Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Электрическая дуга — замечательный способ соединения металлов и сплавов. Но она не универсальна и имеет свои ограничения при использовании на открытом воздухе. Потому сварщик, не знающий о тонкостях сварки в среде защитных газов, сам ограничивает свои возможности.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Охарактеризовать главную сущность процесса сварки в среде защитных газов достаточно просто — это всего лишь оптимальный вариант уберечь соединяемую зону от вредных воздействий.

Ключевые нормы устанавливает действующий ГОСТ 1976 года издания. В нем заданы ключевые типы стыков, размеры и конструктивное исполнение (кроме тех, которые регулируются отдельным ГОСТ 16037-80).

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Сварка таким способом может проводиться:

  • с добавкой присадочного металла;
  • без дополнительных присадок;
  • в инертном газе;
  • в углекислом газе;
  • в кислородно-углекислотной смеси различных пропорций.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Область применения защищенной газами сварки очень широка. Она включает:

  • изготовление частей атомных и других электроэнергетических установок;
  • получение узлов летательных аппаратов;
  • сварку металлов и сплавов, которая должна быть выполнена особо чисто;
  • изготовление корпусов химического оборудования;
  • прокладку трубопроводов, создание емкостей для едких и агрессивных веществ;
  • работу с цветным, черным и легированным металлом.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Дуговая сварка в защитном газе гарантирует отличные характеристики шва практически независимо от соединяемого металла. Сварщики могут почти не обращать внимания на толщину соединяемых конструкций. Вернее, она может учитываться при подборе режима, однако работа выполнима в принципе почти всегда.

Проконтролировать состояние сварочной дуги и образуемой попутно ванны не составит труда.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Область теплового воздействия дополнительно сужается по сравнению с традиционной атмосферной сваркой.

Вот еще некоторые моменты:

  • при работе в несколько слоев не потребуется вычищать швы;
  • отпадает потребность в удалении флюса и шлака;
  • возможность не учитывать пространственное размещение деталей;
  • необходимость оберегать себя от света и инфракрасной радиации, создаваемого дугой;
  • оперативность;
  • сравнительная дешевизна;
  • упрощенная автоматизация процесса.

Среди всех химически стабильных газов лишь гелий и аргон используются сколько-то широко. Прочие варианты применять экономически нецелесообразно. Аргон не будет растворяться в расплавленном металле. Его используют, чтобы работать с различными марками стали и с чистым алюминием.

Гелий дороже аргона и легче воздуха, то есть затраты будут больше. Однако именно гелий оптимально подходит для сварки очень активных химически металлов. С его помощью также соединяют алюминиевые и магниевые сплавы. Кроме того, в гелиевой среде выброс наружу энергии дуги вдвое больше, чем в атмосфере аргона.

С точки зрения сварщиков, инертным газом можно считать и азот. Вернее, его ценят за неспособность вступать во взаимодействие с медью.

Правильнее было бы называть их химически активными газами. И именно в этот разряд всегда (кроме случаев сварки медных изделий) входит и азот. Выполнение азотной сварки не предъявляет особых требований к качеству применяемого оборудования. Теоретически принято считать, что должен использоваться однофазный трансформатор.

Но на практике уверенно варят с любым подходящим по остальным характеристикам трансформатором.

Кислород в чистом виде сварщикам не интересен из-за своей горючести и даже взрывоопасности. Однако он является частым компонентом в специальных смесях. Углекислота применяется, когда надо сварить:

  • чугун;
  • стали с малым и умеренным вхождением углерода;
  • стойкую к коррозии сталь слабого легирования.

Водородная атмосфера создается, когда надо варить никель и отдельные марки нержавеющей стали. Особенно привлекательно такое решение для работы с толстыми деталями.

В среде водорода текучесть металла будет выше. Легче обеспечить и чистоту поверхности.

Стоит учесть, что из-за водорода подчас растет хрупкость углеродистых сталей, потому его нельзя использовать, если неизвестна конкретная марка металла.

Классификацию видов дуговой защищенной сварки стоит начать с автоматической газоэлектрической разновидности. Это высшая ступень развития механизированных сварочных работ.

Такой режим позволяет гарантировать идеальный контроль за ходом всего процесса. Потому его стараются использовать на промышленных предприятиях, иногда и в строительстве.

Однако для частного использования это чрезмерно сложно.

Разница может быть и в применяемом инструменте. Многие сварщики пользуются неплавящимся электродом. Подобное решение приемлемо для работы с неферромагнитными веществами.

Опытный специалист в этом режиме тонко чувствует глубину, на которую проплавляется металл.

В сочетании с самостоятельным управлением горелкой и присадочным материалом можно исключить появление непроваренных участков и прочих отклонений сварных швов от нормы.

Важно: неплавящийся электрод пригоден главным образом для тонкостенных изделий. При большой толщине металла, по отзывам профессионалов, он будет работать несколько хуже.

Зато подобный инструмент нравится энтузиастам, создающим декоративные изделия из нержавеющих сталей. Чаще всего неплавкий электрод делают из вольфрама. Но также могут применять электротехнический уголь либо графит.

Во многих случаях более предпочтительны, однако, манипуляции с плавящимся электродом. Такое решение проще, чем использование неплавящегося инструмента, и позволяет воспользоваться более дешевым оборудованием.

Электрод с плавлением поможет обработать куда больше типов металла, чем его неплавкий аналог. Можно без труда работать даже в довольно труднодоступных местах.

Наконец, пространственное расположение сварщика, его техники, самих деталей или конструкций можно выбирать более гибко.

Однако нельзя игнорировать и слабые стороны подобного варианта, в том числе:

  • выброс наружу агрессивных и опасных веществ;
  • большую сложность работы (даже опытным сварщикам приходится работать аккуратно);
  • сравнительно низкую скорость;
  • высокое влияние магнитных полей на дугу.

Иногда пользуются и порошковой проволокой. Ее могут применять при работе в среде углекислоты. Если свариваемые изделия должны соответствовать повышенным требованиям, иногда проводятся даже специальные испытания проволоки.

К сведению: допускается применение не только специального сварочного, но и пищевого углекислого газа. Разрешено применять газ с вхождением до 2% воды.

Разница между конкретными режимами может заключаться:

  • в диаметре присадочной проволоки;
  • в используемом напряжении;
  • в темпе работы;
  • в виде тока и его силе;
  • в электрической полярности;
  • в химическом составе газа;
  • в темпе расходования газовой среды.

В подавляющем большинстве случаев применяют ручные инверторные полуавтоматы. Обязательно настраивают электричество и подбирают индивидуально необходимое напряжение. Порядок расчета использования газа зависит от масштаба производства и номенклатуры выпускаемых изделий. Обязательно надо учитывать выполнение подготовительных и завершительных операций.

Говоря про аппаратуру для газозащитной сварки, стоит указать — в подавляющем большинстве случаев применяют сварочные полуавтоматы. В них параметры дуги и скорость перемещения присадочной проволоки определяется автоматическими компонентами. Все, что непосредственно зависит от исполнителя, — скорость и направление перемещения сварочных головок (горелок).

Предпочтительно использование комплексов техники MIG/MAG.

При применении саморегулирующихся сварочных систем очень важны источники питания. Они должны иметь жесткую электрическую характеристику с пологим падением тока. Сварочные горелки могут быть прямой и изогнутой формы. В различных версиях используют водяное охлаждение либо отвод тепла воздухом. Изгиб сопла подойдет для горелки, работающей в труднодоступных местах.

Важно понимать, что защитные газы спасают только металл от порчи, но не защищают самого сварщика. Обязательно следует соблюдать требования электробезопасности, носить защитные маски, перчатки.

Использовать кислород надо с особой осторожностью, учитывая его склонность к возгоранию. Все баллоны с газами должны находиться все время в вертикальном положении.

Их нельзя использовать после истечения срока поверки, после падения с высоты или сильного механического повреждения.

Недопустимо использовать углекислоту бесконтрольно в узких и слабо проветриваемых местах. Для каждого типа газа применяют только подходящий вид редуктора. Перепутывание шлангов не допускается. Нельзя также подвергать их воздействию открытого огня и искр, горячих и тяжеловесных предметов.

В зоне сварки не место посторонним людям и домашним животным, масляным и жировым загрязнениям.

До запуска следует проверять, исправна ли пусковая система. Шланги перед работой проверяют на герметичность. Сварщик не может исправлять недостатки оборудования до окончания работы.

В закрытых емкостях и в сырых местах требуется использовать прорезиненную одежду и коврики из той же резины.

Нельзя варить незакрепленные или плохо закрепленные детали, а также работать на неустойчивых поверхностях и/или при ограниченной видимости.

Профессионалы измеряют расход газа, отталкиваясь от силы тока, диаметра проволок и толщины соединяемого металла.

Чтобы не касаться специальных формул, начинающим сварщикам лучше определять свою потребность в защитном газе по фирменным сопроводительным паспортам.

На открытом воздухе, конечно, понадобится больше газов, чем в помещениях. Стандартная схема сварки в защитной среде позволяет применять как плавящиеся, так и неплавящиеся электроды.

Комбинировать инертные и химически активные газы полезно для:

  • наращивания устойчивости дуги;
  • большей глубины плавления;
  • эффективного изменения глубин швов;
  • достижения максимальной производительности.

Сочетая аргон с кислородом (добавка 1-5%), можно легко сварить сталь с различным содержанием углерода и легирующих добавок. Обычно берут плавкий электрод. Вводя кислород, уменьшают критический ток и борются с образованием пор.

Углекислый газ применяют чаще всего в процессе сварки углеродистой стали. Обычно изолирующее вещество подается в середину рабочей зоны.

Но если надо очень быстро варить металл плавким электродом, требуется боковая подача. Экономя дорогостоящий газ, его надо подавать парой раздельных потоков. Углекислоту обычно подают снаружи.

Чтобы прикрыть от контакта нагретый, но не расплавленный металл, рекомендуют использовать сопла с длинными насадками.

А наиболее мощную защиту обеспечивают стационарные промышленные камеры с точно заданной защитной средой.

Готовить кромки надо точно так же, как и при других вариантах сварки. Руководствуются при этом ГОСТ 14771-76 либо ТУ на конкретные изделия.

Постоянство зазора обеспечивают, закрепляя детали шарнирным способом. Угол раскрытия кромок определяется толщиной соединяемых металлов.

Когда работают в углекислом газе, формируя многослойный шов, перед каждым следующим слоем нужно внимательно очищать поверхность.

Иногда стоит применять газовую подушку. Она позволит эффективнее сформировать корень шва. Подавать ли в подушку те же газы, что и в основную зону, нужно решить самостоятельно. Желательно оберегать рабочее место от сквозняков и пронизывающих ветров. Наилучший вариант в большинстве случаев — постоянный ток обратной полярности.

Как настроить давление защитного газа и его расход, смотрите далее.

Автоматическая сварка в среде защитных газов

Упрощение технологии сваривания, которое не ведет к ухудшению качества, помогает сделать данный вид соединения металла еще более востребованным.

Автоматическая сварка в среде защитных газов на данный момент является одним из основных вариантов серийного производства сварных изделий.

Это вполне оправдано теми факторами, что автоматика позволяет достичь высокой производительности, скорости создания деталей и достойного качества.

В то же время сама технология применения защитных газов становится гарантией качества, так как именно данный метод считается одним из самых надежных. Хотя себестоимость применения газовой защиты выше, чем у ручной дуговой сварки, она дает более надежное соединение. Особенно это проявляется во время работы с тонкими листами, цветными металлами и сложно свариваемыми сплавами.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Автоматическая сварка в среде защитных газов

Правильная настройка параметров автомата дает возможно исключить появление дефектов из-за человеческой неаккуратности. После подбора параметров, техника будет проводить сварку одинаково во всех случаях, что и требуется для серийного производства.

Область применения

Автоматическая сварка в СО2 больших толщин, а также прочие ее разновидности используются преимущественно в промышленности. Для частного применения такие параметры оказываются невостребованными. Для серийного производства это незаменимая вещь, но для изготовления 1-2 деталей лучше воспользоваться обыкновенным ручным методом. Ремонт также невозможно привести с помощью этой технологии.

Цеха по производству металлоконструкций, предприятия занимающиеся выпуском металлических изделий и прочие сферы, основанные на серийном производстве, обязательно используют такую технику.

Даже сложность работы с газом не останавливает ее развитие.

Ведь здесь все сводится к подготовительным работам, которые должны выполняться на высоком уровне, благодаря чему и обеспечивается одинаковое качество для каждого изделия в партии.

Преимущества

Данная технология не зря получила широкое распространение в промышленности, так как она обладает рядом преимуществ:

  • Высокая производительность процесса сварки, если речь идет о серийном производстве;
  • Все делается одинаково по заданным настройкам, так что нет негативного человеческого фактора;
  • Швы обладают высоким качеством, так как газ дает отличную защиту;
  • Можно соединять сложно свариваемые, и даже разнородные металлы;
  • Для обслуживания автомата не требуется большого количества людей.

  Электрошлаковая сварка

Недостатки

В качестве недостатков стоит отметить следующие факторы:

  • При ошибке в параметрах, брак распространится на всю серию изделий;
  • Техника имеет ограниченный предел настроек, так что не все параметры можно подобрать;
  • Стоимость оборудования делает данную технику недоступной для многих людей;
  • Нет возможности создать шов в любом положении и с любыми параметрами, так как для этого система может не обладать достаточными параметрами, тогда как вручную это сделать намного проще.

Принцип работы и технология механизированной сварки

Автоматическая сварка в защитных газах проводится с использованием сварочной проволоки или электродов без покрытия использует два основных принципа действия.

От электросварки здесь взято разогревание металла до состояния плавления при помощи электрической дуги. Для этого могут использоваться как плавкие, так и неплавкие электроды. Отсутствие покрытия компенсируется газовой оболочкой.

Сам принцип сваривания практически не отличается от того, что используется в ручной сварке защитными газами.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Автоматическая сварка в защитных газах

Главным отличием является то, что установка обладает системой управления, которая помогает проводить все процедуры без участия человека. В ней имеется ряд параметров, которые нужно выставлять для создания соответствующего режима, а затем включается все на поток. Настройка является одним из самых сложных процессов, в данном деле.

«Важно!

Тут нужно четко придерживаться технологии, так как малейший недочет может привести к браку всей партии.»

 

Используемые защитные газы

В данной сфере может использоваться несколько разновидностей защитных газов, у каждого из которых есть свои свойства и особенности. Среди основных газов следует выделить такие:

  • Аргон – создает высокий уровень защиты, но вреден для здоровья человека, а также обладает высокой стоимостью;
  • Гелий – редко используется, но хорошо подходит для изделий с большой толщиной проварки;
  • Углекислый газ – относительно дешевый и безопасный вариант, но годен преимущественно для углеродистых сталей средней толщины;
  • Водород – данный вид газа не часто встречается в сварке, но для особых случаев его все же применяют.

Сварочные материалы и оборудования

В качестве основных сварочных материалов и используемого оборудования применяются следующие вещи:

  • Сварочная проволока или электрод без покрытия;
  • Неплавкий электрод;
  • Горелка;
  • Защитный газ;
  • Автоматическая система для подачи заготовок и управления сварочными инструментами;
  • Сварочная маска.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Оборудование для автоматической сварки в среде защитных газов

Техника безопасности

Чтобы процесс проходил максимально безопасно, необходимо проверить целостность шлангов, соединяющих горелку и источники газа.

Также нужно проверить, чтобы ничего не травило, так как в ином случае будет опасность взрыва.

Все настройки, ремонтные работы и прочие манипуляции проводятся только тогда, когда аппаратура отключена от сети. Во время процесса сварки запрещается вмешиваться в него.

Заключение

Автоматическая сварка выводится в особый разряд, так как эта технология стоит обособленно. Здесь не применяется человеческий труд непосредственно, так как основные манипуляции отводятся машине.

Человеку нужно только следить за всем происходящим и задавать настройки.

В то же время это повышает ответственность, так как по невнимательности можно создать такую ситуацию, когда вся партия изделий окажется непригодной для использования из-за имеющихся дефектов. В остальном это очень эффективный процесс.

Автоматическая сварка труб в среде защитных газов

Механизация сварки трубопроводов

Статья предоставлена журналом «Svetsaren»

сборником статей концерна «ЭСАБ». Д. Дж. Виджери (D.J. Widgery)

ESAB Group LTD., Великобритания

В этой статье рассматриваются различные подходы к вопросу механизации сварки трубопроводов и их применение в различных частях мира.

Системы механизированной сварки трубопроводов применяются уже более 40 лет. Уже давно они широко используются также при строительстве трубопроводов на шельфах. Однако до последнего времени они мало применялись при строительстве наземных трубопроводов.

В наши дни трудность найма и высокая зарплата квалифицированных сварщиков ручной и полуавтоматической сварки привела к быстрому росту механизированной сварки наземных трубопроводов.

В этой статье рассматриваются различные подходы к вопросу механизации сварки трубопроводов и их применение в различных частях мира.

Почти сразу после разработки процесса сварки в среде углекислого газа, для механизации сварки кольцевых стыковых швов трубопроводов горелки стали монтировать на передвижных тележках.

Первый наземный трубопровод с применением механизированной полуавтоматической сварки в среде СО2 был проложен в США в 1961 году.

К этому времени были разработаны пять механизированных систем для сварки в среде защитных газов плавящимся электродом.

В этом же году прошли первые полевые испытания.

Неизбежно начался дарвиновский процесс естественного отбора первых систем. Удивительно быстро стали выкристаллизовываться черты современных механизированных систем.

Развитие систем пошло по двум путям. В первом горелки укреплялись на тележках, смонтированных на ленточных бандажах или цепях, закрепляемых на трубах. Этот тип стал исходной моделью для последующего развития сварочных систем для строительства наземных трубопроводов.

Во втором применялись наружные конструкции (рамы), внутри которых монтировались сварочные головки. Этот тип систем стал применяться в дальнейшем на судах-трубоукладчиках.

Спроектированные для строительства трубопроводов на широких просторах США и СССР первые подобные системы, появившиеся в шестидесятых годах, не отличались компактностью и легкостью, что было не удивительно, поскольку они разрабатывались не для стран с ограниченным пространством, выделяемым для прокладки трубопровода, и с большим количеством различных пересечений.

Вскоре обнаружилось, что правильный выбор размера и типа электрода является ключевым фактором успеха. Вначале полагали, что чем меньше диаметр проволоки, тем легче контролировать дугу. Некоторые стали применять электродную проволоку диаметром 0,8 мм.

Однако на практике сварщики предпочитали использовать проволоку диаметром 0,9 мм. Оказалось, что малое сопротивление вылета проволоки и, следовательно, меньший нагрев означало более медленное плавление электрода (при одинаковом токе).

Таким образом, большее количество тепла расплавляет основной металл и устраняет явление непровара. Другим открытием было то, что небольшое содержание титана в электродной проволоке уменьшает скорость плавления и уменьшает количество сварочных дефектов.

Сравнивая проволоку без титана диаметром 0,8 мм с проволокой, легированной титаном диаметром 0,9 мм, оказалось, что при токе 200 А и напряжении на дуге 25 В первая проволока плавилась со скоростью 4,1 кг/час, а вторая 2,99 кг/час. В первом случае 33% тепла уходило на плавление проволоки; во втором только 24%.

В последующие 40 лет тысячи километров трубопроводов были построены с использованием проволоки диаметром 0,9 мм, легированной титаном. Такая проволока остается популярной и в наше время.

Работа сварщика тяжелый труд, поэтому любыми способами необходимо снижать трудоемкость сварки, что приведет к уменьшению объема ремонтных работ по устранению дефектов.

Несмотря на то, что большое количество трубопроводов построены с использованием метода механизированной сварки в защитных газах, не совсем ясно преимущество применения проволок легированных титаном.

В таких проволоках используется свойство легирующего титана образовывать структуру игольчатого феррита, однако, современные стали и проволоки содержат так мало примесей, что высокая ударная вязкость может быть достигнута при различных микроструктурах.

Современные механизированные системы сварки труб успешно используют как легированные титаном проволоки, так и не содержащие титан проволоки. Производители дают пользователям право самим выбирать тип проволоки. ЭСАБ предлагает проволоку Spoolarc XТi, легированную титаном, и проволоку OK Autrod 12.66, не содержащую титан.

Развитие конструкций сварочных систем MIG/MAG (плавящимся электродом в среде защитных газов).

В 70-80х годах сварочные системы MIG/MAG сварки получили дальнейшее развитие, становясь более распространенными и надежными. Скорость прокладки трубопровода зависит от скорости сварки корневого прохода стыка. Поэтому установка сварочных головок на центрирующих устройствах, располагаемых внутри трубы, была следующим шагом вперед.

Применение четырех одновременно работающих сварочных головок позволило бы довести скорость сварки до 2 м/мин (установка CRC). Однако, сложность конструкции таких систем препятствовала их внедрению.

В других сварочных процессах применяют внутренние медные кольцевые подкладки, что обеспечивает высокую скорость сварки при использовании меньшего количества сварочных головок. Системой, положившей начало новому поколению сварочных установок, явилась установка PASSO (Progetto Arcos Saipem di Saldatura Orbitale).

Это оборудование было легче и компактнее предыдущих конструкций и применялось для строительства как наземных, так и шельфовых трубопроводов.

Дальнейшие разработки такого оборудования получили широкое применение и в Европе, заменяя ручную сварку при строительстве магистральных трубопроводов, проходящих даже в горной местности с ее туннелями ограниченного сечения. Впервые механизированная сварка труб была одобрена в Канаде. В США, на родине процесса, одобрение заняло большее время скорее из-за социальных, чем технических проблем.

С самого начала возможность установки двух сварочных горелок на одной сварочной головке была продемонстрирована в Советском Союзе еще в 1961 году. Эта система успешно использовалась, например, компанией Serimer-Dasa с девяностых годов.

Позднее было обнаружено, что обе проволоки могут быть расположены ближе друг к другу, используя единую газовую защиту и оставаясь электрически изолированными друг от друга. Проволоки подаются поочередно импульсами, без негативного взаимного влияния дуг.

Этот метод позволяет увеличить скорость сварки, несмотря на то, что обе проволоки подаются в одну сварочную ванну. Тепловложение при этом остается не слишком высоким и к сварочным материалам не предъявляются дополнительные требования.

Дальнейшие разработки позволили заменить две горелки системы, на двойные (тандемные) горелки. Такой процесс получил название «Dual-Tandem process»[2]. Это позволило еще больше увеличить производительность сварки.

Однако высокое суммарное тепловложение может повлиять на механические качества сварного шва, особенно для труб, выполненных из высокопрочной стали (например, Х80 и выше).

Производители в настоящее время работают над оптимальным легированием сварочных проволок, используемых для сварки труб из таких сталей.

Сварка «на подъем»

Все системы механизированной сварки, описанные до настоящего времени, старались добиться максимальной скорости сварки, а это значит, что сварка осуществлялась по узкому стыку «на спуск».

Такой метод требовал дополнительную доработку кромок труб в полевых условиях с помощью станка, стоимость которого превышает стоимость самой сварочной системы.

Это затрудняло применение сварочных систем механизированной сварки в малых странах, особенно в развивающихся.

В других наиболее развитых странах, таких, например, как Великобритания, имеется иная проблема: многочисленные пересечения шоссейных дорог, железных дорог и рек. Эти пересечения требуют другой технологии проведения сварки: доработка кромок трубы и применение внутренних центраторов невозможно. Проблема в обоих случая может решаться применением сварки «на подъем».

При сварке «на подъем» необходимо применять подкладки под сварочную ванну. Эта проблема успешно решается при образовании во время сварки достаточно твердого шлака, такого, который образуется при использовании рутиловых порошковых проволок.

Такая сварка позволяет использовать стандартную (API рекомендации американского нефтяного института) разделку кромок трубы с углом наклона 600. Трубные заводы поставляют трубы именно с такой разделкой.

Подрядчики, имеющие сравнительно недорогое оборудование, могут легко соединить трубы даже для магистрального трубопровода, с получением стыка, где наилучшим образом можно использовать механизированную сварку «на спуск».

При отсутствии внутреннего центратора сварка корневого прохода целлюлозными электродами будет едва ли не самым быстрым способом решения задачи. В то же время надо отметить, что полуавтоматические системы сварки постоянно модернизируются.

При сварке «на спуск» задача выбора типа электрода становится более простой, поскольку быстрое остывание образует достаточно прочные микроструктуры с высокой ударной вязкостью. Даже простые углеродисто-марганцовистые сварочные материалы могут подойти для сварки труб из стали Х80.

В противоположность сварке «на спуск» при сварке «на подъем» уровень тепловложения обычно выше, а скорость охлаждения ниже той, что указана на сертификатах производителя сварочных материалов.

Пользователи должны иметь в виду, что может быть придется выбирать сварочные материалы с более высокой прочностью, приведенной в каталоге, чем прочность материала трубы.

Учитывая вышеизложенное, прекрасно себя зарекомендовали новые проволоки, такие как OK Tubrod 15.09, специально разработанные для таких случаев применения.

Сварка самозащитными проволоками

Трубопроводы часто прокладываются в удаленных местностях, где могут возникать проблемы со снабжением защитными газами. В этих случаях могут показаться привлекательными самозащитные проволоки, не требующие защитного газа.

Сварочная система, в которой успешно использовалась самозащитная порошковая проволока, частично стала жертвой распада Советского Союза. Применялся процесс «Стык» эффективный электрогазовый процесс сварки кольцевых швов без применения защитного газа.

Медные подкладки или формы, удерживающие на месте наплавленный металл во время перемещения сварочной головки вокруг трубы (Рис. 2), позволяли сваривать в два прохода трубы с толщиной стенки до 16 мм, и в четыре прохода с толщиной стенки до 25 мм.

Достигалась хорошая ударная прочность наплавленного металла при температурах до — 400 и даже до — 600 С, а процент исправления сварочных дефектов был ниже 1,5% [4].

К сожалению, когда произошел распад СССР, Украина, где производилось это оборудование и сварочные материалы, и Россия, где в основном использовалось это оборудование, стали отдельными независимыми государствами, процесс перестал применяться, а средств на его дальнейшую разработку не было.

Хотя специально разработанные самозащитные проволоки для полуавто-матической сварки труб выпускались в течение нескольких лет, они оказали малое влияние на развитие механизированной сварки.

ЭСАБ недавно вновь обратил на них внимание, имея в виду тот факт, что малая скорость плавления современных проволок вызывает неудовольствия сварщиков при их использовании для механизированной сварки, поскольку их производительность соизмерима с производительностью штучных электродов.

Новые проволоки показали более высокую производительность и могут помочь изменить эту ситуацию.

Процессы недуговой сварки

Вот уже 40 лет на каждой научной конференции по сварке труб появляются доклады о новых способах сварки труб трубопроводов.

Среди них: фрикционная и электроннолучевая сварка труб (шестидесятые годы); сварка оплавлением, MIAB (Magnetically Impelled Arc Butt — стыковая сварка магнито-концентрированной дугой) и сварка взрывом (семидесятые годы); лазерная сварка (восьмидесятые годы) и гибридная лазерная сварка (девяностые годы). Некоторые методы предполагали единовременною сварку сразу всего кольцевого стыка, что, безусловно, было бы для подрядчиков очень заманчивой перспективой — сразу кардинально решить вопрос ускорения производительности прокладки трубопроводов. Не удивительно, что на разработку прототипов таких систем были потрачены огромные деньги. Из всех вышеописанных процессов, однако, только стыковая сварка оплавлением нашла применение для прокладки некоторых участков трубопроводов.

Институт Патона в Киеве разработал серию установок для стыковой сварки оплавлением труб диаметром до 42 дюймов.

В руководстве одной такой установки для сварки небольших труб 325 х 14 мм было указано, что сварочный ток достигает 16000 А и потребляемая мощность равняется 180 КВт, производительность 15 швов/час.

Более мощные установки имели несколько меньшую, но достаточно конкурентоспособную производительность. Несмотря на то, что технология была лицензирована одной компанией в США и включена в стандарт API 1104, она так и не нашла распространение за пределами бывшего СССР.

Это частично объясняется вопросом надежности механических характеристик шва и, кроме всего прочего, удивительными возможностями механизированной сварки плавящимся электродом в среде защитного газа (GMAW).

Будущее механизированной сварки трубопроводов

В любое время специалист, не знакомый с историей развития сварки трубопроводов, читая материалы последней конференции по этому вопросу, может прийти к выводу, что новый описываемый в докладе процесс может совершить революцию в области прокладки трубопроводов. Действительно, лучшие подрядчики могут увеличить среднюю скорость прокладки трубопровода.

Наилучшие результаты достигнуты в отдельных случаях сваркой низкоуглеродистыми электродами снизу-вверх.

Возможно, что следующим шагом в прокладке морских трубопроводов будет замена оборудования полуавтоматической сварки на сравнительно недорогие, доступные системы механизированной сварки, которые, тем не менее, позволят использовать стандартную подготовку торцов труб по API.

Для тех, кто имеет возможность вложить средства в разработку установок, обеспечивающих максимальную скорость сварки и максимальную производительность, процесс GMAW сварки «на спуск», по крайней мере, на ближайшие годы остается наиболее перспективным. Новые системы сварки корневых проходов без применения подкладок могут достигать скорость сварки до 1,5 м/мин [5].

Системы, использующие сварку заполняющих и облицовочных швов двойным тандемом (Dual Tandem), могут уменьшить число постов при прокладке трубопровода диаметром 48 дюймов и с толщиной стенки 19 мм с 14 до 5.

Даже зная о таких преимуществах нового метода, едва ли все-таки подрядчики пойдут на большие затраты на развитие неизвестной технологии, которая не обещает больших улучшений сварочных характеристик.

Даже небольшие изменения требуют больших усилий для достижения требуемой надежности, при том, что в то же время наблюдается снижение затрат за счет применения для труб сталей марок Х80 и Х100.

Использование этих сталей уже вынуждает производителей выпускать надежные сварочные материалы, которые подтверждали бы свои характеристики не только в лабораторных условиях, но и в условия строительства трубопровода.

Сварочные материалы будут играть важную роль в непрерывном процессе улучшения экономических показателей сварки трубопроводов.

Об авторе: Дэвид Виджери (David Widgery) MSc, PhD Metallurgy работает в «ЭСАБ» с 1983 года в качестве руководителя отдела разработки порошковых проволок. С 1996 года он менеджер проекта «ЭСАБ Групп».

Источник

Автоматическая и полуавтоматическая сварка труб в защитных газах

Благодаря полному контролю сварочного процесса автоматическая сварка получила наибольшее распространение на предприятиях, специализирующихся на массовом производстве.

По своей сути сварка-автомат – это сочетание электромеханического оборудования с электронным управлением, среди которых важнейшей деталью является сварочная головка.

С ее помощью происходит подача расходных материалов в область соединения, производится дуговая сварка, резка или напыление, осуществляется контроль над сварочным процессом и своевременностью его остановки.

Дополнительная информация. По своей конструкции головки делят на два типа: подвесные и самоходные. Первые отличаются отсутствием устройства для перемещения головки. Поэтому движение дуги происходит за счет передвижения соединяемых элементов. Самоходная головка способна самостоятельно перемещаться над зоной сварки с помощью специальных приводов.

На самом деле разница между технологиями несущественна. Степень механизации процесса – вот чем отличается автомат от полуавтомата.

Относительная простота конструкции выгодно отличает полуавтоматические сварочные аппараты. Они оборудованы автоматическим устройством подачи сварочной проволоки на электродный держатель через гибкий рукав.

Сварщик осуществляет управление за движением дуги, направляя ее в нужную сторону.

Таким образом, технология, при которой проволока подается в автоматическом режиме, а дуга перемещается оператором, получила название полуавтоматической.

Виды автоматических аппаратов

По своим конструктивным решениям оборудование для автоматической сварки делят на несколько типов:

  1. Тракторного типа. Для работ под слоем флюса или в среде защитных газов.
  2. Подвесной сварочный автомат. Для работы в среде защитных газов.
  3. Многодуговой аппарат. Существуют модификации как тракторного, так и подвесного исполнения.

Тракторный тип

Первый тип аппаратов был разработан и выпущен в СССР. Требования к конструкции регламентированы ГОСТ 8213-69. Широко применяется в тяжелой промышленности.

Сварочный трактор

В качестве примера рассмотрим устройство одномоторного трактора типа ТС-17-Р. Как следует из названия, трактор имеет только один электродвигатель. Он разработан для выполнения работ под слоем флюса при сварке различных стыковых швов. При этом минимальный радиус кольцевых швов составляет 600 мм.

С помощью электродвигателя приводятся в движение ходовой механизм, а также устройство подачи проволоки. Все три элемента имеют общий корпус, который является несущей конструкцией трактора. Он служит опорой прочим механизмам: загрузочному бункеру для флюса, барабану с проволокой и управляющему блоку.

Электрод располагается вблизи вертикальной оси, которая проходит через центр тяжести. Данная особенность позволяет производить работы внутри емкостей: низкое расположение центра тяжести обеспечивает повышенную устойчивость.

Подвесной сварочный аппарат

Оборудование подвесного типа состоит из следующих базовых элементов:

  1. Подающее устройство.
  2. Приводной суппорт.
  3. Механизм вертикального передвижения.
  4. Флюсовый бункер.
  5. Проволочный барабан.
  6. Блок управления.

Подвесной сварочный аппарат

Подвесное оборудование разделяют на стационарные и самоходные агрегаты.

Стационарные устройства отличаются тем, что перед началом работ их устанавливают на выбранное место и не перемещают до окончания работ. Основная сфера применения – соединение труб. Самоходные аппараты оснащены тележкой для перемещения по рабочей площадке. Отличаются способностью к созданию неразъемных соединений значительной длины.

Технология автоматической и полуавтоматической сварки трубопроводов в защитных газах

Зазоры под сварку между двумя кромками стыка должны составлять порядка 0,5-1,0мм. Сварка труб с тонкими стенками, в большинстве случаев, происходит, без разделки кромок под сварку.

Кромки труб с большей толщиной стенки подготавливают, снимая на них фаски под углом 20-30°. Для сварки нержавеющих сталей хорошо подходит высоколегированная сварочная проволока мирки Св-06Х19Н9Т, диаметром 0,8-1,2мм.

При сварке нержавеющих сталей неплавящимся электродом, необходимо применять присадочную проволоку марок Св-01Х19Н9, Св-04Х19Н9 и Св-07Х19Н10Б.

При этом первый слой сварного шва выполняется вольфрамовым электродом без применения присадочного материала. Такой приём способствует качественной проварке корня шва.

Сварку последующих слоёв осуществляют вольфрамовым электродом с применением присадочного материала, или же их сваривают плавящимся электродом.

Струя защитного газа (аргона, или углекислого, или смеси газов) должна плотно охватывать всю зону сварки. Если сварка происходит на открытой местности, или в хорошо проветриваемом помещении, то от ветра и сквозняков необходима дополнительная защита (щиты, палатки и др.), а также необходимо увеличивать скорость потока защитного газа.

Принцип и технология выполнения работ

Для сварки металла применяют аппараты всех вышеперечисленных типов. Главным элементом конструкции автоматического аппарата является сварочная головка, которая включает в себя следующие комплектующие:

  ДИНИСТОРЫ, ИХ АНАЛОГИ И ТИРИСТОРЫ – СДЕЛАЙ САМ

  • устройства подачи и перемещения;
  • токопроводные элементы;
  • самодвижущаяся тележка;
  • блок управления.
  • Она обеспечивает подачу сварочной проволоки либо прочих электродных материалов, после чего осуществляет подачу тока.
  • Вспомогательная аппаратура, к которой относятся механизм подачи защитного газа либо флюсовое оборудование.
  • Особенности механизма подачи проволоки имеют конструктивную схожесть с аналогичным приспособлением полуавтоматических аппаратов.

Токопроводящий механизм называют горелкой либо мундштуком.

Встречаются различные варианты исполнения, которые имеют общее принципиальное устройство – направляющую трубку с вкрученным токопроводным элементом. Трубка посредством сапожковой вилки на шарнире соединяется с прижимным механизмом. Для повышения периода эксплуатации вилка снабжена вставкой из высокопрочного материала.

Прижимной механизм представляет собой винт с пружиной.

Для автоматической сварки под флюсом рекомендуем использовать источники энергии с пологопадающими характеристиками. При выполнении работ в газовой среде предпочтительнее будут источники с жесткими характеристиками.

Для орбитальных сварных работ используют аппараты с асинхронными двигателями постоянной частоты. Благодаря реализации принципа саморегуляции скорость подачи электродов остается неизменной.

На конвейерных линиях сварочное оборудование работает согласно единому технологическому циклу, который может содержать устройства для предварительной или последующей обработки материалов в зависимости от специфики производства.

Металлообработка и углекислый газ

У нас не получится в деталях рассказать обо всех моментах, которые есть в полуавтоматической сварке в области защитного газа азота. Мы поговорим о работе в углекислотах.

Такой метод за последние 15 лет стал популярным и эффективным. Стоит взять эту информацию на вооружение.

Выбор проволоки для сварки

Этот момент очень важный при металлообработке в среде углекислого газа. Если взять деталь, в составе которой небольшое количество углерода – она рискует окислиться. Чтобы этого не произошло, необходимо использовать провода с марганцем и кремнием в составе.

Не забывайте об этом, если хотите получить хорошую работу! Возникает необходимость варки легированного сплава – применяйте специальную проволоку. Далее мы расскажем об известных марках проводов для сварки этих видов металла.

Готовим металл к обработке

Хотите, чтобы шов был ровным и красивым, правильно? Для этого стоит заняться подготовкой металлических конструкций. Для начала почистите детали от проявлений коррозии, а также от краски и грязи.

Если остались масляные следы – их также необходимо убрать. В том случае, когда детали загрязнены немного, можно применить ветошь. Если длительной очистки не избежать – используйте специальную щетку из металла.

  Аргон – самый ленивый газ

Не забудьте удалить жир со всей поверхности конструкции. Это можно сделать, используя специальные очистные средства.

Выбор режим работы

Если вы выбрали правильный режим сварки – то уже сделали 50% работы на пути к получению сварочного соединения. Этот момент нужно продумать тщательно, чтобы потом не пришлось начинать всё заново.

Режим металлообработки – это совокупность некоторых настроек, которые установлены на аппарате. Они полностью зависят от того, какой тип работ вам нужно выполнить.

Говоря о сварке при помощи агрегата с работой углекислот настройки будут выглядеть таким образом:

  • Род и полярность тока. Как правило, работает статичный ток возвратной полярности. В случае с прямой полярностью вы можете получить нестабильное горение дуги. Хотите применить переменное электричество вместо постоянного? Поставьте в цепь осциллятор, которая поможет механизму работать корректно.
  • Диаметр проводов. Показания напрямую зависят от толщины металла, который придется обрабатывать. Для тонкой конструкции подойдут тонкие провода, и наоборот. Сила электричества при этом выбирается в зависимости от диаметра провод. Принцип такой: сила электричества при сварке прямо пропорциональна глубине провара. Скорость работ при этом будет соответствовать этой же формуле.
  • Напряжение арки. Оно зависит от длины этой арки. Сила тока будет определять установленное напряжение. Настраивать этот показатель достаточно просто. С увеличением напряжения возрастает показатель глубины провара. Ширина соединений при этом также становится больше. Если вы будете знать эти показатели – вам удастся определить необходимое напряжение арки.
  • Скорость введения проволоки. Этот показатель можно определить только путем опыта. Помните, что арка должна прогорать стабильно, а проволока должна медленно топиться. Начинающий мастер обычно применяет агрегаты, которые регулируют скорость подачи проводов в автоматическом режиме.
  • Вылет провода. Этот момент также определяется путем частых работ. Вылет не должен быть либо большим, либо маленьким. В первом случае дуга прогорает нестабильно. Швы получаются неровными и кривыми. Во втором случае вы лишитесь возможности контролировать сварочный процесс, потому что он будет проходить довольно быстро.

Плюсы и минусы сварочных автоматов

Применение рассматриваемой технологии имеет положительные и отрицательные стороны. Преимуществами автоматического метода считают:

  1. Качество соединения. Использование электронных систем позволяет добиться высоких показателей целостности и повторяемости шва.
  2. Производительность. Благодаря высокой скорости автоматические линии значительно превосходят возможности бригады квалифицированных сварщиков.
  3. Количество отходов. При условии грамотной настройки использование автоматических аппаратов позволяет минимизировать количество лома.
  4. Трудозатраты. Применение данной технологии позволит перенаправить трудовые ресурсы на другие производственные участки. Кроме того, можно не учитывать человеческий фактор при планировании работ.

Недостатки:

  1. Высокая стоимость оборудования.
  2. Низкая маневренность сварочных агрегатов.
  3. Трудности при реорганизации производства.

Технология автоматической сварки не стоит на месте.

Несмотря на то что автоматизация производства, как правило, оказывает положительное влияние на предприятие, перед ее внедрением следует трезво оценить целесообразность модернизации. Это не всегда выгодно.

Именно по этой причине автоматическая сварка не получила повсеместного применения. Если вы имеете опыт успешного внедрения автоматической сварки на производстве, поделитесь им в х.

Положительные и отрицательные качества автоматической сварки

Главной эксплуатационной характеристикой автоматического оборудования марок Твинни Т, Telmig 170 и других является максимально высокая производительность, которая в несколько раз выше по сравнению с ручной дуговой или полуавтоматической сваркой.

Кроме того, здесь к минимуму сведена вероятность влияния человеческого фактора. За счет этой особенности сварное соединение получается максимально ровным как в ширину, так и по толщине. Такую сварку очень удобно применять для работы в труднодоступных местах. Не приходится производить регулировку подаваемого на электрод напряжения и скорости его подачи к свариваемым элементам.

Человеку в процессе выполнения сварочных работ не приходится находиться в непосредственном контакте с отравляющими веществами, которые выделяются в процессе сварки, поэтому состояние его здоровья находится вне опасности.

Главным отрицательным моментом при использовании такой технологии являются довольно большие затраты времени, направленные на организацию процесса.

Кроме того, шов при его формировании подкорректировать не представляется возможным, так как все основные его качества определяются устройством еще перед началом проведения работ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector