи, очищает полости секций труб от наледи, земли, снега, посторонних предметов. При необходимости правят вмятины и обрезают торцы труб. Зачищают кромки труб шлифовальными машинками или резцами и собирают стыки с помощью центраторов, обеспечивая необходимый зазор между кромками для сварки;

б) на втором этапе выполняют предварительный подогрев и сварку корневого слоя шва или накладывают прихватки (при необходимости) длиной 80–100 мм на расстоянии 300–380 мм один от другого. Сварку корневого слоя шва выполняют электродами с целлюлозным покрытием в направлении «сверху-вниз». Затем выполняют сварку «горячего» прохода те же сварщики (2–4 человека в зависимости от диаметра), которые выполнили корневой слой. После сварки корневого слоя шва поверхность валика тщательно очищают абразивным кругом с помощью шлифмашинки. После этого конец секции опускают на опору и трубоукладчик идет за новой секцией. Центратор перемещают на позицию центровки.

в) на третьем этапе проводят сварку третьего и других заполняющих слоев (в зависимости от толщины стенки трубы). В этом случае одновременно могут работать на стыке два, три или четыре сварщика, общее число которых зависит от темпа прокладки трубопровода. При сварке труб диаметром 1020–1420 мм наибольший эффект достигается при работе трех или четырех сварщиков, что позволяет сократить фронт работ вдоль трассы трубопровода. Для сварки применяют электроды с основным покрытием, начиная работу с нижней точки и заканчивая в верхней части стыка.

г) на четвертом этапе выполняют облицовочный слой несколько сварщиков подобно сварке заполняющих слоев.

Сварку заполняющих и облицовочного слоев шва осуществляют электродами с основным покрытием диаметром 4 мм. Для увеличения производительности в верхней полуокружности трубы целесообразно использовать электроды диаметром 5 мм. Сварку необходимо вести с меньшей длиной дуги, что предохраняет от возникновения пор в потолочном и вертикальном положениях. При сварке в потолочной части стыка замок следует сместить на 50–60 мм от нижней части окружности трубы. В двух смежных слоях замки должны отстоять на расстоянии 50–100 мм друг от друга. Электроды с основным покрытием образуют на поверхности швов трудноудаляемый шлак, который снимают с помощью шлифовальных машинок с последующей зачисткой металлическими щетками.

4) четвертый метод сборки и сварки стыков магистральных трубопроводов – поточно-расчлененный – применяют в нашей стране и за рубежом. Он предусматривает специализацию одного звена сварщиков по выполнению корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием и другого звена сварщиков, выполняющих «горячий» проход электродами с тем же покрытием. Целесообразно операцию ручной зачистки кромок заменить использованием станков СПК, т.к. это сокращает время зачистки. Дальнейшие операции выполняют в той же последовательности, что и при поточно-групповом методе. Для поточно-расчлененного метода характерно, что каждый сварщик выполняет определенный участок шва без регулирования режима. Увеличения производительности и снижения продолжительности сварки можно достичь использованием повышенных значений сварочного тока и диаметров сварочных электродов. Применение этих методов в зарубежной практике сокращает время сварки на 25–30%.

8.4 Технологическая карта на ручную дуговую сварку неповоротных стыков нефтеперовода «Суходольная - Родионовская»

8.4.1 Область применения

Техологическая карта разработана на сборку и сварку секций труб с заводской изоляцией диаметром 1020 мм на трассе нефтепровода «Суходольная – Родионовская».

При производстве работ следует руководствоваться требованиями:

-        

-         III-42-80*. Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы.

В состав работ, рассматриваемых картой, входят:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

8.4.2 Организация и технология выполнения работ

Сборке и сварке секций труб в нитку предшествует комплекс организационно-технических мероприятий и подготовительных работ:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Перед сборкой секций труб необходимо произвести осмотр торцов и прилегающих к ним поверхностей труб. При этом трубы не должны иметь недопустимых дефектов и отклонений от геометрических параметров, оговоренных ТУ на поставку труб. На неизолированной поверхности труб не допускаются:

-        

-        

-        

-        

Деформированные торцы труб глубиной до 35 мм выправляются безударным разжимным устройством с обязательным местным подогревом до 80-100ºC независимо от температуры окружающего воздуха.

Царапины, риски, задиры глубиной до 0,5 мм на неизолированной поверхности труб устраняются шлифованием. При этом следует следить за тем, чтобы толщина стенок труб не выходила за пределы минусового допуска, оговоренные в ТУ.

Забоины и задиры фасок глубиной до 5 мм ремонтируются сваркой с использованием электродов OK 53.70 с основным видом покрытия с последующей зачисткой мест сварки шлифмашинкой до полного восстановления заводской разделки кромок.

Вмятины глубиной более 35 мм и забоины фасок глиной более 5 мм подлежат вырезке.

-        

-        

-        

-        

Электроды марки OK 53.70 не требуют прокалки в случае поставки их в вакуумной упаковке завода-изготовителя. В случае, если целостность упаковки нарушена или электроды после открытия упаковки не были использованы в течение рабочей смены их следует прокалить при температуре 350°С в течение одного часа.

Электроды марки Fleetweld 5P+ не требуют просушки перед использованием в случае поставки и хранении их в герметичной упаковке. В случае чрезмерного увлажнения их следует просушить при температуре 60-90°С в течение 10-20 мин.

Непосредственно перед сборкой необходимо очистить скребком или щеткой внутреннюю поверхность труб от попавшего внутрь снега, грунта, грязи и т.п.

Зачистить до металлического блеска кромки труб на ширину не менее 10 мм от кромки.

Осуществить сборку труб на внутреннем центраторе и осуществить предварительный подогрев стыка кольцевыми горелками до 100°С на глубину не менее 150 мм от стыка

По окончании подогрева выполнить сварку корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия. Сварка должна вестись одновременно двумя сварщиками с противоположных сторон трубопровода. Сразу после сварки корневого слоя и его тщательной шлифовки шлифмашинками с раскрытием зашлакованных «карманов» выполнить в течение максимум пяти минут сварку «горячего» прохода электродами с целлюлозным видом покрытия.

Освобождать жимки центратора разрешается только после выполнения сварки коренвого слоя и слоя «горячего» прохода по всему периметру стыка.

До начала сварки заполняющего слоя выполнить подварку изнутри трубы в местах видимых дефектов электродами с основным видом покрытия.

Тщательно зачистить шлифмашинками поверхность слоя «горячего» прохода и выполнить сварку заполняющего слоя электродами с основным видом покрытия.

Зачистить металлическими щетками поверхность заполняющего слоя и выполнить сварку облицовочного слоя шва электродами с основным видом покрытия.

Зачистить поверхность облицовочного слоя и прилегающую к нему поверхность труб от брызг металла и шлака.

Сварку всех слоев шва и контроль геометрических параметров следует вести в соответствии с операционной технологической картой.

Сварка всех слоев шва (кроме подварочного) выполняется двумя сварщиками.

По окончании сварки стыка выполнить его маркировку несмываемой краской.

При перерывах в работе по сварке концы трубопровода должны быть закрыты торцевыми заглушками для предотвращения попадания внутрь посторонних предметов.

8.4.3 Требования к качеству и приемка работ

Для обеспечения требуемого качества работ необходимо проводить:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Аттестацию технологии сварки и аттестационные испытания сварщиков следует проводить в соответствии с требованиями СниП III-42-80* и ВСН 006-89.

Все трубы могут быть приняты для монтажа только после прохождения приемки и освидетельствования на соответствие их ТУ и СниП III-42-80*.

Для проведения сварочных работ могут быть допущены электроды только тех марок, которые были подвергнуты аттестационным испытаниям, по результатам которых было получено заключение о возможности применения этих сварочных материалов (электродов).

Операционный контроль проводят мастера, прорабы и службы контроля. При этом проверяется правильность и последовательность выполнения технологических операций по сборке и сварке, их соответствие с операционной технологической карте

При выполнении сварочных работ следует своевременно оформлять исполнительную документацию и акты промежуточной проверки в соответствии с требованиями ВСН 012-88 ч.II.

Технические критерии и средства контроля приведены на листе 15.

8.5 Особенности технологии выполнения захлестов и врезки катушек (ликвидации технологических разрывов)

При строительстве линейной части магистральных трубопроводов технологией предусматривается наличие разрывов, обусловленное необходимостью снижения влияния линейных температурных деформаций на процесс строительства, а также в связи тем, что при укладке трубопровода происходит так называемое «набегание» (выражающееся в линейном смещении точек уложенного трубопровода относительно их положения на бровке перед укладкой по оси трубопровода), величину которого оценить перед укладкой весьма затруднительно. Таким образом, возможно смещение вертикальных и горизонтальных кривых нитки трубопровода относительно соответствующих мест изгиба траншеи. Для предотвращения этого предусматривается оставление разрывов:

-        

-        

Сварка захлестных стыков должна выполняться по первой схеме – сварка всех слоев шва электродами с основным видом покрытия

В конкретных условиях различают следующие виды технологических захлестов:

-        

-           – свободен;

-        

В первых двух случаях замыкание трубопровода можно осуществить сваркой одного кольцевого стыка – захлеста, в последнем – требуется вварка катушки, т.е. выполнение двух кольцевых стыков.

Выполнять работы по ликвидации технологических разрывов следует, как правило, в дневное время при температуре окружающего воздуха не ниже минус 40°С.

Монтаж захлестов и катушек необходимо выполнять только в присутствии прораба или мастера с последующим составлением акта

Если трубопровод находится в траншее, в месте соединения труб необходимо подготовить приямок, размеры которого должны беспрепятственно обеспечивать работы по сварке, контролю и изоляции стыка.

Необходимо удалить заводскую изоляцию на расстояние не менее 150 мм от места сварки.

Для сварки захлеста в траншее необходимо оставлять незасыпанным один из примыкающих участков трубопровода на расстоянии 60-80 м от места предполагаемого захлесточного стыка.

Подготовку труб к сборке с помощью центраторов при монтаже захлестов следует выполнять в приведенной последовательности:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Подготовку труб к сборке при врезке катушек осуществляют в приведенной последовательности:

-        

-        

-        

Длина катушки должна быть не менее одного диаметра трубы.

Для обеспечения требуемого зазора или соосности труб запрещается натягивать трубы, изгибать их силовыми механизмами или нагревать за пределами зоны сварного стыка, а также категорически запрещается вваривать любые присадки.

Сборка разнотолщинных труб при монтаже захлестов не допускается.

Прихватку следует выполнять электродами с основным видом покрытия, предназначенным для сварки корневого слоя шва.

Наложение прихваток и сварку труб диаметром более 426 мм должны выполнять без перерывов в работе не менее двух электросварщиков одновременно.

Если сварщик может проникнуть внутрь трубы, он выполняет внутреннюю подварку стыка на нижней четверти периметра и в местах видимых дефектов электродами, предназначенными для сварки корневого слоя шва.

Сварные соединения захлестов оставлять незаконченными не разрешается.

8.6 Технологическая карта на ликвидацию разрывов при строительстве линейной части магистрального нефтепровода «Суходольная - Родионовская»

8.6.1 Область применения

Технологическая карта разработана на ликвидацию одного технологического разрыва при строительстве линейной части магистрального трубопровода диаметром 1020 мм с толщиной стенки 10-11 мм.

В зависимости от конкретных условий предусамтриваются следующие виды технологических разрывов:

-        

-        

В первом случае ликвидация технологического разрыва осуществляется сваркой одного кольцевого стыка – захлеста. Во втором случае необходима вварка катушки с выполнением двух кольцевых стыков.

При производстве работ следует руководствоваться требованиями следующих документов:

-         III-42-80*. Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ;

-        

-        

-        

-        

В состав работ, рассматриваемых картой, при монтажа и сварке захлеста входят:

-        

-        

-        

При врезке катушки осуществляются те же операции, что и при монтаже захлеста, но с добавлением операций:

-        

-        

-        

Работы выполняются в условиях равнинной и слабопересеченной местности и ведутся в одну дневную смену продолжительностью 8 часов.

8.6.2 Организация и технология работ

Выполнению работ по устранению технологического разрыва предшествует комплекс организационно-технологических мероприятий и подготовительных работ:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

В случае установки катушки дополнительно необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

-        

-        

Работы по ликвидации технологических разрывов выполняются комплексной бригадой, состоящей из двух звеньев:

-        

-        

До начала монтажных работ необходимо выполнить следующее:

-        

-        

Поверхность трубы и кромок должны отвечать требованиям ВСН 006-89 и ВСН 012-38.

8.6.2.1 Монтаж захлеста

Работы по монтажу захлеста (см. лист 13) выполняются в следующем технологическом порядка:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Подготовка плети трубопровода под сварку проходит следующим образом: монтажник наружных трубопроводов производит зачистку кромки и прилегающей к ней поверхности (внутренней и наружной) на ширину не менее 10 мм до металлического блеска шлифовальной машинкой, а также-очистку наружной поверхности от изоляции линолеумным ножом, скребком, металлической щеткой. При выполнении операции необходимо, чтобы трубопровод был приподнят над землей на высоту не менее 0,5 м.

Подготовленная к сварке плеть трубопровода с использованием мягкого полотенца поднимается вверх и укладывается на сборные или инвентарные опоры высотой 0,5-0,6 м по оси трубопровода. Вторую плеть трубопровода, подлежащую резке, поднимают вверх трубоукладчиком с использованием мягкого полотенца на высоту, позволяющую произвести точную разметку и отводят в сторону на 200-250 мм от оси, после чего с ее конца снимается инвентарная заглушка. В месте реза производят очистку трубопровода от изоляции на ширину не менее 100 мм в обе стороны от места реза. Разметка линии реза осуществляется монтажником наружных трубопроводов с помощью шаблона.

Газовую резку со скосом кромок осуществляет газорезчик с применением газорежущей машинки типа "Орбита-3". Плеть трубопровода удерживается трубоукладчиком над дном траншеи на высоте не менее 0,5 м. После газовой резки осущестить обработку кромок шлифовальными машинками или станком для обработки кромок СПК 101/121.

Стыковку труб осуществляют путем подъема конца обрезанной плети трубоукладчиком на высоту не более 1,0 м от дна траншеи. Второй трубоукладчик манипулирует плетью, ранее лежащей на опоре, до совпадения осей трубопровода. Монтажник наружных трубопроводов осуществляет с помошью кольцевых газовых горелок предварительный подогрев торцов труб и прилегаюших к ним участков на ширину не менее 150 мм. Контроль температуры предварительного подогрева осуществляется контактным термометром типа ТП-1 и ТП-2 или термокарандашом. Замер температуры следует производить в 10-15 мм от торца трубы. Температура подогрева для просушки кромок труб – до 50°С. Расстояние от конца плети до точки строповки определяется на месте и должно обеспечивать провисание обрезанного конца трубопровода, что позволяет за счет упругих деформаций обеспечить параллельность свариваемых кромок и совместимость обоих концов трубопровода.

Монтажник наружных трубопроводов осуществляет установку наружного центратора и с помошью шаблона проверяет зазор в стыке, который должен составлять 2,5-3,5 мм. Прихватку, сварку корневого, заполняющих и облицовочного слоев следует выполнять электродами с основным видом покрытия постоянным током обратной полярности. Ориентировочное количество прихваток не менее 4-х при длине 100-200 мм. По окончании прихватки центратор снимается.

Два электросварщика ручной дуговой сварки выполняют сварку стыка в соответствии с операционной технологической картой, приведенной на листе 13.

8.6.2.2 Врезка катушки

Работы по  врезке катушки (см. лист 13) выполняются в следующем технологическом порядке:

-        

-        

-        

-        

Пристыковку подготовленной катушки к трубопроводу осуществляют трубоукладчиком с использованием мягкого полотенца. Катушка опускается в траншею, где монтажник наружных трубопроводов совмещает конец плети и катушки (до совпадения осей), а затем устанавливает на стык газовую горелку. После подогрева стыка устанавливается наружный центратор, производится сборка стыка с прихваткой, а затем его сварка. Технологический порядок работ такой же, как и монтаже захлеста

Сборку и сварку второго стыка осуществляют после окончания сварки первого стыка

Для обеспечения требуемого зазора и соосности соединяемых плетей или плети и катушки запрещается натягивать трубы, изгибать их силовыми механизмами или нагревать их за пределами зоны сварного стыка, а. также категорически запрещается вваривать любые присадки.

Работы по изоляции сварных стыков (захлестного стыка и стыков катушки) термоусаживающимися манжетами производят согласно технологической карте (см. лист 12).

8.6.3 Требования к качеству и приемка работ

Для обеспечения требуемого уровня качества работ необходимо проводить:

-        

-        

-        

-        

-        

-        

Катушки, концы стыкуемых плетей трубопровода могут быть приняты для монтажа только после прохождения приемки и освидетельствована на соответствие их требованиям ВСН 012-88 "Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Контроль качества и приемка работ" (часть I, раздел 4).

Для проведения сварочных работ допускается применение электродов только тех марок, которые регламентируются требованиями ВСН 006-89 и СНиП 2.05.06-85 "Магистральные трубопроводы".

Операционный контроль осуществляют мастер или прораб, при этом они проверяют правильность и последовательность выполнения технологических операций по сборке и сварке в соответствии с требованиями ВСН 006-89 и правильность выполнения технологических операций по изоляции сварных стыков в соответствии с требованиями ВСН 008-88.

При сборке соединений под сварку проверяют:

-        

-        

-        

При операционном контроле в процесса сварки осуществляется строгое соблюдение режимов сварки и правильность применения материалов.

Сваренные стыки после их очистки от шлака, брызг металла подвергаются визуальному контролю.

Стык подвергается неразрушающему контролю в соответствии с ВСН 012-88.

При контроле процесса изоляции осуществляется проверка качества очистки поверхности стыка, установки манжеты.