Материал: Глава 13

Далее определяют длину пролета l₁ по формуле

l₁ = 2,46(Е I h₁)^1/4/ q. (13.8)

Затем находят расстояния L₁ и L₂, которые характеризуют взаимное расположение групп трубоукладчиков:

L₁ = λ l₁; L₂ = η l₁. (13.9)

Для нахождения длины пролета L₄ можно воспользоваться соотношением L₄ = 0,8 l₁.

Рис. 13.14. Диаграмма для определения коэффициентов λ и η при расчёте рационального размещения трубоукладчиков при перемещении трубной плети

Нагрузки, приходящиеся на каждую группу трубоукладчиков, определяют по формулам

К₁ = (0,586 + 0,5 λ) ql₁;

К₂ = (λ + η) 0,5 ql₁; } (13.10)

К₃ = (0,812 + 0,8η) ql₁ / 1,6.

Расстояние между трубоукладчиками одной группы обычно принимается равным 8 – 15 м. Высота подъёма трубопровода в средней части колонны в точке 2 (см. по рис. 13.10) может быть определена по эмпирической формуле

h₂ = 6,09 [0,414 (λ +1)³ + (0,586 + 0,5λ) λ³ – 0,25(λ + 1)⁴]h₁. (13.11)

Работы по перемещению трубоукладчиками трубных участков осуществляется после проверки и контроля сварных стыков.

13.3.3. Cварочно-монтажные работы

Хорошее качество сварных соединений достигается строгим соблюдением технологической дисциплины, применением высококачественных сварочных материалов, увеличением доли контроля сварных соединений неразрушающими методами.

Опыт изучения качества сварных соединений, выполненных различными способами, показывает, что наибольший процент дефектов связан с ручной сваркой, особенно с ручной сваркой специальных стыков (врезка арматуры, трубных деталей и узлов, установка заплат). Автоматическая сварка позволяет значительно улучшить качество сварных соединений и повысить темпы производства сварочных работ.

На строительстве магистральных трубопроводов наибольшее распространение получила технологическая схема, при которой на специальных трубосварочных базах с применением автоматической сварки под флюсом подготовляются плети из трех труб, которые далее вывозятся на трассу и свариваются в нитку ручной, контактной сваркой или автоматами порошковой проволокой.

13.3.3.1 Сварочные материалы

К сварочным материалам относятся электроды для ручной дуговой сварки, проволока для сварки под флюсом и порошковая самозащитная проволока.

Сварочные материалы обеспечивают защиту зоны сварки от воздействия окружающей среды, регулирование химического состава и структуры металла шва, очищение металла шва от неметаллических составляющих, окислов, шлака и газов. Кроме того, сварочные материалы обеспечивают устойчивость протекания процесса сварки, заполнения разделки свариваемых изделий присадочным металлом, формирование поверхности шва, удержание сварочной ванны на свариваемых поверхностях, создают возможность удаления с поверхности сварных швов образовавшегося шлака.

В соответствии с ГОСТ 9466—75 электроды классифицируют по назначению, технологическим особенностям, виду и толщине покрытия, химическому составу стержня и покрытия, характеру шлака, механическим свойствам металла шва и способу нанесения покрытия. Все типы электродов должны обеспечивать: стабильное горение дуги и хорошее формирование шва; получение металла шва заданного химического состава; равномерное расплавление электродного стержня и покрытия, достаточную прочность последнего; минимальное разбрызгивание электродного металла; легкую отделимость шлака; минимальную токсичность при изготовлении и сварке; сохранение физико-химических и технологических свойств в течение требуемого периода.

Сварочные материалы - электроды, проволока, флюсы, защитные газы и т.п. хранятся в сухих отапливаемых складах, где должны поддерживаться примерно постоянные температура и влажность воздуха независимо от времени года, суток и климатических условий. Тем не менее, даже при соблюдении правил упаковки, хранения и транспортировки необходима специальная подготовка сварочных материалов к сварке.

Большинство покрытий электродов обладает гигроскопичностью. В отсыревшем покрытии, например, целлюлозного типа, происходят необратимые структурные изменения, резко ухудшающие сварочно-технологические свойства электродов.

Следовательно, электроды должны быть доставлены на трассу в герметичной упаковке. Продолжительность хранения электродов в раскрытых пачках на монтажной площадке не должно превышать 4 ч. Без предварительной сушки или прокаливания электроды можно применять сразу после вскрытия герметичной упаковки только при положительной температуре окружающего воздуха. Если упаковка повреждена, а также, если сварку приходится выполнять при отрицательной температуре (независимо от условий хранения, транспортировки и состояния упаковки), электроды перед сваркой необходимо прокаливать в течение 1 ч при определённой температуре, установленной для каждого вида покрытия.

13.3.3.2. Подготовка труб к сборке

Современные методы сварки позволяют получать качественные сварные соединения при условии обеспечения незначительных смещений кромок труб (2 - 3 мм) во время сборочных операций. Причинами несовпадения кромок при сборке стыков могут являться раз-нотолщинность стенок и эллиптичность цельнотянутых труб, значительные отклонения по длине окружности сварных труб, наличие местных вмятин, связанных 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.

Сборочные операции могут производиться на сварочной базе при вращении стыкуемых труб и в неповоротном положении, на трассе в неповоротном положении (при сборке секций в нитку, при сборке захлестов, установке задвижек и т. п.), а также с помощью сварочной головки в неповоротном положении (при прессовых методах сварки).

Сборка стыков труб под сварку включает следующие виды работ: подготовку труб (правка концов и очистка поверхности свариваемых кромок), установку труб, центровку и стяжку труб, проверку сопряжений кромок и сборочных баз, подгонку сопрягаемых элементов и деталей; закрепление свариваемых кромок.

Трубы, изготавливаемые на металлургических заводах, доставляют на трассу в различное время года и разными транспортными средствами, поэтому при транспортировке, хранении и погрузочно-разгрузочных работах они могут покрыться ржавчиной, изменить точную форму и т. п., что требует перед сборкой и сваркой выполнить подготовительные работы.

Очистку внутренней полости труб от возможных загрязнений, снега, льда и случайных предметов выполняют до сборки. На механизированных линиях загрязнения и случайные предметы удаляются ершом, который укрепляют на центраторе. В процессе прохода трубы через центратор ерш удаляет их автоматически. Попавшие внутрь трубы камни, грунт и посторонние предметы могут нарушить технологический процесс сборки и сварки при сооружении трубопровода, а также причинить вред готовой линии во время её продувки и эксплуатации.

Очистку изоляции осуществляют с концов труб на участке 100 мм в том случае, если трубы изолированы на заводе. Битумная мастика вначале снимается режущим приспособлением, а затем - бензином или другими растворителями.

Правку деформированных концов труб глубиной до 3,5 % диаметра трубы выполняют с помощью безударных приспособлений. Вмятины на концах труб диаметром 720, 820 и 1020 мм с толщиной стенки до 11 мм выправляют, применяя приспособление типа ПВ. В качестве рабочего органа используют автомобильный домкрат с усилием 50 кН. Для правки вмятин на трубах диаметром 630 - 1420 мм с толщиной стенок до 22 мм применяют устройство УПВ-141. В качестве рабочего органа используют гидравлический домкрат с усилием 300 кН. Для труб из стали с временным сопротивлением разрыву до 539 МПа допускается правка вмятин и деформированных концов при положительной температуре без подогрева. При отрицательной температуре окружающего воздуха проводят местный подогрев до 100 - 150 ^оС. Правку труб из стали с σ_в > 539 МПа осуществляют с местным нагревом до 150 - 200 °С при любых температурах окружающего воздуха. Участки труб с вмятинами глубиной более 3,5 % диаметра, а также с резкими деформированными краями, имеющими надрезы, обрезают газокислородной резкой или механическим способом.

13.3.3.3. Газокислородная резка

Процесс газокислородной резки основан на сгорании металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся окислов (рис. 13.15). Поверхность разрезаемого изделия нагревается пламенем газокислородной смеси, проходящей через канал резака. При нагреве поверхности металла до температуры воспламенения через канал подается «режущий» кислород, который быстро окисляет подогретый металл. Образовавшиеся в верхнем слое реза жидкие окислы выдуваются кислородом, окружающий его металл остается твердым. Вытесненные струей расплавленные окислы нагревают нижележащий слой металла, обеспечивая условия для его интенсивного окисления и т. д. В результате процесс окисления распространяется на всю толщину заготовки. Расплавленные окислы удаляются струей режущего кислорода из зоны реза.

	Рис.13.15. Схема процесса газокислородной резки: 1 - горючая смесь;2 - кислород; 3 - пламя для подогрева; 4 – окислы
	Рис. 13.16. Схема разделки кромок трубы для ручной дуговой сварки а – при толщине стенки S < 16 мм; б – при S > 16

Обрезка поврежденных кромок, вырезка катушек и дефектных стыков из трубопровода, сварка захлестов и в других случаях разделку кромок труб обычно делают непосредственно в полевых условиях. Чаще всего для этой цели применяют ручную или механизированную газокислородную и воздушно-плазменную резку. Затем поверхность реза зачищают при помощи ручных шлифмашинок абразивными кругами.

Трубы для стыковки поступают с заводов на трассу с разделкой кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки. Эта разделка (рис. 13.16) для труб любого диаметра при толщине стенки более 4 мм имеет угол скоса кромок 25 - 30° и притупление 1 - 2,6 мм. При толщине стенки 16 мм и более трубы большого диаметра поставляются и с комбинированной разделкой кромок в соответствии с рис. 13.16,б.

Перед сваркой внутренняя полость трубы очищается от грунта, снега, льда, грязи и посторонних предметов. Для обеспечения возможности пропуска внутреннего центратора трубы очищаются на всю длину и особенно тщательно на расстоянии одного метра от торцов. На расстоянии 10 - 20 мм от торца трубы ее внутреннюю и наружную поверхности, а также кромки очищают от ржавчины и окалины до блеска металлическими щетками и абразивными кругами, приводимыми во вращение ручными электрическими высокооборотными машинками. Перед зачисткой кромок, покрытых праймером или специальным покрытием, эти вещества смывались с трубы бензином или специальным растворителем на участке не менее 40 - 50 мм от торца, поскольку попадание этих веществ в сварочную ванну приводит к образованию в сварном шве дефектов.

Поврежденные при транспортировке концы труб, имеющие вмятины, обязательно выправляют безударными разжимными устройствами, специальными ручными или гидравлическими домкратами или ударным инструментом с местным подогревом до 150 - 250 °С (особенно при отрицательной температуре окружающего воздуха). Концы труб с вмятинами глубиной более 3,5% от диаметра, резкими вмятинами любой глубины, а также при вмятинах с надрывами и надрезами, с забоинами глубиной более 5 мм обрезают. Правку кромок труб после газокислородной и воздушно-плазменной резки производят с подогревом до 150 - 200 °С.

Забоины на кромках глубиной не более 5 мм ремонтируются сваркой. Концы труб с забоинами глубиной свыше 5 мм, забоинами с острыми краями, надрезами и надрывами обрезают. В зависимости от марки трубной стали и температуры окружающего воздуха при правке и ремонте забоин требуется подогрев. Царапины, риски и задиры глубиной 0,2 мм и менее на теле трубы зашлифовывают. Трубы с глубиной названных дефектов более 0,2 мм также отбраковывают. Во избежание попадания в сварочную ванну влаги стык, подготовленный к сварке, обязательно просушивается, если по технологии сварка стыка выполняется без подогрева.

Сборка стыков труб является весьма ответственной операцией, от которой часто зависит качество сварки. При сборке необходимо совмещать оси соединяемых труб, обеспечивать совпадение свариваемых кромок; а также требуемый по технологии сварки зазор равномерно по всему периметру стыка. Сборка и центровка стыкуемых труб выполняется при помощи центраторов. Для труб диаметром 529 мм и более при сборке применяют только внутренние центраторы; трубы диаметром менее 529 мм, как правило, собирают при помощи наружных центраторов.

Зазор между кромками собираемых труб зависит от толщины стенки и типа применяемых электродов. Кромки совмещают таким образом, чтобы после сборки смещение их не превышало 20% от толщины стенки труб, но не более 3 мм. Соединение разностенных труб на трассе допускаются при условии, если разность толщин стенок стыкуемых труб при толщине 12 мм и менее не превышают 2,5 мм или 3 мм при толщине стенки более 12 мм.

При разностенности свариваемых труб (до 1,5 толщины) допускается непосредственная сборка и сварка труб при специальной подготовке торца более толстой трубы (рис. 13.17).

Рис. 13.17. Схема стыка труб со стенками разной толщины, например S и 1.5S. Угол скоса конца толстостенной трубы должен быть в интервале 20 – 30о.

Соединение труб с большей разностью толщин стенок осуществляется путем вварки между стыкуемыми трубами переходников или вставок промежуточной толщины. Сварка захлесточных стыков разностенных труб не допускается.

Сборка стыков на внутренних центраторах выполняется, как правило, без прихваток. В тех случаях, когда применение внутренних центраторов технически невозможно (например, при сборке захлестов), используются наружные центраторы. Сборка на наружных центраторах выполняется с прихватками. Число прихваток по периметру стыков зависит от диаметра трубы и составляет обычно 2 - 4 шт. Прихватки располагают равномерно по периметру стыка. Длина прихваток 69 - 80 мм, толщина - не менее 4 мм.

13.3.3.4. Предварительный подогрев

Подогрев металла является одной из важнейших технологических операций, позволяющих регулировать термический цикл при сварке. Известно, что структура и свойства сварного соединения в значительной мере определяются скоростью охлаждения металла в интервале температур 800 - 500 °С.

При быстром охлаждении металла шва и зоны термического влияния возникает опасность образования закалочных структур, обладающих высокой прочностью и низкой пластичностью и склонных к образованию холодных трещин. При заданной толщине стенки трубы скорость охлаждения околошовной зоны можно регулировать, изменяя начальную температуру стыка предварительным подогревом. Это особенно важно при сварке корня шва электродами с целлюлозными покрытиями, когда скорость охлаждения максимальна по сравнению со сваркой других слоев шва, уменьшена погонная энергия сварки (скорость сварки целлюлозными электродами вдвое превышает скорость сварки электродами основного типа) и увеличена склонность к образованию холодных трещин вследствие увеличения содержания водорода в металле шва.

Введение подогрева уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны и не только способствует образованию благоприятных структур в околошовной зоне, но и при сварке целлюлозными электродами создает условия для активизации диффузии водорода.

Температуру предварительного подогрева выбирают в зависимости от марки стали (эквивалента углерода С_экв), толщины стенки трубы, температуры окружающего воздуха и применяемых для сварки электродов. Также учитывается время охлаждения стыка от окончания предварительного подогрева до начала сварки. С учетом всех факторов, влияющих на свойства металла в зоне нагрева, рекомендуется принимать её ширину от 100 - 150 до 300 - 400 мм.

При нагреве температуру измеряют на границе заданной зоны нагрева; при охлаждении ее замеряют регулярно с интервалом не более 10 мин на расстоянии 10 - 15 мм от торца трубы. При сварке термоупрочненных труб во избежание увеличения зоны разупрочнения температура нагрева кромок перед сваркой не должна превышать 250 °С. При сварке труб из сталей различных марок или разностенных труб температуру предварительного подогрева устанавливают по ее более высокому значению. При соединении секций или отдельных труб в непрерывную нитку, сварке переходов через естественные и искусственные преграды, сварке захлестов, вварке катушек, крановых узлов, отводов и др. широко применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. Технология ручной дуговой сварки определяется прежде всего материалом свариваемых труб. Сварочные материалы выбирают в зависимости от марки стали трубы и условий эксплуатации трубопровода. При заданных сварочных материалах технология сварки определяется диаметром и толщиной стенки трубы. От толщины стенки трубы зависит число слоев, которые необходимо наложить для заполнения разделки стыка:

Толщина стенки трубы, мм Число слоев шва

4 - 6 2

7 - 11 3

12 - 14 4

15 - 18 5

18 - 22 6

23 - 25 7