Материал: Глава 13

При толщине стенки трубы более 25 мм число слоев увеличивается на один через каждые 2 - 2,5 мм.

В зависимости от типа рекомендуемых электродов существуют три наиболее распространенные схемы сварки стыка:

- электродами с фтористо-кальциевым покрытием;

- электродами газозащитного типа;

- сварка корня шва и «горячего» прохода электродами газозащитного типа, а заполняющих и облицовочного слоев - электродами с фтористо-кальциевым покрытием.

Сварку электродами с фтористо-кальциевым покрытием выполняют снизу вверх с поперечными колебаниями, амплитуда которых зависит от ширины разделки стыка. Каждый сварщик выполняет определенный участок шва, положение которого зависит от числа сварщиков, работающих одновременно на одном стыке. На трубах большого диаметра их может быть четыре. Как правило, два сварщика выполняют сварку снизу от надира и идут вверх по периметру в направлении по циферблату часов 6 - 3 - 12 и 6 - 9 - 12. При этом в потолочной части стыка замок следует смещать на 50 - 60 мм от нижней точки окружности трубы. В двух смежных слоях замки должны отстоять друг от друга не менее чем на 50 мм.

Последовательность наложения слоев при сварке снизу вверх электродами с фтористо-кальциевым покрытием приведена на рис. 13.18, а.

Рис. 13.18. Схема последовательности наложения слоев при сварке: снизу вверх (а) и сверху вниз (б); I и II – порядок наложения участков сварного шва

На рисунке дана схема выполнения сварки лишь двух слоев; все последующие нечетные слои выполняют по схеме первого слоя, все четные слои по схеме второго слоя. В зависимости от пространственного положения электрода рекомендуются значения тока, приведенные в табл. 13.4. Если зазор в стыке превышает установленную величину, то сварку выполняют при минимальной силе тока. Если зазор в стыке оказался меньше заданного, то сварку выполняют при силе тока, соответствующей максимальному значению в рекомендуемом диапазоне или превышающей его на 10 - 20 А, но в этом случае для сварки используют только половину длины электрода.

Таблица 13.4. Зависимость сварочного тока (в А) от пространствен-ного положения электрода фтористо-кальциевого типа

Диаметр электрода, мм	Пространственное положение
	нижнее	вертикальное	полупотолочное и потолочное
3; 3.25	100 - 130	100 - 130	90 - 110
4	170 - 220	160 - 180	150 - 180
5	100 - 130	180 - 200	Сварку не ведут
Примечание. Ток постоянный, полярность обратная.

При использовании электродов газозащитного типа сварку корня шва выполняют сверху вниз без колебательных движений, опираясь концом электрода на кромки свариваемых труб. Сварку выполняют на постоянном токе обратной или прямой полярности при напряжении холостого хода источника питания не менее 75 В. Сила сварочного тока при сварке электродами диаметром 3,25 мм не должна превышать 110 А, а при сварке электродами диаметром 4 мм в нижнем и полувертикальном положениях - 160 А, в остальных положениях - 140 А. Скорость сварки 16—22 м/ч. Изменяя в процессе сварки угол наклона электрода от 40 до 90°, сварщик сохраняет образующееся при сквозном проплавлении кромок технологическое окно, через которое он наблюдает за оплавлением кромок. По окончании сварки корневой слой необходимо немедленно обработать абразивным кругом и в течение 5 мин выполнить сварку горячего прохода.

При сварке целлюлозными электродами стыка двумя сварщиками в направлении по циферблату часов 12→3→6 и 12→9→6 действуют те же правила смещения замков, что и при сварке фтористо-кальциевыми электродами. Схема наложения слоев при сварке сверху вниз приведена на рис. 13.18 б. Наиболее эффективной является комбинированная схема сварки, при которой корень шва и «горячий» проход выполняют сверху вниз, а заполняющие и облицовочный слои - снизу вверх. Эту схему широко использовали при строительстве системы газопроводов поточно-расчлененным методом крупными бригадами сварщиков. При таком методе сварки головная группа сварщиков состоит из двух звеньев, одно из которых выполняет корневой слой шва, а второе - «горячий» проход.

Сварку заполняющих и облицовочного слоев шва выполняют несколько пар сварщиков, которые либо работают только на своем стыке, выполняя его до конца, либо каждый сварщик выполняет на каждом стыке только свой участок данного слоя шва, а после его завершения сразу же переходит на следующий стык.

Температура окружающего воздуха оказывает влияние на скорость охлаждения сварочной ванны и металла зоны термического влияния. С понижением температуры скорость охлаждения увеличивается, что имеет ряд последствий. Прежде всего, с увеличением скорости кристаллизации сварочной ванны, уменьшается её объем. Известно, что снижение температуры от 20 до -50 °С сокращает время пребывания сварочной ванны в жидком состоянии примерно на 10%. Это сказывается на дегазации сварочной ванны и количестве неметаллических включений в швах. При уменьшении объема ванны и сокращении времени ее пребывания в жидком состоянии газы и неметаллические включения не успевают полностью выделиться в шлак, что приводит к увеличению числа пор и шлаковых включений в швах.

Увеличение скорости охлаждения сварного соединения может привести к образованию закалочных структур в зоне термического влияния, резко снижающих пластичность металла и повышающих склонность к хрупкому разрушению. Вероятность хрупкого разрушения увеличивается при снижении температуры окружающего воздуха. В этих условиях любой концентратор на­пряжений (дефект в шве или на линии сплавления, а также в металле трубы) имеет тенденцию к развитию, которое может при­вести к протяженному разрушению трубопровода. В связи с этим при отрицательных температурах и использовании высокопрочных сталей избегают ударных воздействий на трубопровод. Например, запрещены удаление шлака пневмоинструментом, а также действия, приводящие к образованию на теле трубы концентраторов напряжений (клеймение ударным воздействием, зажигание дуги на теле трубы, подрезы и т. д.).

При отрицательных температурах увеличивается вероятность образования в швах горячих трещин, что связано с увеличением скорости упругопластической деформации в температурном интервале хрупкости. Влажность воздуха приводит к увлажнению покрытий электродов и флюсов и тем самым сказывается на увеличении содержания водорода в металле шва, которое при повышенной влажности может достигать критической величины (для образования трещин в сварном шве).

Ветер оказывает весьма неблагоприятное влияние на горение дуги: при ручной дуговой сварке он сдувает защитную газовую фазу дуги, при сварке под флюсом - флюс. Исследования качества сварки показали, что при увеличении скорости ветра от 2,5 до 9 м/с содержание в шве элементов-раскислителей (марганца и кремния) снижалось, а содержание в шве азота повышалось (от 0,016 до 0,035%). Металл шва теряет пластичность, в шве появляются поры.

Сварочно-монтажные работы в зимних условиях следует проводить при температурах не ниже -50 °С. При скорости ветра выше 10 м/с, дожде, снеге, метели сварку необходимо выполнять в укрытии (см. рис. 13.18). При отрицательных температурах предпочтительнее применять такие материалы, которые в сочетании с основным металлом дают сварное соединение с высокими значениями ударной вязкости металла шва. При сварке под флюсом, например, самой высокой ударной вязкостью при отрицательной температуре обладают сварные швы, выполненные под флюсом АН-47 сварочной проволокой Св-08ХМ.

Рис. 13.18. Вид на оборудование для сварочных работ в зимнее время с укрытием для защиты от атмосферных воздействий и обеспечения необходимой температуры метал-ла трубы на свариваемом участке (показана установка «Стык» для автоматической сварки неповоротной трубы)

Чтобы при понижении температуры воздуха скорость охлаждения сварного соединения не изменялась, при ручной дуговой сварке поворотных и неповоротных стыков труб в зимнее время необходим предварительный подогрев. Температура стыка во время его сварки должна быть не ниже требуемой по инструкции значений. По окончании сварки стыка нельзя сбрасывать плеть или нитку трубопровода в снег. Если во время сварки стыка (корня шва) был вынужденный перерыв более 3 мин, а после сварки корня шва - более 5 мин, то до возобновления сварки необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемой температуры предварительного подогрева.

Предварительный подогрев обязателен зимой при правке вмятин на концах труб. В этом случае место правки нагревают до температуры 100 - 150 °С, а правку выполняют безударными разжимными устройствами. При двухсторонней автоматической сварке под флюсом предварительный подогрев не нужен, однако при температуре ниже 5 ^оС необходима просушка стыка путем нагрева его до 20 - 50 ^оС. Имеются определенные особенности сборки стыков трубопроводов при отрицательных температурах. Прежде всего при температуре сварки -40 °С и ниже трубы под сварку следует собирать с максимальным зазором.

Прихватки выполняют обязательно после предварительного подогрева стыка, при этом длина прихваток должна быть не менее 100 мм, а число их на стыке - не менее четырех. Для сталей, которые не требуют подогрева, при сварке прихваток в зимнее время повышают сварочный ток.

Уменьшения скорости охлаждения сварочной ванны можно добиться не только подогревом, но и увеличением погонной энергии сварки — увеличивая сварочный ток или несколько снижая скорость сварки. Иначе говоря, в рекомендованных диапазонах параметров сварки следует брать максимальные значения сварочного тока при минимальных значениях скоростей сварки.

Можно обеспечить положительную температуру металла сварного соединения в процессе сварки всего стыка, увеличивая число одновременно работающих сварщиков. При сварке труб диаметром 1420 мм на одном стыке могут работать до четырех сварщиков. Чтобы замедлить охлаждение стыка после окончания сварки при низких температурах и сильном ветре, стыки закрывают теплоизолирующими поясами. Такие пояса используют также для предотвращения остывания нагретых концов труб перед началом сварки корня шва в том случае, когда нагрев осуществляли перед сборкой или при задержке начала сварки.

Как уже отмечалось, при отрицательных температурах металл заметно реагирует на концентраторы напряжений, которые могут образовываться в сварных стыках. В связи с этим недопустимы такие дефекты сварки, которые могут вызвать концентрацию напряжений: подрезы, непровары, трещины, различного рода риски на поверхности трубы. Поэтому особое внимание обращают на соблюдение рекомендуемых интервалов времени, в течение которых стык остается неподваренным, поскольку в этом случае в стыке существует концентратор напряжений. При двухсторонней автоматической сварке под флюсом интервал этот при температуре воздуха ниже нуля не должен превышать 30 мин, а при сварке по ручной подварке - 40 мин (если подварку выполняют сразу после сварки корня шва), и 1,5 ч, если её выполняют после завершения сварки всех наружных слоев.

Отмечены случаи, когда увеличение этого интервала сверх рекомендованных значений приводило к образованию в сварном шве продольных трещин и даже к полному разрушению всего стыка. По той же причине при отрицательных температурах не рекомендуется оставлять недоваренные стыки на ночь или надолго прерывать сварку. Поэтому при сварке зимой особое внимание следует уделять организации сварочно-монтажных работ. Они должны выполняться, как правило, в укрытиях, защищенных от атмосферных осадков и ветра. При температуре воздуха ниже -30 °С на трубосварочной базе или в расположении сварочной колонны, ведущей сварку на трассе, должен находится утепленный обогреваемый вагончик, где хранится дневной запас сварочных материалов.

Для бесперебойной работы оборудования и всех механизмов используют специальные сорта масла для гидросистем, антифриз для систем охлаждения. Для обеспечения отбора газа из баллонов при использовании пропановых подогревателей и при резке с применением пропана применяют подогреватели баллонов и емкостей газов, а также осушители газа, которые позволяют избежать образования ледяных пробок в шлангах. При подборе источников питания сварочной дуги в зимнее время предусматривают расположение их в утепленных вагончиках или выбирают такие источники питания, которые предназначены для использования при температуре строительства.

На наиболее трудоемких участках строительства трубопроводов сварочно-монтажные работы осуществляются в составе комплексного процесса сборки и сварки поворотных стыков труб в двух- и трехтрубных секциях, и далее сварка неповоротных стыков труб в непрерывную нитку трубопровода. Для сварочно-монтажных работ используются сборочные стенды ССТ141 и полевая установка ПАУ1001В с автоматической сваркой под слоем флюса.

Для сварки отдельных труб в секции на строительстве магистральных трубопроводов используется способ двухсторонней автоматической сварки под слоем флюса на сварочной базе БТС142В, которая состоит из двух технологических линий. Первая линия оснащена двумя станками для обработки торцов под автоматическую сварку и зачистки зоны сварки. На второй линии производятся сборка и сварка труб. Причем процесс сварки второго наружного и внутреннего слоев совмещены, что значительно сокращает общее время сварки стыков.

Применение полуавтоматической оптической дистанционной системы слежения за направлением электрода, а также автоматической системы подачи и уборки флюса исключает тяжелую работу сварщика внутри трубы. Управление процессами перемещения труб и секций, сборки и сварки осуществляется с пультов.

На трассе используют также комплексы «Север-1» для электроконтактной сварки труб. Комплекс состоит из внутритрубной сварочной машины, агрегата для зачистки поясов под контактные башмаки и агрегата для удаления наружного грата. Технологические операции по подготовке труб, сборке, сварке и удалению внутреннего и наружного грата механизированы.

Другим методом автоматической сварки неповоротных стыков труб является сварка порошковой проволокой с принудительным формированием шва на комплексе «Стык», который состоит из самоходных сварочных агрегатов, смонтированных на базе трелевочного трактора ТТ-4, на котором установлены дизельная электростанция с выпрямителями, автономный пост охлаждения, блоки управления сварочными головками (см. рис.13.18). Сварка стыка труб осуществляется двумя сварочными головками, движущимися орбитально снизу вверх. Производительность сварки труб диаметром 1420 мм комплексами «Стык» составляет 3 стыка/ч.

Для ручной дуговой сварки постоянным током неповоротных стыков труб используются самоходные многопостовые источники питания АС81 и УС41, установленные на базе трактора К-701 и Т-130. Контроль качества сварки осуществляется передвижными и полустационарными лабораториями типа РМЛ2В и ЛКС2, а также обеспечивается автоматизацией наиболее трудоемкой операции - панорамного просвечивания сварного стыка, которая легко осуществляется в базовых условиях.

Для контроля сварки трубопровода в нитку используются комплексы контроля типа АКП, имеющие в своем составе сервисную лабораторию и внутритрубное самоходное устройство. Последнее может перемещать источник излучения внутри трубопровода на расстояние до 4 км, обеспечивая при этом остановку в заданной точке трубопровода на уклоне до 20°. Управляется устройство по радиационному каналу связи снаружи трубопровода, что в совокупности с рядом блокировок обеспечивает безопасность обслуживающему персоналу.

13.4. Изоляция трубопровода и электрохимзащита

13.4.1. Изоляция трубопровода

Современное строительство магистральных трубопроводов в основном осуществляется трубами с заводским изоляционным покрытием. Однако в отдалённых районах в случае отсутствия специализированных транспортных средств изоляционное покрытие может исполняться на месте в трассовых условиях. В этих случаях изоляция выполняется отдельно для каждого звена труб или после сварки трубопровода в нитку.

При сооружении трубопровода из труб с заводской изоляцией индустриализация строительства повышается, в результате чего сокращаются затраты на перегрузку и транспортировку изоляционных и сопутствующих материалов, число механизмов и численность работающих.

Для механизированной прокладки участков газопровода из труб с заводской изоляцией используется комплекс машин ИС142 для очистки и изоляции стыков (рис.13.19).

Рис. 13.19. Комплекс ИС142 для очистки и изоляции сварных стыков труб с заводской изоляцией в трассовых условиях

Трубы, поступающие на трассу без изоляции, очищаются и изолируются после сварки в нитку. Для этих целей применяются комбинированные изоляционно-очистные машины ОМ1423П (см. рис. 13.20 – 13.21).

Рис. 13.20. Комплекс работ по очистке и изоляции сваренных труб комбайном ОМ 1423П на трассе	Рис. 13.21. Насадка комбайна ОМ 1423П на трубу (на заднем плане видны трубоукладчики, поддерживающие трубу над дном траншеи)

13.4.2. Электрохимзащита трубопроводов

Защита трубопроводов от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией трубы при помощи установок катодной защиты. В качестве преобразователей для установок катодной защиты использованы станции ПАСК, ТДЕ-9, АРТЗ (мощностью 3 и 5 кВт), которые устанавливаются на металлические рамы или железобетонные фундаменты. На строящихся и эксплуатируемых нитках системы трубопроводов широко применяются комплектно-блочные устройства катодной защиты с питанием от сети низкого (УКЗН) и высокого (УКЗВ) напряжения. Их применение позволяет почти в 2 раза сократить сроки монтажа на трассе, ускорить ввод в эксплуатацию электрохимической защиты и повысить надежность ее функционирования.

В качестве анодных заземлений устанавливались глубинные анодные заземления из стальных труб 219X8 и поверхностные горизонтальные заземления от электродов ЭГТ-2000(2500). Воздушная линия постоянного тока от преобразователей до анодного заземления выполнялась голым сталеалюминевым проводом АС-70, который подвешивается на железобетонных опорах.