книги / Основы сварочных работ при сооружении магистральных трубопроводов

11.2. Контактная сварка

Электрическая стыковая контактная сварка оплавлением

Соединение деталей происходит за счет нагрева проходящим электрическим током через свариваемые детали до оплавления сты-

куемых торцов и дальнейшей пласти-
ческой деформации (рис. 33).
При монтаже	магистральных
трубопроводов находит применение
на трубоконтактных	передвижных
установках («Север»).
Сварочные машины могут быть:
– наружные при диаметре трубы
до 530 мм (+ внутренний гратоснима-		Рис. 33. Электрическая стыко-
тель), перемещается с помощью вспо-		вая контактная сварка оплав-
могательных транспортных средств;		лением: 1 – свариваемые заго-
– внутритрубные	при диаметре	товки; 2 – зажимы машины;
трубы 720–1420 мм (+ наружный гра-		3 – сварочный трансформатор

тосниматель).

Основные составляющие сварочной машины:

–понижающий трансформатор;

–силовой корпус с центрирующим и зажимным устройствами;

–механизм перемещения свариваемых труб (при сближении

иосадке);

–аппаратура управления и регистрации основных параметров режима сварки.

Для обеспечения требуемого уровня качества сварных соединений объектов нефтегазового комплекса необходимо выполнять:

1. Пооперационный контроль, который производитель работ выполняет непосредственно и непрерывно в процессе проведения операций по сборке и сварке. При пооперационном контроле проверяют соответствие выполняемых работ проекту, требованиям сводов правил, государственных стандартов, технологических инструкций и карт.

101

2. Визуальный контроль и обмер сварных соединений, выполняют работники служб контроля с использованием необходимого измерительного инструмента.

При визуальном контроле проверяют соответствие кольцевых сварных соединений следующим требованиям:

–высота усиления шва снаружи трубы должна быть 2 ± 1 мм и иметь плавный переход к основному металлу;

–высота усиления обратного валика корневого слоя шва должна быть 1 ± 1 мм;

–ширина сварных швов наружного – 10–16 мм и внутреннего –

6–10 мм;

–смещение кромок после сварки не должно превышать более 3 мм. Допускаются местные смещения на длине 20 % периметра стыка, но не более 4 мм. А также неразрушающие методы контроля.

На поверхности сварных швов и околошовной зоны должны отсутствовать поры и трещины любых размеров, а также другие видимые дефекты, размеры которых превышают регламентированные для неразрушающего контроля.

12. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Качество сварки и сварных соединений – это основной показатель, которому должно соответствовать изделие.

Стоит отметить, что в общем качество сварки и сварных соединений зависит от различных факторов, в том числе и от собственно технологического процесса. Общее качество сварки определяется по уровням дефектов при сваривании металлоизделий.

Подробнее остановимся на основных технологических факторах, влияющих на качество сваривания:

•режим сварочного процесса – это и сила тока, и напряжение;

•материалы, необходимые для сваривания: электроды, флюсы, защитные газы;

102

•материал свариваемого изделия;

•профессионализм сварщика – это и разряд, и опыт;

•условия, в которых производится сваривание.

12.1.Дефекты сварных соединений

Качество сварных соединений в значительной мере определяет эксплуатационную надежность и экономичность конструкций. Наличие в сварных соединениях дефектов – отклонений от заданных свойств, формы и сплошности шва, свойств и сплошности околошовной зоны – может привести к нарушению герметичности, прочности и других эксплуатационных характеристик изделия, а при некоторых обстоятельствах вызвать аварию его в процессе изготовления, монтажа или работы. В реальных условиях производства дефекты возникают достаточно часто. Количество их – объективный показатель рациональности принятого технологического процесса, пригодности и кондиции используемых сварочных материалов и основного металла, квалификации кадров, наличия необходимого комфорта для работы сварщиков, оптимальности и технического состояния оборудования и оснастки и общей культуры производства, характерной для данного предприятия [28].

Дефекты при сварке плавлением образуются вследствие нарушения требований нормативных документов к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом (п. 2.1. ГОСТ 30242).

По ГОСТ 30242 дефекты делятся на шесть следующих групп:

1)трещины;

2)полости, поры;

3)твердые включения

4)несплавления и непровары;

5)нарушение формы шва;

6)прочие дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы.

103

При рассмотрении ГОСТ 30242 необходимо заметить, что дефекту присвоено трехзначное цифровое обозначение или четырехзначное цифровое обозначение его разновидностей.

Например: натек имеет обозначение 509, а его разновидность – натек при горизонтальном положении сварки – 5091. Также необходимо отметить, что большинству дефектов присвоено буквенное обозначение, используемое в сборниках справочных радиограмм Международного института сварки (МИС). Например: трещина – Е, газовая полость – А. Поэтому, если в скобках после наименования дефекта или на рисунке вы обнаружите буквы или цифры, – это идентификационный код дефекта по ГОСТ 30242.

12.1.1. Трещины

Трещины – дефект сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах или несплошность, вызванная местным разрывом шва, которая может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок [18].

Трещины (рис. 34) – недопустимый дефект, так как являются концентратором напряжения и очагом разрушения. Это самые опасные дефекты сварного соединения, часто приводящие к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции [23].

Чаще всего трещины проявляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате быстрого охлаждения сварочной ванны. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.

Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в расплавленном металле, а также кремния, никеля и особенно вредных примесей серы, фосфора и водорода. Причиной образования трещин чаще всего является несоблюдение технологии

104

и режимов сварки. Это может проявляться, например, в неправильном расположении швов в сварной конструкции, что приводит к высокой концентрации напряжений. Большие напряжения в сварных конструкциях могут возникнуть также при несоблюдении заданного порядка наложения сварных швов.

а б

в

Рис. 34. Кристаллизационная трещина в металле шва:

а – продольная; б – поперечная; в – продольная и поперечная [18]

Удаление трещин. Поверхностные трещины в сварных конструкциях устраняются в следующем порядке: сначала засверливают концы трещины, чтобы она не распространялась дальше по шву, затем трещину удаляют механическим путем или строжкой, после чего место удаления дефекта зачищают и заваривают. Внутренние трещины (как, впрочем, и остальные внутренние дефекты) удаляют механическим способом или строжкой с последующей заваркой данного участка.

По происхождению трещины подразделяются:

–на холодные;

–горячие.

Холодные трещины возникают при температурах ниже 300 °С, т.е. сразу после остывания шва. Кроме того, холодные трещины мо-

105

гут возникнуть и через длительный промежуток времени. Причиной их появления являются сварочные напряжения, возникающие во время фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла. Причиной может также стать растворенный атомарный водород, не успевший выделиться во время сварки. Причинами попадания водорода могут служить непросушенные швы или сварочные материалы, нарушения защиты сварочной ванны. Холодные трещины на изломе имеют чистый блестящий вид кристаллов.

Горячие трещины (рис. 35) появляются в процессе кристаллизации металла при температурах 1100–1300 °С вследствие резкого снижения пластических свойств и развития растягивающих деформаций.

Основной металл

Трещина

Металл шва

Рис. 35. Горячая трещина в околошовной зоне [28]

Появляются горячие трещины на границах зерен кристаллической решетки. Их возникновению способствует повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода, никеля, серы и фосфора. Горячие трещины могут возникать как в массиве шва, так и в зоне термического влияния. Распространяться они могут как вдоль, так и поперек шва. Могут быть внутренними или выходить на поверхность. Горячие трещины на изломе имеют желтовато-оран- жевый оттенок.

106

По размерам трещины подразделяются на макроскопические и микроскопические.

Макроскопические трещины (рис. 36), или просто трещины, видны невооруженным глазом или через лупу небольшого (2–4-крат- ного) увеличения при визуальном контроле.

Рис. 36. Поперечное сечение сварного шва с макротрещиной

Микроскопическая трещина (рис. 37), или микротрещина, – трещина микроскопических размеров, которую обнаруживают физическими методами не менее чем при пятидесятикратном увеличении.

Рис. 37. Поперечное сечение сварного шва с микротрещиной

107

По расположению трещины подразделяются на продольные и поперечные. Продольная трещина – трещина сварного соединения, ориентированная вдоль оси сварного шва (рис. 38). Продольная трещина может располагаться в металле сварного шва, на границе сплавления (рис. 39, а), в зоне термического влияния (рис. 39, б) и в основном металле (рис. 39, в).

Рис. 38. Изображение продольных трещин на сварных швах

Поперечная трещина – трещина, ориентированная поперек оси сварного шва. Она может располагаться в металле сварного шва (рис. 40, а), в зоне термического влияния (рис. 40, б) и в основном металле (рис. 40, в).

Согласно ГОСТ 30242 трещины бывают: радиальными, в кратере, раздельными, разветвленными.

Радиальные трещины – вид трещин, радиально расходящихся из одной точки. Трещины данного типа известны как звездоподобные.

Радиальные трещины (рис. 41) также могут располагаться в металле сварного шва, в зоне термического влияния и в основном металле.

108

а

б

в

Рис. 39. Изображение продольной трещины: а – на границе сплавления сварного шва; б – в зоне термического влияния; в – в основном металле [23]

аб

в

Рис. 40. Изображение поперечной трещины: а – в металле сварного шва; б – в зоне термического влияния; в – в основном металле [23]

109

Рис. 41. Радиальная трещина, расположенная в металле сварного шва [23]

Трещины в кратере сварного шва бывают продольными, поперечными, звездоподобными (рис. 42).

Рис. 42. Трещина в кратере звездообразная

Раздельные трещины (рис. 43) – группа трещин, которые могут находиться в металле сварного шва (1), в зоне термического влияния (2); в основном металле (3).

110