МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ТРУБОПРОВОДОВ

СОГЛАСОВАНА: c Госгортехнадзором России, письмо № 10-03/124 от 18 марта 1998 года

УТВЕРЖДЕНА: акционерной компанией «Транснефть» 3 апреля 1998 года

ИНСТРУКЦИЯ
по применению современных сварочных материалов и оборудования при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов

1998

Инструкция по применению современных сварочных материалов и оборудования при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов. - М. АО ВНИИСТ, 1998.

ИНСТРУКЦИЯ РАЗРАБОТАНА специалистами Акционерного Общества «ВНИИИСТ» и Акционерной Компании «Транснефть» и предназначена для использования инженерно-техническими работниками организаций, разрабатывающих проектно-сметную документацию и выполняющих капитальный ремонт нефтепроводов.

РАЗРАБОТЧИКИ:

к.т.н. Головин С.В., к.т.н. Блехерова .Г., Ладыжанский А.П., Данильсон В.А., Прохоров В.В., Захаров И.М. (ИМЦ САНГ), Лобач В.П., Ибрагимов М.Ш. (АК «Транснефть»).

СОДЕРЖАНИЕ

ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ

Срок введения - 01.10.1998 г.

Настоящая Инструкция содержит рекомендации по применению современных сварочных материалов, оборудования и источников сварочного тока. В Инструкции приведены требования по организации работ на рекомендуемом оборудовании при проведении сварочных работ. Кроме того, в Инструкции содержатся требования к источникам сварочного тока для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки, технические характеристики современных источников питания и оборудования.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1.1. Настоящая инструкция предназначена для работников АК "Транснефть" и определяет порядок применения сварочных материалов и оборудования при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов.

1.2. Инструкция распространяется на сварку неповоротных и поворотных стыков труб диаметром 426-1220 мм из малоуглеродистых низколегированных сталей прочностных классов К38-К60 с нормативным временным сопротивлением разрыву металла труб до 588 Н/мм² при выполнении следующих видов работ:

- капитальный ремонт нефтепровода с заменой труб;

- капитальный ремонт с зачисткой поверхности труб, заваркой выявленных дефектов и заменой изоляции;

- врезка катушек при сварке захлестов, удалении вмятин, гофр и других недопустимых дефектов труб;

- ремонт дефектов выявленных в сварных соединениях труб по результатам неразрушающего контроля;

- сварка труб с деталями трубопроводов, крановыми узлами.

1.3. Инструкция регламентирует применение:

- сварочных электродов с различными типами покрытий для ручной дуговой сварки;

- самозащитной порошковой проволоки типа Иннершилд со свободным формированием шва для полуавтоматической сварки неповоротных стыков

- комбинации флюс-проволока - для автоматической сварки под флюсом поворотных стыков труб на установках типа ССТ-ПАУ.

1.4. Положения инструкции определяют особенности, принципы выбора и применения сварочных материалов при различных видах ремонтных работ. Разделы Инструкции включают требования к сварочным материалам для сварки и ремонта стыков нефтепроводов, содержат технические характеристики современных электродов, флюсов, проволок, специально разработанных для сварки трубопроводов, определяют предпочтительность применения различных видов электродных покрытий и конкретных марок электродов, флюсов, проволок для ремонтных работ.

Инструкция определяет только те положения из всего цикла подготовительных и сборочно-сварочных работ, которые непосредственно связаны с применением сварочных материалов.

Настоящая Инструкция не является документом, регламентирующим технологию выполнения каждого из включенных в рассмотрение видов ремонтных работ. Ее главная задача - ориентирование специалистов АК "Транснефть" на использование современных сварочных материалов, технологий и оборудования, наиболее полно отвечающих условиям сварки при реконструкции и ремонте нефтепроводов. Для каждого из объектов капитального ремонта должна быть составлена соответствующая Инструкция и комплект технологических карт по видам сварочных работ, осуществляемых на данном объекте.

2. АТТЕСТАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ).

2.1. Специализированные организации перед началом производства работ по капитальному ремонту данного объекта должны провести аттестацию технологии сварки, рекомендуемой к использованию на данном объекте, включая сварку линейной части, ремонт, специальные сварочные работы.

2.2. Технология сварки должна быть представлена в виде технологической Инструкции и карт по видам работ, в которых должно быть указано:

- наименование объекта;

- процесс сварки;

- характеристика труб (диаметр, толщина стенки, класс прочности, марка, ТУ или ГОСТ на поставку);

- схема сборки стыков и последовательность выполнения слоев;

- применяемые сварочные материалы;

- перечень и содержание операций сборки и сварки, включая используемые оборудование и инструмент;

- контролируемые параметры, методы и приборы для их контроля;

- объем контроля стыков физическими методами.

2.3. Аттестация проводится подразделениями АК "Транснефть", непосредственно занятыми ремонтом данного объекта, при участии представителя технадзора Заказчика и Госгортехнадзора (по согласованию).

2.4. Для аттестации технологии сварки необходимо сварить полноразмерное кольцевое стыковое соединение (приемочный стык) в полном соответствии с технологической документацией в условиях, тождественным трассовым, с использованием выбранных сварочных материалов и оборудования. Аттестацию технологии сварки захлестов и других специальных сварочных работ допускается производить на катушках.

Аттестация технологии выполнения ремонтных работ производится методом имитации ремонта на ранее сваренных стыках.

2.5. В процессе и после сварки стык подвергают пооперационному и визуальному контролю, контролю неразрушающими физическими методами, а также испытанию механических свойств сварного соединения.

2.6. Для оценки механических свойств сварных соединений испытывают образцы на статическое растяжение, статический и ударный изгиб.

2.7. Аттестация должна быть проведена для каждого технологического варианта сварки. Акт аттестации технологии сварки может включать как отдельные так и все процессы сварки, используемые на данном объекте.

2.8. Технологический процесс сварки считается аттестованным, если по данным визуального и радиографического контроля, результатам испытаний механических свойств сварные соединения удовлетворяют требованиям нормативной документации.

2.9. Переаттестация технологии сварки производится в следующих случаях:

- изменилась прочностная группа стали (табл. 1);

- изменилась группа диаметров труб (табл. 2);

- изменился тип покрытия электрода;

- изменился тип флюса (плавленый или агломерированный);

- изменилось оборудование, приводящее к изменению технологии сварки;

- потребовалось проведение послесварочной термообработки.

2.10. По результатам испытания приемочных стыков составляется Акт приемки технологии сварки, который должен содержать: состав комиссии, полный состав бригады, клейма и фамилии сварщиков, выполнивших приемочный стык, номер технологической карты, по которой выполнена сварка, конкретные марки сварочных материалов и режимы сварки, результаты визуального контроля, протоколы неразрушающего контроля. К Акту прилагаются протоколы механических испытаний сварных соединений, копии технологических карт.

Таблица 1

Классификация трубных сталей по прочности

Таблица 2

Группы по диаметрам труб

2.11. Акты аттестации технологии сварки хранятся в подрядной организации и передаются Заказчику вместе с исполнительной документацией.

3. АТТЕСТАЦИЯ СВАРЩИКОВ И СВАРКА ДОПУСКНЫХ СТЫКОВ (ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ).

3.1. Целью аттестационных испытаний является определение способности сварщика выполнить качественное сварное соединение при использовании технологического процесса сварки, прошедшего аттестацию согласно разделу 2 настоящей Инструкции.

3.2. В процессе аттестации каждый сварщик должен сварить допускной стык или половину стыка диаметром 1020-1420 мм. Стык подвергается визуальному осмотру и замеру геометрических параметров соединения в соответствии с Технологическими картами на сварку, радиографическому контролю, механическим испытаниям на угол изгиба.

3.3. Переаттестация сварщика производится в случаях, оговоренных в п. 2.9. и если сварщик имел перерыв в работе более 3 месяцев.

3.4. Сварка допускных стыков производится с использованием катушек, соответствующих типоразмеру свариваемых труб .

3.5. Сварщики, участвовавшие и успешно выполнившие сварку приемочных стыков при аттестации технологии сварки, освобождаются от сварки аналогичных допускных стыков и могут быть аттестованы по результатам, полученным при аттестации технологии сварки.

3.6. Аттестация сварщиков на выполнение работ по заварке дефектов поверхности труб и ремонт дефектов сварных соединений осуществляется на катушках труб, имитирующих соответствующие повреждения поверхности или имеющих имитаторы дефектов в сварных стыках катушек.

3.7. По результатам сварки допускных стыков составляется Акт, который должен содержать списки сварщиков с указанием сварочных процедур (технологий), к выполнению которых данный сварщик допущен. К Акту должны быть приложены протоколы с указанием клейм и фамилий сварщиков, выполнивших сварку допускных стыков; номера технологических карт по которым выполнена сварка; конкретных марок сварочных материалов и режимов сварки, заключений по результатам визуального контроля и радиографии.

3.8. Если по какому-либо показателю допускной стык не удовлетворяет предъявленным к нему требованиям, то сварщик признается не выдержавшим аттестационные испытания.

4. ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА, ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Для сварки кольцевых стыков магистральных нефтепроводов могут быть использованы следующие сварочные материалы:

- электроды с основным и целлюлозным видами покрытия для ручной дуговой сварки;

-флюсы плавленые и агломерированные для автоматической сварки поворотных стыков;

- сварочные проволоки сплошного сечения для автоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов;

- самозащитные порошковые проволоки для полуавтоматической сварки со свободным формированием шва.

- порошковые проволоки для сварки в среде защитных газов.

4.2. Общая характеристика электродных покрытий основного и целлюлозного вида представлена в п.п. 4.2.1. и 4.2.2.

4.2.1. Основу покрытия основного вида составляют карбонат кальция и плавиковый шпат. В состав покрытия входят также минеральные силикаты и несколько раскислителей.

Диссоциация карбонатов основного покрытия обеспечивает газовую защиту расплавленного металла, а основной шлак - десульфурацию и дефосфорацию металла. Физические свойства основного шлака определяют достаточно интенсивное удаление из металла шва неметаллических включений. Радикальное раскисление и модифицирование металла шва осуществляется за счет использования активных раскислителей.

Сравнительно небольшое содержание оксидных включений в металле шва в сочетании с благоприятным составом сульфидной и фосфидной фаз обусловливают высокие вязко-пластические свойства металла шва и его хорошую сопротивляемость образованию горячих трещин.

Возможность осуществления радикальной прокалки электродов с основным видом покрытия предопределило низкий уровень содержания водорода в металле шва и, соответственно, нечувствительность к образованию холодных трещин.

К недостаткам традиционного покрытия основного вида относится чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия, а также при наличии следов влаги и ржавчины на свариваемых кромках.

4.2.2. Основу покрытия целлюлозного вида составляет целлюлоза (30-40 %) и рутил (30-40 %). Среди остальных компонентов - минеральные силикаты и ферромарганец.

Для электродов характерны ярко выраженные газозащитные свойства при высоком содержании водорода в атмосфере дуги, определяющем высокое давление плазменных потоков.

В результате электроды с целлюлозным покрытием характеризуются высокой проплавляющей способностью и повышенной скоростью расплавления (скоростью сварки).

К недостаткам целлюлозного покрытия относится высокое содержание диффузионного водорода в металле шва, что увеличивает опасность возникновения холодных трещин и более низкие, чем при сварке электродами с основным видом покрытия служебные характеристики металла шва, в частности хладностойкость, ударная вязкость, усталостная прочность.

Широкое применение целлюлозных электродов в мировой практике трубопроводного строительства для сварки всех слоев шва, включая корневой, обусловлено их значительными преимуществами, отмеченными выше.

В практике отечественного трубопроводного строительства применение целлюлозных электродов может быть ограничено лишь в тех случаях, когда к служебным характеристикам сварных соединений предъявляются специальные, особо жесткие требования по хладностойкости, сопротивлению воздействию.

4.3. Для сварки трубопроводов должны применяться сварочные материалы, аттестованные для применения в трубопроводном строительстве и отвечающие специальным требованиям к качеству их изготовления, сварочно-технологическим характеристикам и обеспечивающие высокий уровень вязко-пластических свойств сварных соединений.

4.4. Электроды общего назначения, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 9466-75, который не учитывает специфические условия сварки магистральных нефтепроводов, не могут использоваться для этих целей без специальной проверки и аттестации.

4.5. Основными приемо-сдаточными показателями, характеризующими качество изготовления электродов и возможность их использования для сварки газопроводов, являются:

- разнотолщинность покрытия - показатель, ответственный за образование "козырька" в процессе сварки. Для электродов с основным видом покрытия диаметром 3,25 мм разнотолщинность должна быть не выше 0,08 мм; для диаметром 4,0 мм - не выше 0,10 мм. Для электродов с целлюлозным видом покрытия диаметром 4,0 мм максимально допустимая разнотолщинность - 0,08 мм;

- качество поверхности покрытия. Покрытие электродов должно быть однородным, плотным, прочным, без вздутий, наплывов, надрывов и трещин, допускаются поверхностные волосные трещины;

- наличие ионизирующего покрытия на торце электрода, облегчающего зажигание дуги и снижающего опасность образование дефектов в момент зажигания дуги;

- уровень остаточной влажности покрытия непосредственно перед упаковкой должен быть не выше 0,2 % для электродов с основным видом покрытия и в пределах 1,5-4,5 % для электродов с целлюлозным видом покрытия;

- упаковка электродов. Электроды с целлюлозным видом покрытия должны быть упакованы в запаенные металлические банки (пеналы). Для электродов с основным видом покрытия предпочтительной упаковкой также являются металлические банки, однако допускается упаковка в коробки из специального картона, обтянутые термоусадочной пленкой;

- соответствие химического состава и механических свойств требованиям спецификации на электроды или технических условий на данную марку электрода. При этом для электродов с основным видом покрытия суммарное содержание в металле шва вредных примесей - серы и фосфора должно быть не более 0,035 %.

- возможность сварки во всех пространственных положениях при обеспечении качественного выполнения сварного шва.

4.6. Выбор сварочных материалов должен осуществляться в зависимости от:

- вида ремонтных работ (п. 1.2.);

- класса прочности и типоразмера свариваемых труб;

- сварочно-технологических свойств конкретных марок сварочных материалов;

- требований по уровню вязкопластических свойств сварных соединений.

Для ручной дуговой сварки корневого слоя шва стыков труб из сталей групп прочности 1, 2, 3 (табл. 1) и автоматической сварки под флюсом на базе типа ПАУ, должны применяться "мягкие" электроды с основным видом покрытия, соответствующим по классификации ГОСТ 9467-75 типу Э50А (Е7016 по американскому стандарту AWS А 5.5) либо электроды с целлюлозным видом покрытия типа Э42 и Э46 по ГОСТ 9467-75 (Е6010) - табл. 3.

Сварочные материалы для сварки заполняющих слоев должны обеспечивать равнопрочность металла шва с основным металлом свариваемой стали. Для групп прочности 1 и 2 должны применяться электроды типа Э50А или соответствующие комбинации флюс-проволока (табл. 3 и 26); для групп прочности 3 - электроды типа Э60 (ГОСТ 9467-75) в соответствии с табл. 3 либо комбинации флюс-проволока в соответствии с табл. 26.

4.7. В случае сварки стыков труб из сталей различных групп прочности сварочные материалы должны выбираться исходя из следующего:

- при различных значениях толщин стенок стыкуемых труб - по трубе более высокого класса прочности;

- при одинаковых значениях толщин стенок стыкуемых труб по трубе менее высокого класса прочности.

Таблица 3

Сварочные электроды для сварки поворотных и неповоротных стыков труб магистральных нефтепроводов

4.8. Приоритетным требованием к сварочным материалам для сварки корневого слоя шва является обеспечение высоких сварочно-технологических характеристик и линейной скорости сварки.

Необходимым условием их использования является, кроме того, соблюдение требований по химическому составу и механическим свойствам металла корневого слоя.

4.9. Основными сварочно-технологическими характеристиками, определяющими пригодность сварочных материалов к сварке корневого слоя шва являются:

- стабильное горение дуги в зазоре;

- способность обеспечивать полное проплавление свариваемых кромок и формирование обратного валика при сварке во всех пространственных положениях;

- отсутствие склонности к образованию несплавлений, подрезов, провисов и пор, в том числе и стартовой пористости;

- благоприятная форма корневого шва, создающая хорошую "подложку" для сварки последующих слоев.

4.10. Для сварки корневого слоя шва могут применяться электроды с целлюлозным и основным видами покрытия, специально разработанные для сварки трубопроводов и отвечающие требованиям п.п. 4.5, 4.8, 4.9.

4.11. К преимуществам, применения целлюлозных электродов для сварки корневого слоя шва при капремонте МН относятся:

- высокая линейная скорость сварки при возможности осуществления процесса способом сверху-вниз;

- высокое проплавляющее действие дуги и, как результат, полное проплавление свариваемых кромок с образованием обратного валика;

- сравнительная простота техники сварки;

- отсутствие необходимости сушки электродов перед использованием.

4.12. К факторам, осложняющим применение целлюлозных электродов для сварки корневого слоя шва относятся:

- необходимость при любой, в том числе положительной температуре воздуха, осуществлять предварительный подогрев свариваемых кромок (см. раздел 6.1.);

- необходимость тщательной шлифовки корневого слоя шва перед выполнением второго слоя - "горячего прохода";

- выполнение следующего слоя ("горячего прохода") непосредственно после окончания сварки корневого слоя шва;

- повышенное разбрызгивание при сварке;

- потребность в источники тока, обеспечивающие специальные характеристики дуги.

4.13. К преимуществам электродов с основным видом покрытия, специально разработанных для сварки корневого слоя шва, относятся:

- мягкость горения дуги, формирование мелкочешуйчатого шва благоприятной формы;

- высокие вязкопластические свойства металла шва.

4.14. Основными недостатками электродов с основным видом покрытия при сварке корневого слоя шва следует считать:

- низкую линейную скорость сварки при ведении процесса методом на подъем;

- сложность достижения гарантированного проплавления кромок во всех пространственных положениях и высокая вероятность образования провисов, подрезов и несплавлений преимущественно в потолочном части стыка. Последнее обстоятельство влечет за собой необходимость подварки изнутри отдельных участков шва по периметру трубы (для труб большого диаметра);

- повышенная склонность к образованию пор при увлажнении покрытия или свариваемых кромок.

4.15. Перечень аттестованных и рекомендованных к применению марок электродов с основным и целлюлозным видами покрытия представлен в табл. 4 и 5.

4.16. Перечень комбинаций "флюс-проволока" для сварки под флюсом поворотных стыков труб различных прочностных классов, особенности выбора и применения, технические характеристики и параметры процесса сварки приведены в разделе 8 настоящей Инструкции.

4.17. Характеристика, особенности процесса сварки самозащитной порошковой проволокой типа Иннершилд неповоротных стыков труб, преимущества и недостатки данного способа в сравнении с ручной дуговой сваркой, а также технологические параметры процесса сварки приведены в разделе 7 настоящей Инструкции.

Таблица 4

Электроды с покрытием основного вида для сварки и ремонта неповоротных стыков нефтепроводов

Таблица 5

Электроды с покрытием целлюлозного вида для сварки стыков нефтепроводов

Примечание: (*) - для данных марок электродов требуется переаттестация в установленном порядке.

(**) - для данной марки электродов требуется согласование технических условий на производство с последующей аттестацией в установленном порядке.

5. ХРАНЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ К СВАРКЕ.

5.1. Все сварочные материалы по мере их поступления должны проходить входной контроль, включающий:

- проверку наличия сертификатов качества фирмы (завода- изготовителя);

- проверку сохранности упаковки электродов, флюсов и проволок;

- проверку соответствия электродов требованиям спецификаций на электроды (технических условий);

- проверку сварочно-технологических свойств электродов.

5.2. Сварочные материалы в соответствии с требованиями изготовителя следует хранить в условиях, предупреждающих их увлажнение и гарантирующих сохранность и герметичность упаковки;

5.3. Электроды, порошковая проволока, сварочная проволока сплошного сечения, флюсы в герметичной упаковке при централизованном складировании в специально оборудованном помещении могут храниться без дополнительной проверки в течение одного года.

5.4. Если упаковка электродов негерметична или повреждена, то электроды должны подвергаться дополнительной проверке их свойств и использоваться в первую очередь. Дальнейшему длительному хранению такие электроды не подлежат.

5.5. Сварочные электроды с покрытием основного вида, упакованные в картонные коробки, обтянутые термоусадочной пленкой должны быть прокалены перед сваркой при температуре 300-350°С в течение 1,0-1,5 час. с последующим размещением в термостатах. В случае, если по какой-либо причине прокаленные электроды находились в негерметичной емкости в течение более 8 час. требуется их повторная прокалка. Допускается повторная прокалка до 5 раз при общем времени прокалки не более 10 час.

Сварочные электроды с покрытием основного вида, упакованные в герметичные металлические банки, не следует прокаливать перед сваркой. Однако, в случае, если электроды из открытой металлической банки не были использованы в течение рабочей смены (~ 8 час.), они должны быть прокалены.

5.6. Сварочные электроды с целлюлозным покрытием зарубежного производства поставляются в металлических герметичных банках-пеналах и не требуют предварительной сушки перед использованием. Открытые упаковки с электродами необходимо тщательно закрывать во время перерывов в сварке. При этом условии электроды пригодны к сварке в течение 24 час. (при температуре воздуха ~ +20°С). Если целлюлозные электроды по какой-либо причине не были использованы в течение этого промежутка времени, то они не подлежат дальнейшему использованию.

Исключение составляют целлюлозные электроды фирмы "Линкольн Электрик". В случае длительного хранения на открытом воздухе и чрезмерного увлажнения, разрешается их сушка перед использованием при температуре 80-90°С в течение 10-20 мин.

5.7. Сварочную проволоку следует хранить в сухих складских помещениях в упаковке завода-изготовителя. Каждая партия проволоки должна иметь сертификат с указанием завода-изготовителя, ее марки, диаметра, номера плавки и химического состава. К каждому мотку (бухте) проволоки должна быть прикреплена бирка с указанием завода-изготовителя, номера ее плавки, марки и диаметра проволоки по ГОСТ 2246-70. Проволока, поставляемая по импорту, должна быть в мотках с рядной намоткой прямоугольного сечения массой не более 30 кг, размещенных в двойной упаковке "полиэтилен + картонная коробка".

5.8. Сварочная проволока должна выдаваться для использования в количестве, необходимом для односменной работы трубосварочной базы. Поверхность сварочной проволоки должна быть свободной от ржавчины, окалины, следов смазки и загрязнений. При их наличии проволоку следует очистить на станке типа МОН-52 с последующей рядной намоткой проволоки на съемные катушки сварочной головки. При очистке и перемотке проволоки не следует допускать ее резких перегибов. Масса катушки с проволокой не должна превышать 30 кг.

5.9. В случае поставки проволоки заводом-изготовителем в мотках (бухтах) без рядной намотки и/или массой более 30 кг следует осуществить ее перемотку в мотки с рядной намоткой массой не более 30 кг.

5.10. Плавленый сварочный флюс следует хранить в сухих складских помещениях в герметичной упаковке завода-изготовителя (мешках из многослойной крафт-бумаги или металлических емкостях-контейнерах). На упаковке должны быть указаны завод-изготовитель, марка флюса, номер ГОСТа или технических условий, масса, номер партии. Каждая партия флюса должна иметь сертификат с указанием завода-изготовителя, марки флюса, номера партии и приемо-сдаточных характеристик (состав флюса, насыпная плотность, размер зерен)

5.11. Зарубежные агломерированные флюсы обычно поставляются упакованными по согласованию с потребителем в многослойные мешки из крафт-бумаги или в двойные мешки из полиэтилена и крафт-бумаги. На упаковке указаны фирма-изготовитель, марка флюса, номер партии, его классификация по международным стандартам и установленные фирмой-изготовителем основные приемо-сдаточные характеристики. Масса мешка с флюсом не должна превышать 25 кг. К каждой партии флюса прилагается сертификат контроля качества (Inspection Certificate) или сертификат соответствия (Certificate of Conformance) В сертификате контроля качества указаны наименования фирмы-изготовителя и потребителя, марка и количество флюса, номер партии и приемо-сдаточные характеристики флюса. В сертификате соответствия указаны наименование фирмы-изготовителя, марка флюса и результаты аттестации флюса в комбинации с проволокой согласно требованиям стандарта AWS A5.23 (химический состав проволоки и наплавленного металла, параметры режима сварки, механические характеристики металла шва). Условия хранения флюсов должны соответствовать п. 5.10 настоящей Инструкции.

5.12. В случае повреждения упаковки флюса его следует поместить для хранения в герметичную емкость, на которой необходимо указать марку флюса, номер партии и сертификата, завод (фирму) - изготовитель.

5.13. Запрещается смешивать флюсы разных марок, партий поставки и заводов-изготовителей.

5.14. Флюс выдается для применения в количестве, необходимом для односменной работы трубосварочной базы. Непосредственно перед использованием плавленые флюсы (АН-348А, АНЦ-1 и АН-47) должны быть прокалены при температуре 300-350°С в течение 1,5 часов, агломерированный флюс - при температуре 300°С в течение 2 часов. Высота слоя флюса при прокалке - не более 6 см. Для выполнения прокалки запрещается использование самодельных сушильно-прокалочных устройств.

5.15. Самозащитная порошковая проволока типа Иннершилд для полуавтоматической сварки поставляется на кассетах с рядной намоткой весом 6,35 кг. В упаковке из толстого полиэтиленового мешка размещается четыре кассеты. Полиэтиленовый мешок с кассетами помещается в герметичные пластмассовые ведра. Внутри ведра имеются пакеты с влагопоглощающим компонентом. Общий вес упаковки 25,4 кг. Проволока не требует предварительной сушки-прокалки перед использованием.

5.16. Поверхность проволоки не должна иметь вмятин, надрывов и следов коррозии. Порошок-наполнитель не должен высыпаться при обломе проволоки.

Проволока должна легко обламываться руками, при этом ее конец (место излома) быть готовым к сварке без последующей правки.

6. ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ИМПОРТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ.

6.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДОГРЕВ И СБОРКА СТЫКОВ.

6.1.1. Режим предварительного подогрева определяется:

- видом покрытия электрода, предназначенного для сварки;

- эквивалентом углерода и толщиной стенки свариваемой стали;

- температурой окружающего воздуха.

6.1.2. Режимы предварительного подогрева стыков труб нефтяного сортамента, изготовленных из сталей прочностного класса К52-К60 марок 13Г1С-У, 13ГС-У, 17Г1С, 17Г1С-У, 12ГСБ, 12Г2СБ с эквивалентом углерода 0,42-0,46 %, при сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия должны соответствовать данным табл. 6.

Таблица 6

Температура предварительного подогрева кромок перед прихваткой и сваркой корневого слоя шва электродами с покрытием основного вида (С)_экв = 0,42 - 0,46 %

* При эквиваленте углерода свариваемых труб (С)_экв = 0,38 % и менее подогрев свариваемых кромок до 100°С необходим для толщин стенок 14,1-16,0 мм при температуре воздуха ниже минус 30°С.

6.1.3. При сварке электродами с целлюлозным видом покрытия труб прочностого класса К52-К60 из стали марок, поименованных в п. 6.1.2. и имеющих эквивалент углерода стали 0,42-0,46 %, свариваемые кромки должны быть подогреты непосредственно перед сваркой независимо от температуры окружающего воздуха до температуры 100°С при толщине стенки трубы 8,0-12,0 мм и до температуры 150°С при толщине стенок 12,5-16,0 мм.

При эквиваленте углерода свариваемых труб (С)_экв = 0,38 % подогрев должен осуществляться до температуры 100°С независимо от температуры окружающего воздуха при толщине стенки трубы 10 мм и более.

6.1.4. При отсутствии необходимости предварительного подогрева должна осуществляться просушка концов труб до температуры 50°С в случае наличия влаги на кромках труб и при температуре воздуха +5°С и ниже.

6.1.5. Ширина зоны контролируемого подогрева непосредственна перед прихваткой и сваркой - не менее 150 мм (75 мм в каждую сторону от стыка).

6.1.6. Стыки труб должны собираться с зазором, величина которого зависит от вида покрытия электрода, применяемого для сварки корневого слоя шва:

- при сварке электродами с целлюлозным видом покрытия 1,5 - 2,0 мм;

- при сварке электродами с основным видом покрытия 2,5 - 3,5 мм.

6.1.7. Прихватки выполняются тем же электродом, что и сварка корневого слоя шва. При использовании электродов с целлюлозным покрытием и сборке на внутреннем центраторе не рекомендуется выполнять отдельные прихватки.

6.1.8. В случае применения прихваток, начало и конец каждой из них должны быть тщательно зачищены шлифовальным кругом.

6.1.9. В связи с тем, что способ сварки порошковой проволокой типа Иннершилд, а также механизированная сварка под флюсом поворотных стыков труб предусматривают использование электродов с целлюлозным или основным видом покрытия для сварки корневого слоя шва температура предварительного подогрева для этих способов сварки выбирается в соответствии с п.п. 6.1.2. и 6.1.3. настоящей Инструкции.

6.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ С ОСНОВНЫМ И ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ ВИДОМ ПОКРЫТИЯ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ.

6.2.1. Любые сварочные работы при капитальном ремонте МН следует выполнять только с применением электродов, марки которых регламентированы настоящей Инструкцией.

6.2.2. Запрещается осуществлять сварку с применением любых присадок, непосредственно подаваемых в дугу или предварительно заложенных в разделку.

6.2.3. Запрещается зажигать дугу на поверхности трубы, дуга должна зажигаться только в разделке кромок.

6.2.4. Сварка первого (корневого) слоя шва электродами с основным видом покрытия осуществляется на постоянном токе прямой или обратной полярности при минимально возможной длине дуги.

Рекомендуется применение тока прямой полярности, что позволяет увеличить проплавляющее действие дуги, обеспечить более полное проплавление свариваемых кромок по сравнению с током обратной полярности. Величина и форма образующегося обратного валика зависит от сварочно-технологических свойств конкретной марки электрода и техники сварки. Сварка осуществляется способом на подъем с незначительными поперечными колебаниями электрода при его наклоне практически перпендикулярно к поверхности трубы в месте сварки.

При соблюдении рекомендуемых условий сборки в отношении величины зазора по периметру стыка и величины притупления процесс сварки на токе обратной полярности обеспечивает качественное выполнение корневого слоя шва, однако проплавляющее действие дуги ниже, чем при сварке током прямой полярности.

Величину проплавления при сварке на обратной полярности можно увеличить с помощью изменения угла наклона электрода (ближе к перпендикулярному к поверхности трубы), увеличения тока на 10-20 А, уменьшения величины поперечных колебаний и длины дуги.

6.2.5. Сварка первого (корневого) слоя шва должна осуществляться электродами диаметром 2,5 или 3,2 мм. Для тонкостенных труб с толщиной стенки до 7 мм следует использовать только электроды диаметром 2,5 мм.

6.2.6. Рекомендуемые значения сварочного тока для электродов с основным видом покрытия, предназначенных для сварки корневого слоя шва (сварка на постоянном токе обратной полярности) приведены в табл. 7.

Таблица 7

Величина тока при сварке корневого слоя шва электродами с основным видом покрытия

6.2.7. Сварка корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия осуществляется методом сверху-вниз на постоянном токе обратной или прямой полярности от источников питания, имеющих специальные характеристики (см. раздел 9).

Применение тока прямой полярности предпочтительнее, т.к. позволяет увеличить проплавляющее действие дуги, уменьшить вероятность образования подрезов и исключить образование вытянутой полой поры в обратном валике.

6.2.8. Для труб диаметром 530 мм и выше с толщиной стенки свыше 7 мм при сварке корневого слоя шва целлюлозными электродами следует использовать электрод диаметром 4,0 мм.

6.2.9. Сварка "горячего прохода" выполняется только на токе обратной полярности (= +).

6.2.10. Величина тока при сварке зависит от конкретной марки и диаметра электрода, толщины стенки свариваемой трубы, пространственного положения при сварке и навыков сварщика.

Рекомендуемые значения сварочного тока для сварки корневого слоя шва и горячего прохода электродами с целлюлозным видом покрытия диаметром 4,0 мм представлены в таблице 8.

6.2.11. Сварка корневого слоя шва электродами с целлюлозным покрытием должна осуществляться способом сверху вниз, без колебательных движений при опирании втулочки электрода на свариваемые кромки. При этом в свариваемых кромках образуется отверстие (технологическое окно) размером, соответствующим диаметру электродного стержня.

Таблица 8

Режимы при сварке электродами целлюлозного вида

= - (+) - постоянный ток прямой (обратной) полярности

6.2.12. Скорость сварки должна быть максимально возможной (14 - 18 м/час) позволяющей избежать прожогов и формировать валик шва над технологическим окном.

6.2.13. При правильном осуществлении процесса, сварочная дуга проникает сквозь зазор между свариваемыми кромками так, что газовый поток дуги и брызги шлака направлены внутрь трубы и видны с наружной поверхности, при этом обеспечивается сквозное проплавление свариваемых кромок.

6.2.14. Угол наклона электрода при сварке должен быть близок к перпендикуляру к поверхности трубы в месте сварки (угол наклона 10 град, рис. 1). При этом наклоне электрода образуется технологическое окно круглой формы над которым легко формируется валик шва. При большем угле наклона (свыше 10 градусов) образуется отверстие овальной формы большего размера, что приводит к нарушению процесса образования валика стабильного размера.

6.2.15. Для сварки корневого слоя целлюлозными электродами характерно образование зашлакованных подрезов по обеим сторонам шва. Валик шва с наружной стороны имеет значительное усиление по центру.

Рис. 1. Угол наклона электрода при сварке электродами с целлюлозным видом покрытия:

а - корневой слой;

б - горячий проход

Для обеспечения качества сварного шва после завершения сварки корневого слоя требуется шлифовка, раскрывающая зашлакованные подрезы (карманы) и снимающая чрезмерное усиление валика шва

6.2.16. Сварка "горячего прохода" должна осуществляться не позднее пяти минут после окончания сварки корневого слоя шва.

Это связано с тем, что для сварных швов, выполненных электродами с целлюлозным видом покрытия характерно высокое содержание диффузионно-подвижного водорода , увеличивающего опасность образования холодных трещин в металле шва и зоне термического влияния (ЗТВ). В связи с высокой скоростью диффузии водорода в различные потенциально опасные для зарождения трещины участки ЗТВ, диффузионно-подвижный водород должен быть незамедлительно удален из металла корневого слоя шва.

Этой цели служит "горячий проход", который должен выполняться непосредственно после окончания сварки корневого слоя шва.

Таким образом основной целью "горячего прохода" является:

- удалить диффузионно-подвижный водород из металла предыдущего слоя;

- выплавить шлак из карманов, раскрытых после шлифовки корневого слоя шва.

6.2.17. Особенность техники сварки "горячего прохода" состоит в следующем:

- сварка должна выполняться на максимально допустимом для конкретной марки электродов сварочном токе;

- электрод не должен опираться на свариваемые кромки, а должен быть оторван от сварочной ванны на короткое время, а затем погружен в ванну снова в месте нижней границы кратера;

- в течение манипуляции, описанной выше, электроду придается вращательное движение, при переменной длине дуги, позволяющее выплавить шлак из зоны сварки;

- угол наклона электрода зависит от пространственного положения сварки и составляет в вертикальном положении (3 час) 70-80 градусов, в горизонтальном 30-40 градусов и в потолочном 10 градусов (рис. 1).

При правильной технике сварки " горячего прохода" сварщик легко выплавляет шлак из "раскрытых" при шлифовке корневого слоя зашлакованных подрезов (карманов) и обеспечивает плоскую ровную поверхность шва для последующей сварки.

6.2.18. Основные дефекты, возникающие при сварке корневого слоя шва электродами с целлюлозным и основным видами покрытий и при сварке "горячего прохода" электродами с целлюлозным покрытием приведены в табл. 9.

Таблица 9

Дефекты и причины их возникновения при сварке корневого слоя шва и "горячего прохода"

6.3. СВАРОЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЛЕКТРОДОВ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОДАМИ С ОСНОВНЫМ И ЦЕЛЛЮЛОЗНЫМ ВИДАМИ ПОКРЫТИЙ.

6.3.1. Сварочно-технологические свойства различных марок электродов с основным видом покрытия типа Э50А (Е7016), рекомендованные для сварки корневого слоя шва, представлены в табл. 10.

Оценка осуществлена по результатам аттестационных испытаний электродов, а также обобщения опыта их применения при сварке неповоротных стыков, трубопроводов различных диаметров, толщин стенок и условий сборки. Наивысший балл - 5.

Приведенные данные носят справочный характер.

6.3.2. Сварочно-технологические свойства электродов с целлюлозным видом покрытия типа Э42 и Э46 (Е6010), рекомендованных для сварки корневого слоя шва представлены в табл. 11.

6.3.3. Химический состав и механические свойства электродов с основным и целлюлозным видами покрытий, предназначенные для сварки корневого слоя шва представлены в табл. 12 и 13.

6.3.4. Приведенные в табл. 10-13 данные свидетельствуют о том, что электроды с наиболее высоким баллом по сварочно-технологическим свойствам имеют при этом довольно низкий уровень вязкопластических свойств металла шва.

В свою очередь высокие значения ударной вязкости металла шва, характерные для некоторых марок электродов, не сочетаются с такими же показателями по сварочно-технологическим свойствам. Таким образом, выбор электродов должен осуществляться исходя из конкретных задач и условий ремонта - вида прокладки нефтепровода, климатических условий проведения ремонтных работ, наличия или отсутствия специальных требований к сварным соединениям нефтепровода по уровню вязкопластических свойств (например, ударной вязкости) и т.д.

6.3.5. Электроды, предназначенные для сварки заполняющих и облицовочного слоев, также должны отвечать специальным требованиям по сварочно-технологическим показателям, механическим свойствам и производительности наплавки.

Среди сварочно-технологических характеристик основными следует считать:

- проплавляющее действие дуги и способность выплавлять дефекты предыдущего слоя;

- производительность наплавки;

- отделимость шлака;

- технологичность электрода при сварке облицовочного слоя;

- коэффициент разбрызгивания.

Основным требованием по механическим свойствам является обеспечение равнопрочности металла шва с основным металлом. Это означает, что фактический предел прочности металла шва должен быть не ниже нормативного временного значения прочности свариваемой трубной стали, обозначенного в соответствующих технических условиях на трубы или детали трубопроводов.

Дополнительным требованием является обеспечение требуемого уровня вязкопластических свойств, если к сварным соединениям конкретного нефтепровода таковые предъявляются.

Таблица 10

Сварочно-технологические свойства электродов с основным видом покрытия диаметром 3,2 мм для сварки корневого слоя шва

Таблица 11

Сварочно-технологические свойства электродов с осцеллюлозным покрытием диаметром 4,0 мм для сварки корневого слоя шва

Таблица 12

Химический состав и механические свойства электродов с покрытием основного вида для сварки корневого, заполняющих и облицовочного слоев стыков труб из сталей 1-2 групп прочности

*- сварка только заполняющих слоев

Таблица 13

Химический состав и механические свойства металла, наплавленного электродами с покрытием целлюлозного вида для сварки корневого слоя шва и «горячего прохода»

6.3.6. В табл. 14 приведены химический состав и механические свойства электродов, предназначенных для сварки заполняющих и облицовочного слоев стыков труб из сталей повышенной прочности, а в табл. 15 производительность наплавки электродов для сварки заполняющих слоев стыков труб из сталей прочностных групп (1-3).

6.3.7. Сварка заполняющих слоев шва электродами с основным видом покрытия осуществляется на токе обратной полярности при величине тока 140-170 А.

6.3.8. Сварку заполняющих слоев следует осуществлять без перерывов. При этом необходимо контролировать межслойную температуру, которая должна находиться в пределах 20-120°С.

6.3.9. Послойную зачистку слоев следует осуществлять с помощью шлифмашинок с круглыми металлическими щетками.

6.3.10. Облицовочный слой должен иметь усиление величиной 1-3 мм. Ширина облицовочного слоя определяется шириной раскрытия кромок плюс 1,0-1,5 мм перекрытия основного металла с каждой стороны.

Таблица 14

Химический состав и механические свойства электродов с покрытием основного вида для сварки заполняющих и облицовочного слоев стыков труб из сталей повышенной прочности (3-я группы)

Таблица 15

Производительность наплавки электродов для сварки заполняющих слоев стыков труб 1-3 прочностных групп (для электродов диаметром 4,0 мм).

6.4. ПРИМЕНЕНИЕ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ СВАРОЧНЫХ РАБОТ.

6.4.1. При необходимости вварки катушки в случае выборочного ремонта трубы или выполнения захлесточного соединения особое внимание уделяется сборке сварных соединений и сварке корневого слоя шва.

6.4.2. Выбор сварочных материалов должен осуществляться исходя из следующих условий:

- диаметра и толщины стенки стыкуемых труб;

- параметров сборки - величины зазора и смещений по периметру трубы в результате необходимости подгонки "по месту" и в условиях отсутствия возможности использования внутреннего центратора;

- возможности соблюдения требований по предварительному подогреву.

6.4.3. При вварке катушек или выполнении захлесточных соединений на трубах малого диаметра (до 530 мм) с толщиной стенки до 7-8 мм, сварку корневого слоя шва следует производить электродом с целлюлозным видом покрытия диаметром. 3,25 мм способом снизу-вверх одновременно двумя сварщиками. В этом случае удается обеспечить проплавление свариваемых кромок и сформировать качественный корневой слой в условиях переменных величин зазора, притупления и возможных смещений кромок. Допускается применение электродов с основным видом покрытия в соответствии с п. 6.4.6.

6.4.4. Предпочтительными марками электродов в этом случае является Фоке Цель, Флитвелд 5П+, Тиссен Цель 70.

Условия сборки стыков, предварительный подогрев, особенности техники и режимы сварки приведены в разделах 6.1. и 6.2. настоящей Инструкции.

6.4.5. "Горячий проход" и последующие слои в случае сварки труб малого диаметра и толщины стенки следует выполнять электродами с основным видом покрытия непосредственно после выполнения и тщательной зачистки корневого слоя шва.

Рекомендуемые марки электродов: Линкольн 16П, Феникс К50Р Мод диам. 3,25 мм.

6.4.6. Если условия выполнения захлеста позволяют осуществить сборку на уровне требований, характерных для обычных "линейных" стыков, тогда для сварки корневого слоя шва могут использоваться электроды с основным видом покрытия. Наиболее предпочтительной является марка ЛБ-52У. Возможно использование электродов Линкольн 16П, Феникс К50Р Мод, ОК 53.70 (марки указаны в порядке уменьшения предпочтительности).

6.4.7. Сварку корневого слоя шва захлесточного соединения или вварку катушки на трубах диам. свыше 530 мм следует производить электродами с основным или целлюлозным видами покрытия. Выбор типа покрытия следует осуществлять в зависимости от конкретных условий сборки стыка, условий монтажа участка трубопровода, технологической дисциплины бригады (четкое соблюдение рекомендаций по предварительному подогреву), квалификации бригадира и сварщиков.

6.4.8. Сварку корневого слоя шва в соответствии с п. 6.4.7. в случае использования электродов с основным видом покрытия следует осуществлять марками электродов, указанных в п. 6.4.6.

6.4.9. Сварку целлюлозными электродами в соответствии с п. 6.4.7. следует осуществлять способом снизу-вверх одновременно двумя или (по возможности) четырьмя сварщиками. Сварку "горячего прохода" также следует производить электродами с целлюлозным видом покрытия способом сверху-вниз двумя или четырьмя сварщиками непосредственно после выполнения и зачистки корневого слоя шва.

Выбор марок электродов осуществляется в соответствии с рекомендациями п. 6.4.4.

6.4.10. Сварка последующих слоев должна выполняться электродами с основным покрытием марок, рекомендуемых п. 6.4.6. для стыков труб 1, 2 групп прочности или марками Кессель 5520 Мо, ОК 74.70, Линкольн 18П для стыков труб из сталей 3-ей группы прочности.

6.4.11. Для сварки заполняющих и облицовочного слоев шва при выполнении захлесточных соединений и вварке катушек рекомендуется применение способа сварки самозащитной порошковой проволокой типа Иннершилд (см. раздел 7 настоящей Инструкции).

6.4.12. Выбор сварочных электродов для выполнения таких специальные видов работ как, например, приварка запорной арматуры должен осуществляться после изучения технической документации на арматуру в отношении класса прочности трубы и привариваеых концов, их химического состава, наличия специальных требований к сварному соединению (ударная вязкость металла шва при отрицательных температурах, твердость шва и ЗТВ и т.д.).

Выбор марки электрода с основным видом покрытия и процедуры выполнения работ должны осуществляться для каждого конкретного случая и предусматривать применение как электродов в соответствии с п.п. 6.4.6 и табл. 4 (п.п. 6-9 и 12-16) так и использование специальных марок электродов, например содержащих в своем составе никель.

6.5. ПРИМЕНЕНИЕ СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ ЗАВАРКЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ МЕТАЛЛА ТРУБ, ОБНАРУЖЕННЫХ В ХОДЕ КАПРЕМОНТА НЕФТЕПРОВОДА С ЗАМЕНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.

6.5.1. Ручную дуговую сварку электродами с основным видом покрытия следует использовать для заварки дефектов тела трубы, размеры которых приведены в табл. 16.

6.5.2. Ремонту с помощью ручной дуговой сварки штучными электродами следует подвергать трубы, имеющие отдельно расположенные единичные дефекты. При этом единичными дефектами следует считать дефекты, расстояние между которыми составляет:

- не менее 300 мм при максимальном размере дефекта менее или равном 35 мм;

- не менее 500 мм при максимальном размере дефекта от 35 до 60 мм.

При этом количество дефектов на один погонный метр трубы не должно превышать двух;

Таблица 16

Допустимые размеры дефектов, подлежащих ремонту с помощью ручной дуговой сварки

6.5.3. Ремонту сваркой не подлежат:

- дефекты, размеры которых превышают значения, указанные в табл. 16;

- коррозионные каверны, раковины, расположенные на деталях трубопроводов и запорной арматуре;

- дефекты, расположенные на расстоянии менее 300 мм от сварных швов (продольных, кольцевых);

- дефекты, имеющие трещины или визуально определяемое расслоение металла.

6.5.4. Перед сваркой дефектное место должно быть обработано механическим способом (фрезой или шлифмашинкой) в соответствии с рис. 2 с целью:

- получения формы кратера, обеспечивающего равномерное и качественное наложение валиков;

- полного удаления продуктов коррозии и возможных поверхностных микротрещин.

Прилегающие к кратеру участки должны быть зачищены до металлического блеска на ширину не менее 15 мм. Предварительно с поверхности трубы должны быть удалены остатки изоляции, грязь, масло.

6.5.5. Необходимость и параметры подогрева металла трубы перед сваркой устанавливаются согласно табл. 17.

Рис. 2. Дефектные участки на трубах (а) и механическая обработка каверн (б).

Таблица 17

Предварительный подогрев металла

6.5.6. Процедура выполнения сварочных работ при заварке дефекта тела трубы должна осуществляться в следующей последовательности:

- выполнение первого наплавочного слоя;

- выполнение заполняющих слоев (их число определяется глубиной дефектного участка - каверны);

- выполнение контурного шва;

- выполнение облицовочного слоя шва.

6.5.7. Количество наплавляемых слоев без учета контурного шва должно быть не менее двух (при глубине подготовленного к ремонту участка (каверны) не менее 5 мм).

6.5.8. Сварочные электроды, применяемые для выполнения ремонта дефектов тела трубы, по своим сварочно-технологическим свойствам должны отвечать следующим требованиям:

- обеспечивать минимальное проплавление и, соответственно, разбавление шва основным металлом;

- осуществлять стабильный процесс сварки на низких диапазонах тока, характерного для данного диаметра электрода;

- обеспечивать мягкое горение дуги при минимальном разбрызгивании;

- формировать сварочные швы (валики), отличающиеся гладкой, плотной, мелкочешуйчатой и ровной поверхностью.

6.5.9. Рекомендуемые марки электродов, в наибольшей степени отвечающие представленным выше требованиям: ЛБ-52У, Фирма 5520 Р Мод, Линкольн 16П, ОК 53.70 (в порядке убывающей предпочтительности).

6.5.10. Первый наплавочный и контурные швы должны выполняться электродами диам. 2,5 мм, заполняющие (облицовочный) швы - диаметром 2,5-3,25 мм (в зависимости от размера дефектного участка).

6.5.11. Сварка электродами диаметром 2,5 мм должна выполняться на токе 60-80А, электродами диаметром 3,25 мм на токе 80-110 А.

6.5.12. Сварку следует осуществлять валиками шириной не более 15 мм с взаимным перекрытием 2-3 мм. Контурный шов должен выполняться с колебаниями перпендикулярно к граничной линии (рис. 3). Ширина контурного шва L = 6-12 мм.

Рис. 3. Схема выполнения швов при заварке дефектного участка.

6.5.13. Начало и концы швов должны зачищаться шлифовальным кругом. Кратеры шва должны быть тщательно заплавлены.

6.5.14. Контурный шов должен иметь плавный переход к основному металлу при полном отсутствии подрезов.

6.5.15. После завершения сварки дефектного участка поверхность облицовочного и контурного слоев должна быть обработана шлифовальным кругом до ровной поверхности и иметь усиление 0,5-1,0 мм.

6.5.16. Отремонтированный сваркой участок не должен иметь дефектов, обнаруживаемых радиографическим контролем.

6.6. ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ РЕМОНТЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

6.6.1. Ремонт дефектов кольцевых сварных стыков нефтепроводов производите как снаружи так и изнутри трубы (при диаметре труб свыше 1020 мм).

6.6.2. Ремонт дефектов, расположенных в корневом слое (поры, непровары, провисы, трещины) осуществляется со сплошным пропилом снаружи трубы (при отсутствии подварочного слоя). Выборка дефекта производится абразивным кругом шириной 2,0-3,0 мм. Зазор при сквозном пропиле должен составлять 2, 3,0 мм исходя из условий качественного выполнения корневого слоя шва.

6.6.3. При ремонте дефектов корневого слоя типа зашлакованных карманов ремонт осуществляется без сквозного пропила выборкой дефектов абразивным кругов шириной 4,0 мм.

6.6.4. Ремонт дефектов заполняющих и облицовочного слоев (поры, шлаковые включения, несплавления по кромкам) осуществляется путем выборки дефектного участка шлифовальным кругом. Глубина вышлифованного участка должна быть равна глубине залегания дефекта плюс 1-2 мм.

6.6.5. Перед заваркой дефектного участка необходимо произвести предварительный подогрев до температуры 100°С.

6.6.6. Сварка дефектных участков сварного шва осуществляется только электродами с основным видом покрытия.

6.6.7. К электродам, предназначенным для выполнения ремонтного шва, предъявляются требования:

- обеспечение возможности сварки в достаточно широком диапазоне тока для данного диаметра электрода;

- возможность формирования обратного валика при сварке корневого слоя (при ремонте дефектов с помощью сквозного пропила);

- обеспечение благоприятной формы шва с плавным переходом к основному металлу и плоской поверхностью;

- высокое проплавляющее действие дуги, обеспечивающее отсутствие подрезов по кромкам в заполняющих слоях.

6.6.8. Сварка корневого слоя ремонтного шва при ремонте со сквозным пропилом труб 1-3 групп прочности должна осуществляться электродами Э50А (Е7016) диаметром 2,5-3,25 мм. Величина тока для электродов диаметром 2,5 мм – 60-80 А, для электродов диаметром 3,25 мм - 80-110 А. Сварку следует осуществлять на постоянном токе прямой (обратной) полярности. Рекомендуется применение электродов ЛБ-52У. Могут быть использованы также электроды марок Линкольн 16П, Феникс К50Р Мод, ОК 53.70.

6.6.9. После выборки дефектов, расположенных в заполняющих слоях шва труб обычной прочности (1 и 2 группы прочности), сварка дефектных участков должна выполняться следующим образом:

- первый заполняющий слой электродами диаметром 2,5 (3,25) мм типа Е7016;

- последующие слои - электродами диаметром 3,25 (4,0) мм типа Е7016.

Величина тока для электродов диаметром 4,0 мм - 140-160 А. Полярность во всех случаях обратная.

Рекомендуется применение электродов марки Линкольн 16П. Могут быть использованы электроды марок Феникс К50Р Мод, ОК 53.70.

6.6.10. При ремонте дефектов труб в заполняющих слоях стыков труб из сталей повышенной прочности (третья группа прочности) необходимо использовать электроды диаметром 3,25 мм марок ОК 74.70 и Линкольн 18П (первый заполняющий слой) и электроды диаметром 3,25 - 4,0 мм (все последующие слои) типа Е8018.

6.6.11. В процессе ремонта необходимо производить межслойную и окончательную зачистку слоев шва от шлака и брызг.

6.6.12. Высота каждого слоя при заварке дефектного участка не должна превышать 3,0-4,0 мм.

6.6.13. Не разрешается повторный ремонт одного и того же дефекта.

6.6.14. На одном стыке ремонтные работы от начала до конца должен осуществлять один и тот же сварщик.

6.6.15. Детальная технология проведения ремонтных работ сваркой с указанием марок применяемых электродов, режимов сварки, количества и последовательности выполнения слоев, протяженности ремонтируемого участка должна быть отражена в технологической карте на данный вид работы, составленной с учетом всех особенностей объекта.

6.6.16. Информация о сварке и результатах контроля ремонтируемых стыков должна отражаться в сварочном журнале.

7. ПРИМЕНЕНИЕ САМОЗАЩИТНОЙ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ ТИПА ИННЕРШИЛД ДЛЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ В НИТКУ ТРУБОПРОВОДА

7.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБА СВАРКИ.

7.1.1. Порошковая проволока - сварочный материал, представляющий собой стальную оболочку, заполненную порошкообразным наполнителем.

В состав наполнителя порошковой проволоки входят следующие компоненты:

- газообразующие - обеспечивают защиту расплавленных капель и сварочной ванны от азота и кислорода воздуха (мрамор, целлюлоза и карбонаты Са, Na, Mg);

- шлакообразующие - соединения, образующие шлаковую защиту (рутиловый концентрат, флюоритовый концентрат, алюмосиликаты);

- раскислители - участвуют в металлургических процессах, протекающих в сварочной ванне, обеспечивая металлургическое качество сварного шва (ферромарганец, ферротитан);

- металлические составляющие - повышают производительность наплавки (металлический порошок, соединения железа).

7.1.2. Для сварки трубопроводов могут быть использованы два вида порошковых проволок - проволоки для сварки в среде защитных газов и самозащитные порошковые проволоки, не требующие внешней газовой защиты сварочной ванны. Для сварки в полевых условиях последние имеют ряд преимуществ.

7.1.3. Среди фирм-производителей сварочных материалов фирма "Линкольн электрик" (США) является единственной, успешно разработавшей и выпускающей серию самозащитных порошковых проволок для сварки во всех пространственных положениях корневого, заполняющих и облицовочного слоев шва под торговой маркой Иннершилд.

Комплекс сварочно-технологических свойств, необходимых для сварки, неповоротных стыков труб достигается за счет введения в состав наполнителя проволоки ряда нетрадиционных компонентов - фторида лития, фторида бария и алюминия.

7.1.4. В состав комплекта оборудования для сварки самозащитной порошковой проволокой Иннершилд входят три функциональных блока - источник питания, устройство подачи проволоки и сварочная горелка. К источникам питания предъявляются специальные требования в отношении характеристики дуги и обеспечения требуемых жестко заданных режимов сварки. Марки, технические характеристики источников питания, механизма подачи проволоки и сварочной горелки приведены в разделах 9 и 12 настоящей Инструкции.

7.1.5. Процесс сварки порошковой проволокой имеет следующие преимущества перед сваркой штучными электродами:

- высокая линейная скорость сварки (14-18 м/ч по сравнению с 4-8 м/ч для электродов с основным видом покрытия);

- техника сварки порошковой проволокой достаточно проста и позволяет сварщикам 5-6-го разрядов, имеющим опыт сварки целлюлозными электродами, сварить допускной стык после обучения и тренировки в течении 1-2 недель;

- повышенная производительность наплавки, составляющая 1,6-1,9 кг/ч для проволоки диаметром 1,7 мм (аналогична производительности наплавки электродом диаметром 4,5 мм) и еще более высокая производительность наплавки для проволоки диаметром 2,0 мм;

- большая эффективность работы оператора в связи с отсутствием необходимости останавливать процесс для смены электрода;

- снижение объемов зачистных работ (после сварки первого прохода порошковой проволокой требуется зачистка абразивным кругом; при зачистке всех последующих слоев шлак удаляется движением конца мундштука горелки;

- отсутствие необходимости сушки проволоки перед использованием;

- возможность осуществления сварки при сильном ветре (за счет особой системы защиты капель расплавленного металла и ванны);

- возможность использования способа для сварки захлестов и специальных сварочных работ;

- повышенное значение коэффициента отношения массы наплавленного металла к массе расплавленного металла (0,7-0,75 по сравнению с 0,6-0,65 для электродов), что означает больший коэффициент полезного использования сварочного материала;

- большая вероятность выплавления дефектов предыдущего слоя за счет высокой плотности тока;

- устраняется значительное количество дефектов, имеющих место при обрыве и зажигании дуги при смене электрода, т.к. сварщик имеет возможность выполнить один непрерывный шов;

- высокая устойчивость к растрескиванию сварных швов в результате десульфурации сварочной ванны, происходящей за счет специальных добавок в шихту наполнителя проволоки.

7.1.6. Для сварки трубопроводов предназначены следующие марки проволок:

- NR-204H - сварка корневого слоя шва стыков труб из сталей 1, 2 и 3 груш прочности;

- NR-207 и NR-207H (модификация проволоки NR-207, позволяющая иметь наплавленный металл с меньшим содержанием водорода) - сварка заполняющих и облицовочного слоев шва стыков труб из сталей 1 и 2 групп прочности;

- NR-208Н - сварка заполняющих и облицовочного слоев шва стыков труб из сталей 3 группы прочности.

7.1.7. Химический состав наплавленного металла и механические свойств металла шва должны соответствовать данным табл. 18 и 19.

Таблица 18

Химический состав наплавленного металла

* - данные каталога

Таблица 19

Механические свойства наплавленного металла

* - данные каталога; ** - данные для металла шва

7.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА СВАРКИ.

7.2.1. Проволока типа Иннершилд может быть использована для следующих технологических вариантов сварки:

- сварка корневого и всех последующих слоев;

- сварка корневого слоя электродами с основным видом покрытия и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд;

- сварка корневого слоя шва электродами с целлюлозным видом покрытия, "горячего прохода" и всех последующих слоев проволокой типа Иннершилд.

Для сварки нефтепроводов наиболее целесообразны второй и третий технологические варианты.

7.2.2. При сварке согласно второму технологическому варианту корневой слой шва должен выполняться электродами типа Э50А (Е7016) марок ЛБ-52У, Линкольн 16П, Феникс К50Р Мод и др. (табл. 4).

7.2.3. При сварке согласно третьему технологическому варианту корневой слой шва выполняется электродами типа Э42-Э50 (Е6010-Е7010) марок Флитвелд 5П+, Пайпвелд 6010 и др. (табл. 5).

Сварку "горячего прохода" и всех последующих слоев следует выполнять проволокой типа Иннершилд. Применение проволоки для сварки "горячего прохода" взамен целлюлозных электродов позволяет повысить качество сварного шва за счет использования более высоких значений плотности тока и, соответственно, эффективного удаления шлака из "карманов".

7.2.4. В процессе работы следует учитывать следующие технологические особенности сварки порошковой проволокой:

- процесс осуществляется способом сверху-вниз;

- скорость сварки 14-18 м/ч при выполнении "горячего прохода" и заполняющих слоев; 10-14 м/ч при сварке облицовочного слоя. Не допускается снижение скорости сварки - ниже рекомендуемой, т.к. это может привести к пористости и увеличивает вероятность образования шлаковых включений;

- вылет проволоки должен поддерживаться в интервале 15-20 мм. Уменьшение вылета приводит к увеличению сварочного тока, перегреву и закипанию ванны и, как следствие, к появлению пористости. Увеличение вылета приводит к недостаточному разогреву конца проволоки, проволока начинает "стучать" по трубе и процесс сварки становится нестабильным;

- сварка порошковой проволокой всех слоев шва осуществляется на прямой полярности;

- перед началом сварки оператор устанавливает заданные значения напряжения и скорости подачи проволоки. Сочетания этих двух параметров различны: одно из них предназначено для сварки "горячего прохода", второе для сварки заполняющих и облицовочного слоев;

- установленные значения напряжения и скорости подачи проволоки остаются постоянными во всех пространственных положениях и не подлежат корректировке в процессе работы;

- сварщик вынужден прерывать процесс сварки для того, чтобы занять более удобную позицию относительно трубы только один-два раза в зависимости от диаметра трубы;

- после сварки корневого слоя шва требуется зачистка шлифовальным кругом, после сварки всех последующих слоев шлак отделяется довольно легко концом мундштука или дисковой металлической щеткой;

- при сварке всех слоев и практически во всех пространственных положениях сварщик осуществляет процесс под углом 45-60 град. от перпендикуляра к поверхности трубы (рис. 4) как бы отгоняя от зоны горения дуги расплавленный металл, покрытый быстро затвердевающим шлаком.

Рис. 4. Положение мундштука при сварке.

Исключение составляет лишь сварка облицовочного слоя в потолочном положении, когда сварщик начиная с положения 5 час. сначала доводит положение мундштука до перпендикулярного к поверхности трубы, а затем (примерно в положении 5.30) изменяет наклон мундштука на обратный под углом 10-15 град.:

- сварка "горячего прохода" и первого заполняющего слоя выполняется без колебаний;

- в процессе сварки второго заполняющего и всех последующих слоев перемещение мундштука следует осуществлять с одной кромки на другую, при этом траектория движения должна соответствовать рис. 6.

Рис. 5. Типовая траектория движения мундштука с проволокой при сварке заполняющих и облицовочного слоев.

- межслойная температура должна находиться в диапазоне 50-150°С;

- для толщин стенок трубы до 16 мм облицовочный слой выполняется в один проход;

- при сварке проволокой типа Иннершилд необходимо использовать специальную одежду, защищающую от горячих капель разбрызгиваемого в процессе сварки металла.

7.2.5. В связи с неравномерностью заполнения разделки по периметру стыка и ослаблением сечения шва, в вертикальном положении выполняется корректирующий (дополнительный) слой.

7.2.6. Общее количество слоев шва изменяется в зависимости от толщины стенки трубы и формы разделки кромок.

В табл. 20 приведено необходимое число слоев для различных толщин стенок при сварке по второму технологическому варианту.

Таблица 20

Количество слоев при сварке проволокой Иннершилд

Количество слоев при сварке по третьему технологическому варианту для каждой толщины стенки ориентировочно на один меньше.

7.2.7. Параметры сварки проволокой Иннершилд жестко задаются и любое отклонение от них может привести к появлению дефектов.

Требуемые значения скорости подачи проволоки (дюйм/мин) и напряжения (В) устанавливаются поворотом тумблера на панели устройства для подачи проволоки в соответствующее положение.

В табл. 21 приведены режимы сварки проволокой NR-207 диаметром 1,7 мм.

7.2.8. Основные дефекты, возникающие при сварке проволокой типа Иннершилд и причины их возникновения приведены в табл. 22.

Таблица 21

Параметры режимов при сварке проволокой NR-207 диаметром. 1,7 мм

Примечание:

1. При сварке труб с толщинами 12÷14 мм допускается изменение параметре режима сварки на следующие: скорость подачи проволоки 115÷120 дюймов/мин, напряжение. 20÷21 В.

2. В процессе сварки допускаются колебания напряжения ±1 В (из-за нестабильности вылета электрода).

Таблица 22

Основные дефекты и причины их возникновения при сварке проволокой типа Иннершилд

8. ПРИМЕНЕНИЕ КОМБИНАЦИЙ ПРОВОЛОКА-ФЛЮС (ПЛАВЛЕНЫЙ И АГЛОМЕРИРОВАННЫЙ) ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ (МЕХАНИЗИРОВАННОЙ) СВАРКИ СЕКЦИЙ ТРУБ.

8.1. Общие положения.

Для изготовления двух- и трехтрубных секций диаметром 530-1220 мм при капитальном ремонте магистральных нефтепроводов следует применять одностороннюю механизированную сварку под флюсом на трубосварочных базах типа ССТ-ПАУ (для труб диаметром 1020-1220 мм) и БНС (для труб диаметром 530-820 мм).

Сварка под флюсом в данном случае производится по корневому слою шва, выполненному ручной дуговой сваркой электродами с покрытием основного вида, или по корневому слою шва и "горячему проходу", выполненным электродами с покрытием целлюлозного вида.

8.2. Сварочные материалы для односторонней механизированной сварки под флюсом поворотных стыков труб.

8.2.1. Все применяемые сварочные материалы должны быть аттестованы в установленном порядке на право использования в трубопроводном строительстве.

8.2.2. Для сварки поворотных стыков труб применяются:

- плавленые флюсы по ГОСТ 9087-81 или специальным техническим условиям;

- агломерированные флюсы импортной поставки по стандарту AWS A5.17;

- низкоуглеродистые и легированные проволоки сплошного сечения отечественной (по ГОСТ 2246-70 и техническим условиям) и импортной поставки (по стандартам DIN 8557 и AWS A5.17);

- электроды с покрытием основного вида, изготовленные по специальным техническим условиям, или импортной поставки;

- электроды с покрытием целлюлозного вида, изготовленные по специальным техническим условиям, или импортной поставки.

8.2.3. Номенклатура электродов с основным покрытием, предназначенных для сварки корневого слоя шва и для подварки стыков изнутри, представлена в таблице 4 настоящей Инструкции.

8.2.4. Перечень марок электродов с целлюлозным покрытием, предназначенных для сварки корневого слоя и "горячего прохода", указан в таблице 5 настоящей Инструкции.

8.2.5 Номенклатура электродов с основным покрытием, предназначенных для сварки дополнительных заполняющих слоев шва, представлена в таблице 4 настоящей Инструкции.

8.2.6. Плавленые сварочные флюсы.

Для сварки трубопроводов применяются флюсы, изготовленные как в электрических, так и в газопламенных печах. При выборе флюса предпочтение следует отдавать флюсам, изготовленным в электропечах. Химический состав конкретной партии флюса, указанный в сертификате завода-изготовителя, должен соответствовать требованиям ГОСТ 9087-81, которые представлены в таблице 23.

По химическому составу флюса может быть определена степень его основности "В", которая рассчитывается по специальной формуле как отношение суммарного процентного содержания основных окислов к суммарному содержанию кислых (кислотообразующих) окислов. При В < 1 флюсы классифицируются как кислые, при В > 1 - как основные и при В ~ 1 - как нейтральные.

При выборе флюса для сварки труб необходимо учитывать, что кислые флюсы-силикаты отличаются наилучшими сварочно-технологическими свойствами (устойчивость горения дуги в широком диапазоне токовых нагрузок, формирование шва на криволинейной поверхности, стойкость против порообразования, отделимость шлака), однако не способствуют улучшению механических характеристик металла шва, особенно его вязко- пластических свойств. Плавленые флюсы с высокой основностью позволяют добиться наилучших механических характеристик металла шва, но при этом, как правило, отличаются весьма посредственными сварочно-технологическими свойствами.

Таблица 23

Химический состав плавленых флюсов по ГОСТ 9087-81

(*) - флюс производится по ТУ 108.1424-86

По критерию основности флюсы АН-348А и АНЦ-1 - это кислые флюсы, флюс АН-47 близок к флюсам нейтрального типа.

При выполнении входного контроля или оценке качества изготовления флюсов предметом анализа являются их приемо-сдаточные характеристики, которые представлены в таблице 24.

К числу основных достоинств плавленых флюсов, применяемых для сварки трубопроводов, следует отнести:

- высокую однородность и прочность зерен;

- широкий диапазон технологических возможностей (токовые нагрузки, диапазон скоростей сварки, возможность сварки труб различных диаметров);

- высокую производительность сварки.

Таблица 24

Приемо-сдаточные характеристики плавленых флюсов по ГОСТ 9087-81 и техническим условиям

Примечание:

1. Содержание инородных частиц (нерастворившихся частиц сырьевых материалов, футеровки, угля, графита, кокса, металлических частиц и др.) должно быть не более 0,5 % от массы флюса для марок АН-348А и АНЦ-1 и не более 0,3 % - для марки АН-47.

2. Для флюсов АН-47 и АНЦ-1 допускается наличие в их составе зерен с цветом, отличающимся от указанного в таблице, в количестве до 3 % и до 5 % соответственно. Для флюса АН-348А не допускается наличие белых непрозрачных зерен в количестве более 10 % от его массы.

3. Не допускается наличие более 3 % от массы флюсов зерен с размером, превышающим максимальный размер (2,5; 2,8; 3,0 мм), и более 3 % от массы - с размером менее 0,25 мм.

8.2.7. Сварочные проволоки.

Химический состав низкоуглеродистых легированных проволок по ГОСТ 2246-70 и техническим условиям, применяемых для сварки трубопроводов, представлен в таблице 25.

Таблица 25

Химический состав проволок по ГОСТ 2246-70

Примечание: Содержание азота в проволоке Св-8АА не должно превышать 0,008 %, в проволоках Св-08А, Св-08ГА - 0,010 %; в проволоках Св-08ХМ и Св-08МХ-0,012 %.

При оценке качества конкретной партии сварочной проволоки следует проверять соответствие ее химического состава, указанного в сертификате, требованиям ГОСТа или технических условий.

Для сварки поворотных стыков труб применяются проволоки диаметром 2 мм, 3 мм и 4 мм. В соответствии с ГОСТ 2246-70 предельные отклонения от номинального диаметра составляют минус 0,12 мм для диаметров 2,0 и 3,0 мм и минус 0,16 мм - для диаметра 4 мм. Временное сопротивление разрыву легированных проволок должно составлять 80-120 кгс/мм² (785-1177 Н/мм²) для диаметра 2 мм и 70-105 кгс/мм² (687-1030 Н/мм²) для диаметров 3 и 4 мм.

Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, плен, закатов, раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. На поверхности проволоки допускаются риски, царапины, местная рябизна и отдельные вмятины. Глубина указанных дефектов не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки, а по требованию - потребителя половины предельного отклонения.

Проволоки должны поставляться с омедненным покрытием. Остаточное содержание меди в проволоках, не легированных медью, должно составлять не более 0,25 %, а по требованию потребителя - не более 0,20 %. Омедненное покрытие не защищает проволоку от атмосферной коррозии, поэтому следует отдельно согласовывать с заводом-изготовителем требования к упаковке поставляемой проволоки. Технические условия ТУ 14-4-1686-91 регламентируют изготовление проволок Св-08ГА, Св-08ХМ Св-08МХ диаметром 2-4 мм с никель-медным покрытием, значительно повышающим стойкость против атмосферной коррозии и улучшающим ряд характеристик процесса сварки. Технические условия, разработанные применительно к условиям производства Ревдинского метизно-металлургического завода, предусматривают поставка проволоки в мотках прямоугольного сечения с рядной намоткой массой 30-40 кг, что исключает необходимость перемотки проволоки на катушки сварочное головки.

8.2.8. Зарубежные агломерированные флюсы и сварочные проволоки.

Главным отличием агломерированных флюсов от плавленых является тот факт, что зерна агломерированных флюсов состоят из прочно соединенных частичек, отдельных компонентов сырья, которые присутствуют во флюсе практически в своем исходном виде и на стадии сварки более интенсивно участвуют в реакциях с металлом.

Основными достоинствами агломерированных флюсов являются:

- возможность легирования металла шва;

- стабильность процесса сварки;

- хорошая отделимость шлаковой корки, в т.ч. при сварке в узкую разделку;

- обеспечение в комбинации со стандартными сварочными проволоками более высоких служебных характеристик металла шва (в сравнении с плавлеными флюсами);

- низкий расход флюса (на 30-40 % ниже, чем плавленых флюсов).

Для сварки поворотных стыков труб рекомендуются к применению следующие комбинации "агломерированный флюс + проволока":

- флюс ОК Флакс 10.71 (OK Flux 10.71) + проволока марки ОК Аутрод 12.24 (OK Autrod 12.24) диаметром 4 мм производства фирмы ЭСАБ (Швеция)

- флюс Ликольнвэлд 860 (Lincolnweld 860) + проволока марки Л-70 (L-70) диаметром 3,2 мм производства фирмы "Линкольн Электрик" (США).

Флюс OK Flux 10.71 - это агломерированный флюс алюминатно-основного типа, слабо легированный кремнием и марганцем. Химический состав флюса: Аl₂О₃ + МnO = 35 %; СаО + MgO = 25 %; SiO₂ + TiO₂ = 20 %; СаF₂ = 15 %. Индекс основности В - 1,6. Насыпная плотность - 1,2 кг/дм³. Размер зерен - 0,2-1,6 мм. Цвет зерен - темно-серый с коричневым оттенком. Влажность флюса в состоянии поставки - не более 0,05 %.

Проволока марки OK Autrod 12.24 - это омедненная сварочная проволока, легированная марганцем и молибденом. Типичный химический состав: С = 0,08 %; Si = 0,1 %; Mn = l,3 %; Мо = 0,4 %. Проволока соответствует типу S2Mo по стандарту DIN 8557.

Флюс Линкольнвэлд 860 (Lincolnweld 860) производства фирмы "Линкольн Электрик" (США) - это основный нелегированный агломерированный флюс. Индекс основности флюса В - 1,5. Насыпная плотность - 1,2 кг/дм ³. Цвет зерен - темно-серый.

Проволока L-70 - это омедненная сварочная проволока с системой легирования Мn-Мо. Химический состав по стандарту AWS А5.17/5.23: С = 0,07 - 0,17 %; Mn = 0,65 - 1,0 %; Si < 0,2 %; Mo = 0,45 - 0,65 %; P < 0,025 %; S < 0,030 %. Проволока соответствует типу ЕА1 по стандарту AWS A5.17/5.23.

8.2.9. Перечень комбинаций "флюс + проволока" для сварки под флюсом поворотных стыков труб различных прочностных классов представлен в табл. 26.

8.2.10. Флюс, оставшийся по окончании смены в бункере сварочной головки, должен быть удален из бункера и помещен до следующей смены в герметичную тару.

Таблица 26

Сварочные материалы для односторонней автоматической сварки под флюсом

Примечание: 1. Комбинации "флюс + проволока", указанные в скобках, могут быть использованы для сварки труб из сталей прочностных классов К48 и К50 (с нормативным пределом прочности 471 и 490 Н/мм² соответственно).

2. * - для данной комбинации "агломерированный флюс + проволока" производства фирмы ESAB (Швеция) необходима дополнительная аттестация технологического процесса в установленном порядке.

8.3. Особенности односторонней автоматической сварки под плавлеными и агломерированными флюсами.

8.3.1. Сборка, предварительный подогрев и сварка корневого слоя шва электродами с покрытием основного вида должны осуществляться в соответствии с разделом 6 настоящей Инструкции.

8.3.2. Сборка, предварительный подогрев, сварка корневого слоя и "горячего прохода" электродами с целлюлозным покрытием должны производиться в соответствии с разделом настоящей Инструкции. При этом сварку обоих слоев следует производить на одном стенде без перекатывания трубной секции.

8.3.3. При сварке корневого слоя электродами с покрытием основного вида допускается периодический поворот свариваемой секции без освобождения жимков центратора в удобное для сварщиков положение. Перекатывание секции на промежуточный стеллаж разрешается только после завершения сварки корневого слоя по всему периметру стыка.

8.3.4. С целью улучшения отделимости шлаковой корки с первого автоматного слоя допускается после окончания сварки корневого слоя (или корневого слоя с "горячим проходом") по всему периметру стыка выполнение вручную дополнительных заполняющих (его) слоев (слоя) электродами с покрытием основного вида.

8.3.5. Для труб большого диаметра следует производить подварку корня шва изнутри трубы ручной дуговой сваркой (электродами с покрытием основного вида) или автоматической сваркой под флюсом (с использованием комбинации "флюс+проволока", рекомендованной для сварки заполняющих слоев шва). Электроды для подварки изнутри следует выбирать в соответствии с таблицей 4 настоящей Инструкции.

8.3.6. Подварка стыка изнутри может быть выполнена после окончания сварки корневого слоя (или корневого слоя с "горячим проходом") или после сварки заполняющих и облицовочного слоев шва. Подварку следует выполнять в один слой по всему периметру стыка. Режимы автоматической подварки корневого слоя шва с использованием комбинации "плавленый флюс+проволока" представлены в таблице 27.

8.3.7. Ориентировочные режимы автоматической подварки корневого слоя шва с использованием комбинации "агломерированный флюс+проволока" представлены в таблице 8.

Таблица 27

Режимы автоматической подварки корневого слоя шва с использованием комбинации "плавленый флюс + проволока"

Примечания:

1. Смещение с надира в направлении вращения трубы = 30-50 мм.

2. Режимы даны для сварки на постоянном токе обратной полярности при угле наклона электрода, равном нулю.

3. Подварку корневого слоя шва термически упрочненных труб следует выполнять проволокой диаметром 3 мм при значениях погонной энергии не более 23 кДж/см².

8.3.8. В случае, если подварку выполняют после сварки корневого слоя шва или после сварки корневого слоя с "горячим проходом", интервал времени между окончанием сварки ручных слоев и началом сварки подварочного слоя не должен превышать 40 мин.

8.3.9. В случае, если подварку выполняют после завершения сварки наружных слоев шва, интервал времени между окончанием сварки корневого слоя (или корневого слоя с "горячим проходом") и началом выполнения подварочного слоя не должен превышать 1,5 часа.

Таблица 28

Ориентировочные режимы автоматической подварки корневого слоя шва с использованием комбинации "агломерированный флюс + проволока"

Примечания: 1. Смещение с надира трубы в направлении ее вращения =30-50 мм;

2. Режимы даны для сварки на постоянном токе обратной полярности при угле наклона электрода, равном нулю.

8.3.10. Подварочный слой, выполненный автоматической сваркой, должен иметь усиление в пределах 1-3 мм и ширину:

- не более 15 мм - для труб с толщиной стенки 9,0-12,0 мм,

- не более 21 мм - для труб с толщиной стенки 12,1-16,0 мм.

8.3.11. Глубина проплавления при автоматической подварке должна иметь величину:

- не более 6 мм - для труб с толщиной стенки 9,0-12,0 мм,

- не более 7 мм - для труб с толщиной стенки 12,1-16,0 мм.

8.3.12. Отношение ширины подварочного слоя (В_П) к величине глубины проплавления (h_П) должно составлять B_П/h_П > 2.

8.3.13. Смещение осей наружных и внутреннего слоев шва от условной оси стыка не должно превышать ±1,0 мм.

8.3.14. Контроль геометрических параметров подварочного слоя в соответствии с п.п. 8.3.10-8.3.13 следует осуществлять на макрошлифах (рис. 6), изготовленных из каждого 200-ого стыка. В случае отклонения геометрических параметров от заданных сварку следует прекратить, отладить оборудование и скорректировать режимы сварки. Остальные 199 стыков, предшествующие вырезанному, следует считать годными, если по результатам радиографического контроля в них не обнаружено недопустимых дефектов.

Рис. 6. Макрошлиф из сварного шва контрольного стыка:

1 - ось наружных слоев шва; 2 - ось подварочного слоя шва; 3 - условная ось стыка; с - смещение осей наружных и подварочного слоев шва от условной оси стыка (с= ±1 мм); В_П - ширина подварочного слоя шва; h_П - глубина проплавления подварочного слоя шва.

8.3.15. Автоматическую сварку под флюсом заполняющих и облицовочного слоев шва поворотных стыков труб с использованием комбинации "плавленый флюс+проволока" следует выполнять на режимах, представленных в таблице 29.

8.3.16. Ориентировочные режимы сварки поворотных стыков труб диаметром 1020-1220 мм из сталей повышенной прочности (группа 3) с использованием комбинации "агломерированный флюс + проволока" представлены в таблице 30.

8.3.17. Число слоев (без учета подварочного слоя), выполненных автоматической сваркой под флюсом - не менее 2.

8.3.18. Ширина облицовочного слоя шва должна находиться в пределах 10-18 мм при толщине стенки труб от 6 до 8 мм, 16-24 мм - при толщине стенки труб от 8,1 до 12 мм, 20-28 мм - при толщине стенки от 12,1 до 16 мм. Усиление облицовочного слоя шва должно находиться в пределах 1-3 мм.

8.3.19. Интервал времени между сваркой предыдущего и каждого из последующих наружных слоев шва не должен превышать 2 часов.

8.3.20. Стыки трубных секций большого диаметра разрешается оставлять в конце смены незаконченными в том случае, если не сварен только один облицовочный слой шва, но при этом выполнена подварка изнутри. Стыки трубных секций на базах типа БНС (база наружной сварки) оставлять незаконченными не разрешается. При невыполнении указанных требований стыки подлежат вырезке.

Таблица 29

Режимы односторонней автоматической сварки с использованием комбинации "плавленый флюс + проволока"

Условные обозначения: Д_ТРУБЫ - диаметр свариваемых труб; S_СТЕНКИ - толщина стенки свариваемых труб; Д_ПР. - диаметр сварочной проволоки; I_СВ. - сварочный ток; U_Д. - напряжение на дуге; V_СВ. - скорость сварки; Z_ЭЛ. - смещение электрода с зенита трубы.

Примечания:

1. Режимы указаны применительно к сварке на постоянном токе обратной полярности.

2. Вылет электрода диаметром 2 мм = 30-35 мм, диаметром 3 мм = 40-45 мм, диаметром 4 мм = 40-50 мм.

3. Угол наклона электрода "вперед" - до 30°.

4. При сварке термически упрочненных труб запрещается применять сварочную проволоку диаметром 4 мм.

Таблица 30

Ориентировочные режимы односторонней автоматической сварки с использованием комбинации "агломерированный флюс + проволока"

Условные обозначения: Д_ТРУБЫ - диаметр свариваемых труб; S_СТЕНКИ - толщина стенки свариваемых труб; Д_ПР. - диаметр сварочной проволоки; I_СВ. - сварочный ток; U_Д. - напряжение на дуге; V_СВ. - скорость сварки; Z_ЭЛ. - смещение электрода с зенита трубы.

Примечания: 1. Режимы указаны применительно к сварке на постоянном токе обратной полярности.

2. Вылет электрода диаметром 3 мм = 30-40 мм, диаметром 4 мм = 30-35 мм.

3. Угол наклона электрода "вперед" - 10-30°.

9. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ РУЧНОЙ, ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ.

9.1. Общие требования к сварочным источникам.

На основании анализа опыта эксплуатации, причин аварийности отечественных магистральных и промысловых нефтегазопроводов сформулированы требования к качеству сварных соединений современных трубопроводов. В частности, в сравнении с ВСН 006-89 введены дополнительные ограничения по допустимым размерам наиболее опасных дефектов типа непроваров, несплавлений, подрезов. Более жестко регламентирована технология неразрушающего контроля сварных стыков.

Повышение общего уровня требований к качеству сварных соединений объективно определили новые подходы к разработке технологии сварки, заключающиеся, в частности, в следующем:

- использование электродов малого диаметра для сварки корневого и облицовочного слоев;

- дифференцированный подход к выбору диаметра электрода в зависимости от пространственного положения и толщины стенки трубы;

- применение прямой полярности при сварке корневого шва электродами с основным и целлюлозным видами покрытия как равноправного технологического варианта;

- регулирование динамических характеристик источника тока в зависимости от вида покрытия электрода, слоя и пространственного положения;

- применение плавного регулирования сварочного тока, не обрывая дуги, с дискретностью не более 5-10 Ампер, в процессе смены пространственного положения.

- применение модулированного тока, позволяющего, обеспечивающего упрощение техники сварки и эффективное регулирование геометрических параметров сварного шва.

- более жесткая регламентация техники сварки, преимущественное применение для корня шва сварки «опиранием» с определенным, в зависимости от пространственного положения, изменением угла наклона электрода;

- как универсальный подход при сварке современных трубных сталей, регламентация тепловложений при сварке отдельных слоев, задаваемая количеством слоев при сварке различных толщин;

Для реализации вышеизложенных подходов ВНИИСТом сформулированы следующие основные требования к источникам сварочного тока для сварки трубопроводов:

- возможность сварки электродами с различным металлургическим типом покрытия, применяемыми в трубопроводном строительстве;

- устойчивая работа источника при ручной дуговой сварке во всем диапазоне рабочих токов, начиная с 40-50 А при номинальных значениях 200А, 250А, 315А;

- возможность регулирования внешних вольтамперных характеристик и динамических свойств источников, в зависимости от типа покрытия электрода, при сварке различных слоев шва и в разных пространственных положениях;

- наличие малогабаритных дистанционных регуляторов сварочного тока, удобно размещаемых в руке сварщика и обеспечивающих возможность регулирования тока, не обрывая дуги;

- возможность использования источников тока в составе передвижных и самодных агрегатов питания при воздействии низких температур и динамических нагрузок, а также при пониженном качестве автономной электросети переменного тока, характерного для сетей ограниченной мощности;

- возможность использования источников тока при компоновке многопостовых систем питания сварочным током с отработкой возмущений по взаимному влиянию постов. Колебания сварочного тока при этом должны находиться в пределах ±10% от номинального значения;

- температура эксплуатации источников в диапазоне от -40°С до +40°С.

Приведенные требования реализованы при создании ряда отечественных источников сварочного тока, особенности применения которых рассмотрены в данном разделе.

Приведены также данные по источникам сварочного тока ведущих зарубежных фирм.

9.2. Сварочные выпрямители.

9.2.1. Требования к сварочным выпрямителям.

Общие базовые требования, изложенные в разделе 9.1, конкретизированы при разработке специализированных выпрямителей для сварки трубопроводов:

- номинальный сварочный ток при ПВ = 60 % не менее 250 Ампер;

- пределы регулирования сварочного тока от 40 до 250 Ампер;

- возможность непрерывного регулирования сварочного тока, не обрывая дуги;

- для надежного возбуждения и стабильного горения при сварке электродами с различным металлургическим типом покрытия напряжение холостого хода должно быть не менее 70 Вольт (или источники должны иметь устройство подачи импульса высокого напряжения в начале процесса сварки);

- возможность изменения характеристик в диапазоне 0,4 В/А - 0,7 В/А для области рабочих токов;

- ограничение напряжения холостого хода в течение 1 секунды с момента обрыва дуги до величины напряжения не более 12 Вольт;

- при колебаниях напряжения питающей сети от +10 % до –10 % от номинального значения, изменение установленной величины тока не должно превышать +2 % и –5 %.

- номинальное рабочее напряжение 30-35 Вольт;

Учитывая, что выпрямители могут использоваться как стационарно, так и в составе автономных агрегатов питания, накладываются дополнительные требования по стойкости к воздействию внешних климатических и механических факторов. Выпрямители должны быть работоспособны при воздействии следующих основных факторов:

- температура окружающей среды (рабочее значение) от -40°С до -40°С;

- относительная влажность окружающей среды 80 % при t = +20°С;

- синусоидальная вибрация с максимальной амплитудой ускорения 2,0 g в диапазоне частот 0,5 - 200 Гц;

- предельные рабочие значения частот от 0,5 - 500 Гц;

- удары многократного действия (при передвижении агрегатов) с пиковым значением ударного ускорения 15g при длительности воздействия 2-20 мс;

- удары одиночного действия (при передвижении агрегатов) с пиковым значением ударного ускорения 20g при длительности 2-15 мс;

9.2.2. Сварочные тиристорные выпрямители.

В настоящее время развитие электроники позволяет использовать полупроводниковые выпрямительные элементы большой мощности для сварочных выпрямителей.

В современных сварочных выпрямителях применяется трехфазная мостовая схема выпрямления, что позволяет получить сглаженную форму кривой сварочного тока, при которой дуга горит более устойчиво, чем при однофазной схеме выпрямления.

Типовая структурная схема сварочного тиристорного выпрямителя приведена на рис. 7.

Выпрямитель состоит из трехфазного понижающего силового трансформатора, силового блока выпрямления низкого напряжения, дросселя в сварочной цепи, блока управления, блока защиты от короткого замыкания, блока управления вентилятором.

9.2.2.1. Тиристорные выпрямители отечественного производства.

Специально для сварки трубопроводов в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 9.2.1, Институтом сварки России и ВНИИСТом разработан четырехпостовой тиристорный выпрямитель ВДМ -4х301.

Технические характеристики выпрямителя приведены в таблице 31.

Рис. 7. Структурная схема тиристорного выпрямителя.

1 - силовой трансформатор, 2 - силовой блок тиристоров, 3 - блок управления тиристорами, 4 - дроссель в сварочной цепи.

Выпрямитель построен по следующей схеме: один силовой трехфазный трансформатор и четыре комплекта силовых тиристоров с блоками управления.

Выпрямитель имеет падающие внешние вольтамперные характеристики с разными наклонами. В диапазоне токов 60-315 А каждый пост обеспечивает ступенчатое изменение крутизны наклона статических характеристик, что дает возможность применять электроды с основным и целлюлозным видом покрытия.

Регулирование сварочного тока поста плавное во всем диапазоне. Выпрямитель обеспечивает дистанционное регулирование тока и включение нагрузки каждого поста.

Источник снабжен устройством автоматического ограничения напряжения холостого хода до значения 12 Вольт в течение 1 секунды после прекращения сварки.

Выпрямитель может работать как двухпостовой источник питания. При этом каждый пост образуется за счет параллельного соединения двух постов четырехпостового варианта.

Этот выпрямитель используется в самоходных сварочных агрегатах АС-82 и АЭП-53.

При строительстве трубопроводов достаточно широко используются выпрямители общего назначения, в т.ч. разработанные Институтом электросварки России управляемые тиристорные выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506 и неуправляемые выпрямители серии ВДМ: ВДМ 1001 и ВДМ 1201.

Выпрямители ВДУ-505 и ВДУ-506 являются универсальными и имеют крутопадающие и жесткие (пологопадающие) внешние характеристики. Вид типичных внешних характеристик приведен на рис. 8. Техническая характеристика выпрямителей приведена в таблице 31.

Плавное регулирование сварочного тока (при падающих) и напряжения (при жестких внешних характеристиках) осуществляется как с источника, так и с пульта дистанционного управления.

Таблица 31.

Техническая характеристика тиристорных выпрямителей отечественного производства.

*- значения указаны для одного поста.

Выпрямители этих серий выпускаются Калининградским заводом электросварочного оборудования.

Имеется значительный опыт их эксплуатации в составе самоходных агрегатов питания на базе трелевочных тракторов Т-4. Эти агрегаты использовались для энергообеспечения постов автоматической сварки порошковой проволокой с принудительным формированием (оборудование «Стык») и постов ручной дуговой сварки при строительстве более 3000 км трубопроводов. Агрегаты питания выпускаются Каховским заводом электросварочного оборудования (Украина).

9.2.2.2. Тиристорные выпрямители зарубежных фирм.

С точки зрения схемотехники, зарубежные тиристорные выпрямители аналогичны тиристорным выпрямителям, выпускаемым в России. Но за счет использования более совершенных силовых тиристоров и электротехнических материалов, выпрямители зарубежного производства имеют меньшую массу и меньшие габаритные размеры.

Рис. 8. Внешние вольтамперные характеристики тиристорного выпрямителя.

а) падающие характеристики, б) жесткие характеристики

Шведская фирма «ESAB» выпускает серию тиристорных выпрямителей LHF 400, LHF 630, LHF 830 для ручной сварки электродами с различными типами покрытия. Специально для сварки трубопроводов выпускается выпрямитель «LHL 400 Pipeweld-c», который позволяет вести сварку электродами с различными видами покрытия и аргонодуговую неплавящимся электродом. Техническая характеристика выпрямителя приведена в таблице 32.

Выпрямитель имеет падающие внешние вольтамперные характеристики с четырьмя разными наклонами для сварки:

- аргонодуговая неплавящимся электродом;

- электродами с основным видом покрытия;

- электродами с целлюлозным видом покрытия;

- электродами с плохими технологическими свойствами.

Таблица 32.

Технические характеристики зарубежных тиристорных выпрямителей.

Крутизна характеристики регулируется ступенчато переключателем, расположенным на лицевой панели выпрямителя.

Высокое значение напряжения холостого хода и устройство «Горячий Старт» обеспечивают легкое зажигание дуги в начале сварки.

Плавное регулирование тока сварки по всему диапазону осуществляется как с источника, так и с пульта дистанционного управления. При использовании приставки РНА 5, источник может работать в импульсном режиме с длительностью импульсов от 0,3 до 2 секунд.

Система стабилизации заданных параметров сварки обеспечивает незначительное изменение установленного тока сварки (±0,2 %) при колебаниях питающего напряжения в пределах ±10 %.

Выпрямители легко монтируются при компоновке многопостовых систем питания.

Американская фирма LINCOLN ELECTRIC выпускает серию универсальных тиристорных выпрямителей «IDEALARC»: DC-250, DC-400, DC-600, DC-750 и DC-1000.

Выпрямитель DC-400 в наибольшей степени отвечает требованиям, изложенным в разделе 9.2.1.

Технические характеристики приведены в таблице 32.

DC-400 является универсальным выпрямителем, обеспечивающим возможность следующих видов сварки:

- ручная электродами с различными видами покрытия;

- аргонодуговая неплавящимся электродом;

- полуавтоматическая / автоматическая в защитных газах;

- полуавтоматическая / автоматическая порошковой проволокой;

- полуавтоматическая / автоматическая под слоем флюса.

Источник может применяться для воздушно-дуговой строжки угольным электродом диаметром до 8 мм.

Выбор типов внешних характеристик осуществляется переключателем, расположенным на лицевой панели источника, который имеет три положения:

- Stick/TIG - сварка покрытыми электродами и аргонодуговая неплавящимся электродом (падающие внешние характеристики);

- FCAW/GMAW - сварка плавящимся электродом в защитных газах и сварка порошковой проволокой (жесткие внешние характеристики);

- SMAW - сварка под флюсом (жесткие внешние характеристики);

Регулировка выходного тока или напряжения (в зависимости от режима работы) осуществляется непрерывно по всему диапазону как с самого источника, так и с пульта дистанционного управления. Контролировать режимы процесса сварки можно с помощью встроенных амперметра и вольтметра.

В режиме Stick/TIG выпрямитель обеспечивает регулировку тока сварки в диапазоне 60 - 500 А и динамики выходных характеристик. Это дает возможность оптимизировать процесс сварки в разных пространственных положениях электродами с различными типами покрытия.

В режимах FCAW/GMAW и SMAW выпрямитель обеспечивает регулировку напряжения в диапазоне 12-42 В. При этом можно ступенчато регулировать индуктивность («пинч-эффект»), что позволяет оптимизировать параметры переноса электродного металла, уменьшить степень разбрызгивания и, тем самым, добиться высокого качества сварных соединений при применении разных проволок и защитных газов.

Источник отрабатывает колебания напряжения в питающей сети ±10 %.

Дополнительно выпрямитель может комплектоваться трехпозиционным переключателем сварочных кабелей («Multiprocess Switch»). Переключатель необходим при совместном использовании ручной и полуавтоматической / автоматической сварки. Он позволяет изменять полярность при полуавтоматической / автоматической сварке и обеспечивает подачу сварочного тока либо на кабели ручной сварки, либо на кабели полуавтоматической сварки без их отключения от клемм выпрямителя.

Выпрямитель имеет выход переменных напряжений 42 и 115 Вольт для питания механизмов подачи проволоки при полуавтоматической и автоматической сварке.

Высокие потребительские качества источников, возможность их эксплуатации в самых неблагоприятных климатических условиях, позволяют их использовать в самоходных сварочных агрегатах для ручной и автоматической сварки. При этом выпрямители эксплуатируются на открытом воздухе без дополнительных укрытий. Агрегат на базе выпрямителей DC-400 представлен на рис. 9.

Рис. 9. Внешний вид самоходного агрегата питания, укомплектованного шестью выпрямителями DC-400.

Выпрямитель DC-600 по своим характеристикам аналогичен DC-400, но рассчитан на большую выходную мощность. Техническая характеристика выпрямителя DC-600 дана в таблице 32.

9.2.3. Сварочные выпрямители инверторного типа.

Интенсивное развитие электроники и полупроводниковой техники в последнее десятилетие обеспечило качественно новый уровень развития сварочного оборудования, в том числе и источников тока. Появились принципиально новые и весьма перспективные сварочные источники питания - инверторные выпрямители, характерной особенностью которых является значительное увеличение в процессе преобразования частоты сетевого напряжения до десятков кГц. Если в традиционных выпрямителях напряжение переменного тока сети поступает на понижающий трансформатор и затем выпрямляется, то в инверторных источниках оно претерпевает, как правило, тройное преобразование.

Принцип устройства и работу инверторного источника можно рассмотреть на примере инвертора PS 3500 фирмы КЕМРРI (Финляндия), блок-схема которого приведена на рисунке 10.

Рис. 10. Блок-схема инвертора PS 3500

Вначале переменный ток от сети напряжением 380 В 50 Гц выпрямляется диодным мостом 1 и фильтруется блоком конденсаторов 2. Затем инвертором 3 постоянный ток высокого напряжения преобразуется в переменный ток прямоугольной формы с максимальной частотой 5000 Гц. После этого высокое напряжение понижается трансформатором 4 и далее ток выпрямляется мостом 5. Пульсации на выходе инвертора сглаживаются дросселем 6. Формирование вольтамперных характеристик источника, модуляция тока при импульсной сварке и другие дополнительные функции осуществляются дистанционными электронными блоками 7 и 8.

Применение тока высокой частоты позволяет резко сократить размеры и массу понижающего трансформатора, а, следовательно, габаритные размеры и массу самого источника. При высокой частоте 20-40 кГц металлический сердечник заменяют ферритовым. При этом значительно сокращаются потери электроэнергии и резко повышается КПД, в отдельных случаях до 90 % и выше. Наличие электронных систем управления позволяет без особых усилий формировать любые требуемые вольтамперные характеристики, в случае необходимости обеспечить постоянство выделяемой мощности (рис. 11) или ее изменение по определенному закону при изменении длины дугового промежутка и возникновении возмущений со стороны нагрузки, а с помощью различных функциональных блоков достигать необходимых сварочно-технологических свойств. Практически полное отсутствие пульсаций напряжения на выходе источника стабилизирует сварочную дугу, а регулируемая величина индуктивности способствует существенному снижению разбрызгивания.

Рис. 11. Внешние характеристики источников тока для ручной дуговой сварки.

а) управляемый тиристорный выпрямитель,

б) выпрямитель инверторного типа (при изменении длины дуги мощность, выделяемая в дуговом пространстве, постоянна).

9.2.3.1. Отечественные инверторные выпрямители.

Технические данные отечественных инверторных выпрямителей, прошедших испытания при сварке трубопроводов, приведены в таблице 33.

Таблица 33.

Технические параметры отечественных инверторов

*- возбуждение дуги в начале сварки обеспечивается за счет подачи импульс повышенного напряжения в момент касания электрода об изделие.

Источник ВДУЧ-16 использовался для комплектации многопостового агрегата питания АЭП-52 и эксплуатировался при строительстве трубопроводов диаметрах 114-426 мм.

Недостатком источника является возможность его эксплуатации только в закрытых пылезащищенных помещениях в условиях умеренного климата при температурах от -10°С до +40°С.

Низкий рабочий ток ограничивает возможность его интенсивного использования при сварке электродами диаметром 4 мм. Изготавливается Харьковским заводом «Коммунар».

Инверторы ВДЧИ-2501 (разработка Института электросварки России совместно с ВНИИСТом) и КС-250 (разработка Московского энергетического института совместно с ВНИИСТом) созданы специально для использования в составе автономных самоходных и передвижных агрегатов питания для сварки трубопроводов и прошли испытания в полевых условиях.

Они обеспечивают возможность сварки электродами с основным и целлюлозным типом покрытия, имеют дистанционные регуляторы сварочного тока и ступенчатого изменения наклона вольтамперных характеристик.

Источник ВДЧИ-2501 для получения тока 250А имеет в силовой части 60 маломощных транзисторов, что определяет его невысокую надежность и трудность диагностирования при возникновении отказов.

Разработанный Московским энергетическим институтом совместно с ВНИИСТом инвертор КС-250 изготавливается малыми партиями на опытном производстве МЭИ и может быть рекомендован для использования при строительстве трубопроводов только после освоения его серийного производства в условиях завода.

Перспективным является применение тиристорного инвертора ДС 250-1, однако окончательные рекомендации могут быть даны только после проведения полевых испытаний.

9.2.3.2. Инверторные сварочные выпрямители зарубежных фирм.

За рубежом достигнуты значительные успехи в разработке и производстве инверторных источников тока. Известными во всем мире фирмами-изготовителями сварочного оборудования, такими как KEMPPI (Финляндия), ESAB (Швеция), LINCOLN ELECTRIC (США), FRONIUS (Австрия), TELWIN (Италия), HOBART (США) и др. разработаны и выпускаются оригинальные источники и целые системы на их основе для выполнения практически всех видов дуговой сварки, разрабатываются компьютеризированные системы , способные полностью автоматизировать сварочные технологические процессы.

Технические данные инверторных выпрямителей, применяемых или имеющих перспективы применения при строительстве и ремонте трубопроводов, приведены в табл. 34.

Все указанные источники комплектуются малогабаритными пультами дистанционного управления и устройствами формирования импульсов тока низкой частоты.

В тоже время следует отметить, что общим недостатком большинства инверторных источников являются ограничения по климатическому исполнению. В соответствии со стандартом EN 60974-1, которым руководствуются фирмы изготовители, значения температур окружающей среды, при которых источники должны быть работоспособны, лежат в пределах от -20°С до +40°С. Существенно снижает общую надежность источников отказы, связанные с пониженным качеством электросети переменного тока в автономных агрегатах питания (ненормированное повышение напряжения, колебания частоты переменного тока).

Инверторные выпрямители фирмы «KEMPPI».

Финляндской фирмой KEMPPI разработаны семейства инверторных источников марки PS-PS 2800, 3500, 5000, марки PSS-PSS 3500, 5000, на основе которых созданы мультисистемы для сварки всеми дуговыми методами на постоянном и переменном токе.

В настоящее время фирмой KEMPPI выпускаются также Инверторные выпрямители серии «Master» - 1500, 2200, 2800, 3500, 5000. Эта серия включает в себя ряд выпрямителей на сварочный ток от 150 Ампер до 500 Ампер. Благодаря высокому напряжению холостого хода, контролируемому импульсу тока возбуждения дуги и возможности регулирования динамики сварки, обеспечивается возможность работы электродами с различными видами покрытия. По своему конструктивному исполнению и безопасности выпрямители этой серии соответствуют требованиям норм IEC 974-1 и EN 60974-1.

Источники этой фирмы прошли наибольшую апробацию в составе автономных многопостовых самоходных и передвижных агрегатов питания при строительстве трубопроводов.

Источники PS 3500 и PS 5000 применялись в составе агрегатов АЭП-52 и АС-42 для сварки труб диаметром 1220-1420 мм.

Источники Master 3500 в настоящее время используются российской строительной организацией для комплектации четырехпостовых агрегатов питания на базе тракторов К-700А и К-701 на строительстве трубопровода диаметром 900 мм в Финляндии.

Следует отметить, что в результате совместных работ ВНИИСТа и фирмы KEMPPI источники адаптированы к сетям переменного тока автономных агрегатов питания.

На базе инверторных источников KEMPPI разработан ряд оригинальных технологий, внедренных при сварке трубопроводов.

Инверторные выпрямители фирмы LINCOLN ELECTRIC.

Универсальный инверторный выпрямитель марки «INVERTEC V300-1», имеющий падающие и жесткие внешние характеристики, предназначен для следующих методов сварки:

- ручной дуговой покрытыми электродами;

- неплавящимся и плавящимся электродом в среде защитных газов;

- полуавтоматической сварки самозащитной порошковой проволокой типа «Иннершилд».

Он также может применяться для воздушно-дуговой строжки угольным электродом.

Наиболее важными функциями источника применительно к сварке трубопроводов являются: возможность его использования при ручной дуговой сварке электродами с основным и целлюлозным типом покрытия, а также специально для питания дуги и механизма подачи при полуавтоматической сварке самозащитной порошковой проволокой типа «Иннершилд» .

Регулировка выходного тока или напряжения (в зависимости от режима работы) осуществляется плавно по всему диапазону. Контролировать режимы процесса сварки можно с помощью встроенного цифрового ампервольтметра.

Выбор типов внешних характеристик осуществляется переключателем, расположенным на лицевой панели источника, который имеет пять положений:

- GTAW - аргонодуговая сварка неплавящимся электродом;

- SMAW SOFT - сварка штучными электродами с целлюлозным и рутиловым видами покрытия;

- SMAW CPISP - сварка штучными электродами с основным видом покрытия и электродами с железным порошком в обмазке;

- FCAW - этот режим оптимизирован для сварки порошковыми проволоками типа «Иннершилд» и «Аутершилд»;

- GMAW - полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в защитных газах.

В режимах ручной сварки можно регулировать динамику процесса для оптимизации сварки электродами с различными типами покрытия.

В режимах полуавтоматической сварки в защитных газах - регулируется индуктивность («пинч-эффект»), что позволяет оптимизировать параметры переноса электродного металла, уменьшить степень разбрызгивания и, тем самым, добиться высокого качества сварных соединений при применении разных проволок и защитных газов.

Производятся инверторы в соответствии со стандартом ISO 9002.

Инверторные выпрямители «Invertec V300-1» успешно эксплуатируются в российских строительных организациях при сварке трубопроводов.

Инверторные источники фирмы «ESAB».

Шведской фирмой ESAB разработаны инверторы LHN 140 (Caddy 140), LHN 200 (Caddy 200), LUA 400, которые по предварительной оценке, могут быть использованы при строительстве и ремонте трубопроводов.

Миниатюрные инверторные источники серии «Caddy» выпускаются в одинаковых корпусах (снабженных ремнями для ношения через плечо) обеспечивающих степень защиты элементов источника IP 23 и двойную изоляцию, исключающую поражение сварщика электрическим током. Это дает возможность эксплуатации инверторов как внутри помещений, так и снаружи. «Caddy» имеют малые габариты и массу равную 11 килограмм, что обеспечивает легкость их перемещения и удобное размещение в стесненных условиях.

Источники «Caddy» предназначены для процессов сварки покрытыми электродами и аргонодуговой неплавящимся электродом.

Системы «горячего старта», устранения залипания электрода и регулировки динамических характеристик позволяют работать с широкой гаммой разнотипных электродов. Caddy 140 обеспечивает возможность сварки электродами диаметром от 1,6 мм до 3,2 мм, Caddy 200 - до 4 мм.

При необходимости, указанные источники комплектуются пультами дистанционного управления и приставками для формирования импульсов тока низкой частоты, которые подключаются посредством кабелей длиной от 5 до 25 метров.

Источник LUA 400 рассчитан на сварку электродами с основным типом покрытия, аргонодуговую неплавящимся электродом, полуавтоматическую плавящимся электродом в среде защитных газов и воздушно-дуговую строжку угольным электродом. Диаметр покрытых электродов, которыми возможно вести сварку от этого источника, варьируется в диапазоне 1,6-6,0 мм; диаметр проволоки - от 0,6 мм до 1,6 мм; диаметр угольных электродов - до 8 мм.

Все вышеназванные инверторные выпрямители работоспособны при температурах от -20°С до + 40°С в соответствии с Европейским стандартом EN60974-1.

Фирма «Fronius» (Австрия) выпускает серию инверторных источников «TRANSPOKET» - 145, 200, 330, 450 и 450/IР44. Источники TRANSPOKET 450 и 450/IP рассчитаны на сварку основными, рутиловыми и целлюлозными электродами (напряжение холостого хода 100 В), а также на аргонодуговую сварку неплавящимся электродом и воздушно-дуговую строжку. Выбор режимов работы и регулирование динамики осуществляется регулятором динамики с источника или с пульта дистанционного управления. На пульте дистанционного управления расположен регулятор устройства «горячий старт», которое позволяет улучшить зажигание дуги. Кабели для подключения пульта дистанционного управления имеют длину 5, 10 и 20 метров. Дополнительно источники могут комплектоваться следующим оборудованием:

- устройством «Soft-Start» для зажигания дуги касанием при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом;

- прибором для беспроводного (радиоуправляющего) дистанционного регулирования тока сварки;

- электронным устройством изменения полярности дуги с пульта дистанционного управления.

Источник TRANSPOKET450/IP44 разработан специально для эксплуатации в местах с высокой влажностью. Источники фирмы «Fronius» сертифицированы по стандарту качества ISO 9001 и соответствуют нормам EN 60974-1 в части стойкости к климатическим и механическим воздействиям.