16634

Способы сборки и дуговой сварки стыковых соединений, снижающие опасность образования прожогов при выполнении навесу их корневого слоя

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Лабораторная работа Способы сборки и дуговой сварки стыковых соединений снижающие опасность образования прожогов при выполнении навесу их корневого слоя 1 Общие сведения Навесу приходится выполнять стыковые сварные соединения в следующих случаях: при отсут

Русский

2013-06-22

1.12 MB

3 чел.

Лабораторная  работа

Способы сборки и дуговой сварки стыковых соединений, снижающие опасность образования прожогов при выполнении навесу их корневого слоя

1 Общие сведения

Навесу приходится выполнять стыковые сварные соединения в следующих случаях:

- при отсутствии доступа к сварному соединению с двух сторон и возможности выполнения сварного шва на сменной или остающейся подкладке;

- при единичном изготовлении сварных конструкций (или монтаже их узлов на строительной площадке), когда для выполнения сварки на сменной подкладке требует больших затрат на проектирование и изготовление специального технологического оснащения, а применение сварки на остающейся подкладке нормативными документами не допускается.

   Наиболее распространенными стыковыми сварными соединениями, которые необходимо выполнять навесу, являются поворотные и неповоротные  стыковые сварные соединения труб технологических и некоторых других видов трубопроводов.

   Главной проблемой получения качественных стыковых сварных соединений, выполняемых навесу, является предотвращение образования прожогов. Основным методом предотвращения их образования, рекомендуемым нормативными документами, является выполнение сварных соединений навесу в несколько проходов. Количество выполняемых проходов зависит от толщины свариваемого металла.

  Шов, который выполняют первым в наиболее узкой части разделки, называют корневым слоем или корневым проходом. Однако даже при многопроходной сварке обеспечение требуемых формы и размеров  корневой части шва в пределах допускаемых отклонений, предотвращение образования в ней прожогов и других дефектов (рис.1) представляет трудновыполнимую технологическую задачу.

                            а

                            б 

                                   в 

Рис.1. Формирование корневой части сварного шва:  а – оптимальное;

б – с образованием вогнутости или непровара;  в – с образованием дефекта в виде чрезмерно провисшего и затвердевшего металла сварочной ванны  

      Поэтому кроме многопроходной сварки для предотвращения образования в корневой части шва прожогов и других дефектов, обеспечения  требуемой формы и требуемых размеров корневой части шва (в пределах допускаемых отклонений), применяют дополнительно следующие технологические приемы:

- более тщательно выполняют разделку кромок, обеспечивая требуемые размеры конструктивных элементов кромок строго в пределах допускаемых отклонений на всей их длине;

- более тщательно выполняют сборку деталей, обеспечивая смещение кромок и зазор между ними в соответствии с требованиями нормативных документов на всей длине стыка;

- ручную дуговую сварку корневого слоя электродами с покрытием выполняют электродами диаметром 2.5 – 3,2 мм при минимально сварочном токе, обеспечивающим качественное формирование корневой части шва;

- механизированную и автоматическую дуговую сварку плавящимся электродом в среде защитных газов выполняют проволокой сплошного сечения диаметром 0.8 или 1.0 мм, но не более 1.2 мм даже при достаточно большой толщине свариваемого металла;

- в ряде случаев сварку корневой части шва нормативными документами рекомендуется выполнять ручной дуговой сваркой неплавящимся электродом (например, корневой слой при сварке труб технологических трубопроводов).

    В последние годы для выполнения корневого слоя многопроходных сварных швов разработаны способы ручной дуговой сварки покрытыми электродами и механизированной сварки плавящимся электродом в среде защитных газов пульсирующей дугой, обеспечивающей. Общей особенностью этих способов сварки является управляемый перенос капель электродного металла, минимальные размеры сварочной ванны и минимальный перегрев в ней жидкого металла.

    Способ механизированной сварки плавящимся электродом в среде защитных газов пульсирующей дугой в технической литературе способом механизированной импульсно-дуговой сваркой методом STT или просто механизированной сваркой методом STT.  

2 Особенности процесса и технология механизированной сварки методом STT

2.1 Особенности процесса механизированной сварки методом  STT

   Способ механизированной сварки методом STT предназначен для односторонней

сварки корневого слоя шва неповоротных и поворотных стыков труб проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа труб диаметром 325 — 1220 мм с толщинами стенок до 20 мм включительно, а также для сварки всех слоев шва стыков аналогичных диаметров с толщинами стенок до 8 мм включительно.

   Аббревиатура STT, означающая "Surface Tension Transfer", переводится как «механизм переноса капель с помощью сил поверхностного натяжения».

  Механизм переноса капель электродного металла с помощью сил поверхностного натяжения представляет собой одну из разновидностей процесса переноса капель короткими замыканиями. Он заключается в том, что расплавленный металл капель при дуговой сварке в среде защитных газов переносится силами поверхностного натяжения сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю с конца проволоки. Электромагнитная сила  Пинч-эффекта, сжимающая перешеек капли на оплавляемом конце проволоки, помогает капле отделиться. Но она является только дополнительной силой, а не основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. она

   Механизм переноса капель электродного металла с помощью сил поверхностного натяжения в совокупности с дополнительной силой сжатия (Пинч-эффектом) при сварке методом STT позволяет значительно сократить разбрызгивание и дымообразование в отличие от традиционных методов, позволяет значительно снизить вероятность образования прожогов и несплавлений. Процесс сварки методом STT обеспечивает хороший контроль сварочной ванны, прост в использовании и не требует от сварщика высокой квалификации для того, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Простота процесса STT позволяет значительно сократить время обучения сварщиков.

   Сварочный источник не регулирует напряжение дуги (поэтому количество тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки). Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается самим источником питания. Источником  питания контролируется также процесс плавления электродной проволоки и изменение напряжения дуги, вызываемое ростом размеров капли и замыканием ею дугового промежутка. При замыкании дугового промежутка и растекании основания капли по поверхности сварочной ванны автоматически выбирается момент резкого увеличения сварочного тока (момент подачи импульсов тока) для увеличения силы сжатия Пинч-эффекта, способствующего отрыву капель электродного металла силами поверхностного натяжения сварочной ванны.

  Для процессов сварки методом STT компанией Lincoln Electric и финской компанией KEMPPI разработаны и производятся специальные инверторные источники питания, способные осуществлять управления величиной и формой сварочного тока (что-то вроде импульсно-дуговой сварки). Эти инверторные источники питания отличается от обычных сварочных источников. Они не являются ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Они имеют обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину и форму сварочного тока. В результате за счет регулирования силы и формы выходного тока добиваются вышеуказанных преимуществ метода  STT.

    2.2 Область применения

   Способ сварки методом STT предназначен для односторонней механизированной сварки проволокой сплошного сечения в среде защитного газа:

- корневого слоя шва неповоротных и поворотных стыков труб диаметром 325 — 1220 мм с толщинами стенок до 20 мм включительно;

- для сварки всех слоев шва стыков труб аналогичных диаметров с толщинами стенок до 8 мм включительно;

- для сварки стыковых соединений тонколистового металла.

   Он позволяет сваривать все стали (углеродистые, низколегированные и высоколегированные), сплавы с высоким содержанием никеля.

      2.3 Выбор типа шва и подготовка кромок к сварке

    Выбор типа шва, подлежащего выполнению навесу, и подготовка кромок к сварке навесу должны осуществляться в соответствии с требованиями нормативных документов к технологии сварки того или иного вида сварных конструкций применительно к выбранному способу сварки иособенностями технологии сварки навесу методом STT.

 При механизированной сварке навесу плавящимся электродом в среде углекислого газа стыков  технологических трубопроводов в соответствии с требованиями ОСТ 36-79—83  «ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ. ТИПОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС» тип шва и форму разделки концов труб следует выбирать по ГОСТ 16037—80.

   Торцы, скошенные кромки, а также прилегающие к ним поверхности трубы па ширину 15-20 мм должны быть зачищены до металлического блеска механическим способом.

    При сварке труб процессом STT используется стандартная разделка кромок, однако зазор при использовании данной технологии обычно устанавливается несколько увеличенный 2,0 — 2,5 мм. Это делается потому, что процесс STT менее чувствителен к плохой сборке, чем обычные методы сварки, а увеличение зазора позволяет более надежно обеспечить провар кромок в корне шва, предотвратить образование непроваров.

    Для стандартной разделки кромок труб толщиной 3-10 мм рекомендуется выбирать тип шва С17  по ГОСТ 16037—80  (рис.1).

                                 

Рис.1.Форма разделки кромок и требуемые  ГОСТ 16037—80  размеры шва

       2.4 Параметры режима сварки методом STT и их влияние на форму корневого шва

   При обычной механизированной сварке плавящимся электродом регулируемыми параметрами режима являются напряжение дуги, диаметр и скорость подачи сварочной проволоки, сварочный ток. Сварка процессом STT имеют более широкий диапазон регулируемых параметров режима по сравнению с обычной сваркой в среде защитных газов

   Основными параметрами режима сварки методом STT являются:

- диаметр сварочной проволоки и ее скорость подачи;

-  базовый сварочный то;

- пиковый ток, или ток импульсов сварочного тока;

- длительность заднего фронта импульса;

- расход защитного газа;

- длительность горячего старта.

Диаметр и скорость подачи сварочной проволоки — влияет на скорость наплавки. Более высокая скорость подачи предопределяет более высокую скорость сварки. Сварку корневого слоя методом STT  рекомендуется выполнять проволокой Св08Г2С диаметром 1.0-1,2 мм.

   При сварке аппаратом Invertec STT II используют проволоку большего диаметра по сравнению с той, которая применяется при аналогичных работах с источником, имеющим жесткую характеристику.

Базовый ток — определяет общее тепловложение и форму обратного валика. Если базовый ток очень высокий, то при сварке в нижнем положении будет наблюдаться чрезмерное проплавление, а в потолочном положении — провал. Значение базового тока ниже пикового и составляет 25 — 100 А.

Пиковый ток — управляет длиной дуги и формой наплавленного валика. Увеличение пикового тока приводит к увеличению длины дуги и формированию более плоской внешней поверхности шва. Высокие значения пикового тока могут привести к образованию вогнутой поверхности. Величина пикового тока обычно выше базового и лежит в диапазоне от 250 до 400 А.

Горячий старт — регулирует время действия стартового тока, превышающего на 25 — 50 % установленное значение, для облегчения зажигания и компенсации влияния на процесс холодной детали. Шкала регулятора стартового тока проградуирована до 10. Максимальное значение шкалы соответствует четырем секундам.

Длительность заднего фронта импульса — с увеличением длительности заднего фронта импульса увеличивается тепло, вводимое в сварочную ванну, при этом длина дуги не меняется.

    Увеличение длительности заднего фронта импульса рекомендуется при сварке высоколегированными проволоками из нержавеющих сталей. При увеличении данного параметра необходимо понизить базовый и/или пиковый ток, чтобы выдержать необходимую форму наплавленного валика.

 Расход защитного газа — обычно он составляет 12 л/мин. Более высокий расход газа может значительно охладить сварочную ванну.

   Расход газа увеличивают в том случае, если сварку производят в полевых условиях при ветровых нагрузках или когда контактный наконечник выступает от торца сопла на расстояние более 6,4 мм.

Вылет электрода из наконечника должен составлять 9,5— 15,9 мм. Для обеспечения данных значений и лучшего контроля за вылетом электрода необходимо, чтобы контактный наконечник выступал от торца сопла сварочной горелки на расстоянии  6,4 мм.

    Типичные режимы сварки корневого шва для трубы с толщиной стенки 8 мм и более следующие:

Диаметр сварочной проволоки ………………………………………...1,1 мм

Тип сварочной проволоки   L-56 или Св08Г2С,  диаметр  ……….1.1-1.2 мм

Скорость подачи проволоки  ………………………………….140 дюйм/мин

Защитный газ  100 %   С 02,  расход газа   …………………………..12 л/мин

Пиковый ток   …………………………………………………………… 350 А

Базовый ток    ………………………………………………………………50 А

Длительность заднего фронта импульса (величина TAILOUT)  ………..  0   

Зазор    ………………………………………………………………. 2,4 -2.5 мм

Притупление  …………………………………………………………...    1,6 мм

2.5 Влияние параметров режимов и технологии сварки методом STT  на формирование корневого слоя шва, выполняемого навесу

   Сварку STT относит к так называемым "холодным" процессам. Общее количество тепла, выделяемое дугой, значительно ниже, чем при обычной полуавтоматической сварке в среде защитных газов. Однако это не приводит к образованию таких дефектов, как несплавления, потому что маленький размер сварочной ванны не позволяет ей убежать и она постоянно находится под контролем сварщика.

   В качестве защитного газа при сварке углеродистых сталей используется углекислый газ. Могут быть использованы также смеси аргона с углекислым газом. Однако большое содержание аргона в этих смесях приводит к струйному переносу.

Сварку нержавеющих сталей ведут в средах :

1. 90% Не — 7,5 %Аг — 2,5%С02 ;

2. 55 % Не — 42,5 % Аг — 2,5 % С02 ;

3. 98 % Аг — 2 % 0 2 или 96 % Аг — 4 % С02 .

   Если применяются смеси с аргоном или смеси инертных газов с СО2, то сила пикового тока должна быть значительно ниже, чем при использовании чистого СО2..

  Сварка корневых швов процессом STT ведется    в основном на спуск. Однако, возможна и сварка на подъем. При этом процесс проходит на низких скоростях подачи проволоки и характеризуется невысокой производительностью.

  Заполняющие и облицовочные слои могут быть также выполнены с помощью STT  (см. табл. 1).  Однако низкие скорости наплавки замедляют процесс сварки.

Таблица 1 – Режимы сварки для труб из углеродистой стали

Проход сварного шва

Скорость

подачи

проволоки

дюйм/мин

Базо-

Вый

ток,

А

Пико-

вый

ток,

А

Расстояние

От торца

контактного

наконечника

до изделия, мм

Средняя

величина

сварочного

тока, А

Длитель-

ность

заднего

фронта

импульса

Корневой; сварка на спуск

120

25

370

6.4

200

0

Корневой,

сварка на подъем

75

40

275

6.4

130

0

Заполняющий, сварка на подъем

120

50

370

6.4

210

0

Облицовочный;

сварка на подъем

120

50

370

6.4

210

0

     В таблице 1 приведены режимы выполнения проходов швов при сварке труб из углеродистой стали с толщиной стенки 10 мм,  с использованием проволоки марки L-56  (аналога проволоки СВ08Г2С) диаметром 1,1 мм.  Защитный газ — 100 %  С02,  расход – 12 л/мин.

  Существуют различные комбинации величин пикового и базового тока, которые позволяют получить необходимую форму корневого шва. Увеличение разбрызгивания наблюдается при слишком низком значении пикового тока. При сборке соединений начало и конец каждой прихватки необходимо сошлифовывать, чтобы обеспечить плавный переход от корневого шва к прихватке. Данный процесс не позволяет проплавить прихватку.

   При заданной скорости подачи сварочной проволоки форму корневого шва (наружный и обратный валик) можно независимо контролировать. Пиковый ток управляет длиной сварочной дуги, которая влияет на форму корневого шва (рис. 2). Базовый ток регулирует общее тепловложение, которое влияет на форму обратного валика.

Рис. 2. Влияние на форму корневого шва значений пикового и базового тока

   Регулировка длительности заднего фронта импульса "TAILOUT" — это дополнительная регулировка тепловыделений на дуге. В большинстве случаев при сварке корневых швов регулятор "TAILOUT" устанавливают в позицию "О".

При выполнении прихватки возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. Прихватку выполняют требуемой длины. Прерывание дуги обязательно производят на одной из кромок, а не в зазоре. Начало и конец каждой прихватки необходимо сошлифовать, чтобы обеспечить плавный переход от корневого шва к прихватке.

  Процесс STT не позволяет полностью проплавить прихватку. В процессе сварки корневого шва при заходе и выходе с прихватки колебания прекращают, чтобы обеспечить хорошее сплавление.

      3 Содержание лабораторной работы

Правила механизированной сварки стыков труб навесу технологических трубопроводов по ОСТ 36-79—83 «ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ. ТИПОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС»

   Полуавтоматическую сварку на монтаже следует выполнять при скорости ветра до 3 м/с, при большей скорости — в палатке или другом укрытии. При скорости ветра 2—3 м/с расход углекислого газа следует увеличить в 1,5 раза.

   Полуавтоматическая сварка в углекислом газе должна выполняться на постоянном токе обратной полярности. Для сварки труб из углеродистых и низколегированных сталей следует применять сварочную проволоку марки Св-08Г2С и Св-08Г2СЦ по ГОСТ 2 246—70.

  Сварку корневого шва следует производить на режимах, установленных по нижнему пределу (табл. 2). Первый валик должен быть усиленным с высотой сечения не менее 4 мм.

    Таблица 2  - Режимы полуавтоматической сварки труб

Толщина стенки, мм

Номер прохода сварки

Диаметр электродной проволоки,

мм

Сварочный ток, А

Напряжение дуги, В

Скорость сварки, м/ч

Вылет электрода, мм

Расход СОг, л/мин

1,6—2,0 2,5—4,0 5,0—8,0

10,0- 32,0

Первый Первый Первый

Второй Первый

Второй Последующие

0,8—1,0 0,8—1,2 1,0—1,2 1,0—1,6 1,0—1,2

1.0—1.2

1,2—1,6

60—80 80—100 90—110 100—120 100—120

110—130 140—280

17—19 18—20 18—20 18—20 18—20

20—22

22—28

12—14 10—12 10—12 8—10 10—12

10—12 8—10

6—8

8—10

8—10 10—12

8—10

10—12

12 — 16

6—8

8—10

8—10

8—10

8—10

8—10

10—11

    

   Если зазор более 0,5 мм, корневой шов при сварке стыковых соединений труб, необходимо выполнять с поперечными колебаниями согласно рис. 2 в. После сварки корневого шва первые слои многопроходных швов следует выполнять равномерно-поступательно или возвратно-поступательно перемещая электрод вдоль свариваемых кромок (рис. 2 а). Средние слои следует выполнять, перемещая электрод по вытянутой спирали (рис.2б), а верхние (последние) слои — с поперечными колебаниями.

    Для сварки корневых швов следует применять проволоку диаметром 0,8—1,2 мм. Для последующих слоев шва рекомендуется применять проволоку диаметром 1,2—1,6 мм. Допускается применение проволоки диаметром 2,0 мм для выполнения облицовочных слоев при сварке поворотных стыков труб.

 

Рис.2. Схемы перемещения электрода при полуавтоматической сварке в углекислом газе а — возвратно-поступательное; б — по вытянутой спирали; в — с поперечными колебаниями

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39827. Знакомство с операциями твердотельного моделирования: операция Выдавливание 5.16 MB
  Можно щелкнуть кнопку списка Создать на панели управления Стандартная и выбрать Деталь.3 а или нажмите кнопку − Эскиз на панели Текущее состояние рис. Выбор команды Эскиз на панели Текущее состояние. Он указывает на существование расширенной панели команд.
39828. Знакомство с операциями твердотельного моделирования: операция Вращение 2.49 MB
  Вращение линии любой формы вокруг оси создает тело вращения. Такие линии называются образующими а тела полученные в результате вращения их вокруг оси называются телами вращения. Создание трехмерной модели тела вращения с образующей в виде отрезка В данном задании необходимо создать тело вращения у которого образующей будет отрезок. Эскиз Отрезок – образующая тела вращения Итак мы построили образующую тела вращения.
39829. Приемы использования операции копирование 1.75 MB
  Кроме этого имеется специальная операция РедакторКопияУказанием По кривой По окружности По сетке По концентрической сетке. Радиус окружности 3 мм: выберите на панели Геометрия инструмент Окружность; на Панели свойств выбранной команды установите необходимый стиль линии Основная отключите отрисовку осей симметрии кнопка переключателя Оси; привяжитесь к началу координат точка 0; 0 комбинацией клавиш Ctrl 0 и нажмите Enter возможно дважды Следите за информацией в строке сообщений и состоянием индикатора слева от поля...
39830. Ломаные линии и сплайновые кривые. Кривая Безье, NURBS-кривая 1.95 MB
  Изучение приемов работы с ломаными линиями и сплайновыми кривыми: кривая Безье, NURBS-кривая. Редактирование сплайновых кривых. Способы создания скульптурных поверхностей.
39831. Твердотельное моделирование 1.8 MB
  11 Плоскости и прямоугольная система координат в пространстве Работа № 10 Твердотельное моделирование. Переименовать плоскости проекций: выделить в окне Дерево модели плоскость проекций XY рис.2 а; нажать клавишу F2 или повторно щелкнуть на названии выделенной плоскости; ввести новое название – Фронтальная плоскость XY; нажать Enter. В этой версии системы КОМПАС ось OZ направлена перпендикулярно плоскости экрана.
39832. Знакомство с операциями твердотельного моделирования: кинематическая операция 1.38 MB
  Введение В работах № 2 и № 3 вы фактически уже познакомились с перемещением эскизасечения по заданным траекториям хотя слово траектория и не применялось. При применении операции Выдавливание перемещение эскиза производится вдоль отрезка прямой перпендикулярной плоскости построения эскиза. Результатом этой операции были модели таких твердых тел как тонкая пластина эскиз Отрезок цилиндр или труба эскиз Окружность гнутые тонкие пластины эскиз Ломаная линия или Кривая Безье. При применении операции Вращение перемещение...
39833. Знакомство с операциями твердотельного моделирования: операция по сечениям 1.66 MB
  Они носят название Плоскость смещенная т. Смещенная плоскость параллельна Горизонтальной плоскости. Выберите в окне Дерево модели плоскость ZX Горизонтальная плоскость. Для создания второго сечения с эскизом Окружность нам понадобится смещенная плоскость относительно плоскости ZX.
39834. Приемы работы с инструментом Точка 410.15 KB
  Фрагмент – документ в системе КОМПАС-ГРАФИК LT. Чертеж хранится в цифровом виде в отдельном файле специального двоичного формата. Расширение имени файла. Фрагмент не содержит объектов оформления: нет рамки, основной надписи, знака неуказанной шероховатости и технических требований.
39835. Приемы работы с инструментом Отрезок 700.5 KB
  Кнопка выбора инструмента Отрезок – находится на панели Геометрия. Расширенная панель команд Отрезок имеет вид представленный на рис. Расширенная панель команд инструмента Отрезок.