C варочные источники энергии.

В настоящее время промышленность производит много различных по типу, конструкции и степени механизации аппаратов для дуговой сварки. Ко всем им предъявляются общие требования:

 1.Достаточная мощность;

2.Концентрация энергии в месте стыка;

3.Эффективность преобразования энергии;

4.Техническое удобство применения;

5.Ограничение вредных побочных эффектов;

6.Экономичность.

Для дуговой сварки используют как переменный, так и постоянный ток. Источниками переменного тока являются сварочные трансформаторы, а постоянного – сварочные выпрямители, преобразователи и агрегаты. Наиболее простыми источниками являются сварочные трансформаторы, которые понижают и преобразовывают переменный ток одного напряжения подводящей электрической сети (более высокого) в переменный ток другого (более низкого) той же частоты и служат для питания сварочной дуги. Кроме того, они осуществляют регулирование силы тока в зависимости от требований сварочного режима. Сварочные трансформаторы имеют один серьёзный недостаток, из-за переменности тока невозможно обеспечить стабильность горения дуги, и как результат тяжесть ведения процесса сварки. Сварочные выпрямители  служат для преобразования переменного тока в постоянный, предназначенный для питания сварочной дуги. С этой целью в выпрямителях используются полупроводниковые (селеновые, кремниевые или германиевые) выпрямительные элементы.

Сварка выпрямлённым током может производиться на прямой и обратной полярности. В выпрямителях отсутствуют вращающиеся части, что повышает КПД, уменьшает потери вес и габариты.

Сварочные преобразователи. Постоянный непульсирующий ток получают с помощью коллекторных машинных генераторов, выпускаемых в виде сварочных преобразователей или агрегатов. Состоит из генератора постоянного тока и электродвигателя переменного тока, размещённых обычно в общем корпусе и на общем валу. Электродвигатель преобразовывает энергию переменного тока в механическую, а сварочный генератор преобразует механическую энергию в электрическую постоянного тока, питающую сварочную дугу. В агрегатах вместо электродвигателя используют двигатели внутреннего сгорания. Помимо этого, в качестве источника энергии могут использоваться сварочные инверторы.

Сварочные трансформаторы: ТД-102; ТД-306; ТДМ-317; ТДМ-401; ТД-500

Сварочные выпрямители: ВД-201У3; ВД-306У3; ВДГ-303; ВДГ-601; ВДУ-506.

Сварочные коллекторные генераторы и преобразователи: ПСО-300; ПСО-500; ПСГ-500; ПСУ-300; ПСУ-500.

Сварочные агрегаты: типа АДД  

 

 

Сварочные материалы.

 

 

Сварочными материалами называют, материалы, обеспечивающие возможность протекания сварочных процессов и получения качественных сварных соединений. К ним относятся присадочные металлы, покрытые электроды, флюсы, защитные газы и некоторые другие.

Роль присадочных материалов заключается не только в получении необходимой геометрии шва, но и в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик при минимальной склонности к образованию дефектов. Присадочные материалы разрабатывают применительно к конкретным группам свариваемых металлов и сплавов или даже к их отдельным маркам. Перед сваркой они должны проходить тщательную очистку поверхности от различных загрязнений, оксидов, жировых пятен и т.д. Промышленность выпускает присадочные материалы для сварки сталей, чугуна, алюминия, меди, титана и их сплавов. Наиболее распространенным присадочным материалом для сварки сталей является сварочная проволока сплошного сечения по ГОСТ 2246-70, диаметрами 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0;10,0; 12,0, марок Св-08; Св-08А; Св-08ГА; Св-10Г2; Св-08ГС; Св-08Г2С; Св-18ХГС; Св-12Х13; Св-06Х19Н9Т; Св-10Х16Н25АМ6. наплавочная проволока по ГОСТ 10543-75 диаметром от 0,3 до 8,0мм марок Нп-25; Нп-30; Нп-10Г; Нп-50Г; Нп-30ХГСА и др. Порошковая проволока ПП-АН1; ПП-АН3; ПП-АН6 и др.

Для защиты сварочной ванны от влияния окружающей атмосферы применяют различные флюсы, способствующие образованию шлаков, газов. По способу изготовления их разделяют на плавленые и неплавленные. Плавленный флюс получают сплавлением его составляющих, а неплавленный флюс представляет собой механическую смесь порошкообразных материалов, замешанную на определённом связующем, на пример жидком стекле.

В настоящее время преимущественно применяют плавленые флюсы, которые имеют высокие технологические свойства (защита, формирование, отделимость шлаковой корки и др.) и малую стоимость. Различают по содержанию в них оксидов кремния – высококремнистые (до 40-50% SiO₂), низкокремнистые (до 35% SiO₂) и бескремнистые; по содержанию оксида марганца – высокомарганцовистые (более 30% MnO), среднемарганцовистые (от 15 до 30% MnO) и низкомарганцовистые.

Для изготовления флюсов используют руды, кварцевый песок, рутил, каолин, мрамор, фтористые и хлористые соли и другие компоненты. Наиболее распространены флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-20, АН-26, АН-15М и др.

 

Режим прокалки флюсов

 

 

#G0Марка флюса	Температура прокалки флюса, ° С	Время выдержки, ч
АН-348А	200-300	1,5
АН-47	300-350	1,5
АН-ВС	300-350	1,5
ФЦ-16	400-500	3,0-3,5

 

Для ручной дуговой сварки сталей широко применяются плавящиеся металлические электроды в виде стержней длиной до 450мм из сварочной проволоки с нанесённым на них слоем покрытия, обеспечивающим устойчивое горение дуги, защиту от вредного воздействия воздуха и металлургическую обработку сварочной ванны. В покрытие входят следующие компоненты:

газообразующие – неорганические вещества (мрамор CaCO₃, магнезит MrCO₃ )  и органические вещества (крахмал, декстрин);

ионизирующие или стабилизирующие – различные соединения, в состав которых входят калий, натрий, кальций (мел, полевой шпат, гранит и др.);

шлакообразующие, составляющие основу покрытия, - обычно руды (марганцевая, титановая), минералы (ильменитовый и рутиловый концентраты, полевой шпат, кремнезём, гранит, плавиковый шпат и др.);

легирующие элементы и элементы раскислители – кремний, марганец, титан и др., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемые ферросплавы;

связующие компоненты – водные растворы силикатов натрия и калия, называемые жидким стеклом.

Для повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок до 60% массы покрытия.

Металлические электроды для дуговой сварки сталей изготавливают в соответствии с ГОСТ 9466-75, предусматривающим следующую классификацию:

по назначению – для сварки углеродистых, низколегированных, легированных и высоколегированных сталей, а также для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами;

по виду покрытия – с кислым покрытием, основным, целлюлозным, рутиловым и смешанного типа.

Кислый характер шлаков определяется коэффициентом процентного содержания элементов.

                                                       если К_К > 1 – покрытие кислое

=               К_К < 1 – покрытие основное

 

Кислые покрытия (электроды АНО-2, СМ-5 и др.) состоят в основном из оксидов железа и марганца (руды), кремнезёма, ферромарганца. Они технологичны, однако наличие оксидов Mn делает их токсичными. Имеют повышенное разбрызгивание, стойки к пористости, низкая пластичность металла шва, высокая стабильность.

 Рутиловые покрытия (электроды АНО-3, АНО-4, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, МР-4 и др.) имеют в своём составе преобладающее количество рутила NiO₂. Такие покрытия менее вредны для дыхательных органов сварщика, чем другие. Дают устойчивое горение, стойкое горение дуги по ржавчине. Высокое формирование шва.

Целлюлозные покрытия (электроды ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСЦ-4, ОЗЦ-1, Фокс-Цель, Кобе 6010 и др.) состоят из целлюлозы, органической смолы, ферросплавов, талька и др. Эти покрытия удобны для сварки в любом положении в пространстве, но дают наплавленный металл пониженной пластичности. Высокая проплавляемость, малое количество шлака, низкое разбрызгивание жидкого металла, высокая стабильность горения дуги, поэтому применяется для выполнения корневых швов, но нельзя применять для закаливающихся сталей.

 

 

Применение сварочных электродов с целлюлозным покрытием

 

 

#G0Назначение (технологический слой)	Нормативная прочность труб, МПа (кгс/мм )	Марка электрода	Диаметр, мм	Тип по ГОСТ (AWS)	Толщина стенки S, мм
Сварка первого корневого слоя	До 588 (60)	ВСЦ 4	3,0; 3,25	Э42	5-8
шва		Фокс-Цель	3,25; 4,0	(Е6010)	6-21
		КОБЕ-6010	4,0	(Е6010)	6-21
		Пайпвелд-6010	4,0	(Е6010)	6-21
		ВСЦ 4А	3,0; 3,25	Э50	5-8
	539-637 (55-65) включительно	КОБЕ-7010	3,0; 3,25; 4,0	(Е7010)	5-8
		Пайпвелд-7010	4,0	(Е7010)	6-21
Сварка второго слоя ("горячего	До 588 (60)	ВСЦ 4	3,0; 3,25	Э42	5-8
прохода")		Фокс-Цель	3,25; 4,0	(Е6010)	5-21
		КОБЕ-6010	4,0	(Е6010)	10-21
		Пайпвелд-6010	4,0	(Е6010)	10-21
		ВСЦ 4А	4,0	Э50	10-21
	539-588 (55-60) включительно	Фокс-Цель Мо	4,0	(Е7010-А1)	6-21
		КОБЕ-8010	4,0	Э55	6-21
		Пайпвелд-7010	4,0	(Е7010-G)	6-21

    

    

Основные покрытия (электроды УОНИ-13/45, ОЗС-2, ДСК-50, ОК53.70, ЛБ52У, ОК48 и др.) не содержат оксидов железа и марганца. Металл шва, выполненный такими электродами, обладает большой пластичностью, большая чувствительность к влажности, стартовая пористость, относительно низкая стабильность горения дуги. Варятся обратной полярностью тока. Перед употреблением обязательная прокалка при 350°C в течение не менее 2 часов и хранение после прокалки только в сушильных шкафах. Повторная прокалка не более трёх раз. Электроды с основным покрытием способствуют удалению водорода из шлаковой ванны.

 

 

Применение сварочных электродов с основным покрытием

 

 

#G0Назначение (технологический слой)	Нормативная прочность труб, МПа (кгс/мм )	Марка электрода*	Диаметр, мм	Тип по ГОСТ (AWS**)
1	2	3	4	5
	До 490 (50) включительно	УОНИ 13/45	2,5; 3,0	Э42А
		ОК 53.70	2,5; 3,25	(Е7016-1)
		УОНИ 13/55	2,5; 3,0	Э50А
Сварка корневого слоя шва,		ЛБ-52У	2,6; 3,2	(Е7016)
ремонт корневого слоя,	До 588 (60) включительно	Фокс ЕВ50	2,5; 3,25	(Е7018)
подварка шва изнутри трубы		ОК 48.04	2,5; 3,25	(Е7018)
		ОК 53.70	2,5; 3,25	(Е7016-1)
		Фирма 5520Р	2,5; 3,2	(Е7016-1)
	До 635 (65) включительно	ЛБ-52У	2,6; 3,2	(Е7016)
	До 431(44) включительно	УОНИ 13/45	3,0; 4,0	Э42А
.		ОК 53.70	3,25; 4,0	(Е7016-1)
	До 510 (52) включительно	ОК 73.80	3,25; 4,0	Э46А
		Грюн К52В	3,25; 4,0	(Е7016-1)
Сварка заполняющих и облицовочного слоев,		УОНИ 13/55	3,0; 4,0	Э50А
ремонт швов		ОК 53.70	3,25; 4,0	(Е7016-1)
		ОК 48.04	3,0; 4,0	(Е7018)
	До 530 (54)	АСБ-255	4,0	(Е7018)
		АСБ-268	4,0	(Е7016)
		Фирма 5520Р	3,25; 4,0	(Е7016-1)
		Линкольн 16П	3,2; 4,0	(Е7018)
		Филарк 76С	4,0	(Е7018-1)
		Шварц-3К Мод	3,25; 4,0	(Е8016)
		Кессель 5520-Мо	3,25; 4,0	(Е8018-А1)
Сварка заполняющих и облицовочного слоев,	539-588 (55-60) включительно	ВСФ-65у	3,0; 4,0	Э60
ремонт швов		Филарк 88С	4,0	(Е8016-G)
		ЛБ-62Д	4,0	(Е9018-G)
		ОК 74.70	3.25; 4.0	(Е8016-Д3)
	588-637 (60-65)	ЛБ-65Д	4,0	(Е9018-G)
		ОК 74.78	4,0	(Е9018-Д1)

 

* - Требования к переаттестации см. п. 4.2.6

 

** АWS - Американский стандарт по сварочным материалам

 

    

Режим прокалки (просушки) электродов

 

#G0Тип электрода	Вид покрытия	Температура прокалки,° С	Время выдержки, ч
Э42А	Основной	250-300	1,0
Э50А	Основной	250-300	1,0
Э60, Э70	Основной	300-350	1,5
Э42, Э50	Целлюлозный	60-100	1,0

 

СaF₂+H₂O → CaO+HF↑

CaF₂+SiO₂ →CaSiO₂+SiF₄↑ SiF₄+H → SiF+HF↑

По толщине покрытия в зависимости от отношения диаметра электрода D к диаметру стального стержня d различают электроды с тонким покрытием (D/d ≤ 1,2), средним (1,2≤ D/d ≤ 1,45), толстым (1,45 ≤ D/d ≤ 1,8) и особо толстым (D/d > 1,8).

По допустимым основным положениям сварки покрытые электроды делятся на группы: 1 – для всех положений, 2 – для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, 3 – для нижнего вертикального снизу вверх, горизонтального на вертикальной плоскости, 4 – для нижнего и нижнего в «лодочку». Разделяют электроды для сварки на переменном и постоянном токе прямой и обратной полярности. Электроды выпускаются диаметром металлического стержня от 1,6 до 12мм и длиной от 150 до 450мм. Условное обозначение типа электрода расшифровывается таким образом: буква Э – электрод, стоящее за ней число – временное сопротивление на разрыв металла шва. Приведём схему обозначения покрытых электродов:

 

1 – тип электрода Э 42, Э 42А, Э50, Э55, Э60, Э65

Э-06Х18Н9 – по хим. составу;

2 – марка электрода УОНИ 13/45, УОНИ 13/55, несёт информацию о разработчике;

3 – диаметр электрода;

4 – назначение электрода;

У – сварка углеродистых сталей; Л – легированные стали; Т – теплоустойчивые стали; В – высоколегированные стали; Н – наплавка.

5 – по толщине покрытия

М – малопокрытые; С – среднепокрытые; Д – толстопокрытые; Г – особо толстые

6 – категория качества;

7 – набор свойств, которые оговариваются в соответствии с стандартом;

8 – вид покрытия;

А – кислое покрытие; Б – основное покрытие; Ц – целлюлозное; Р – рутиловое; П – прочие покрытия;

9 – Допустимые пространственные положения сварки;

10 – Род и полярность тока;

 0; 3; 6; 9 – обратная полярность

 1; 4; 7 – любая полярность

 2; 5; 8 – прямая полярность

11 и 12 – стандарт на электроды;

 11 – ГОСТ 9466-75

12 – ГОСТ 9467-75; ГОСТ10052-75; ГОСТ10051-75

 

Требования, предъявляемые к электродам

 

1.Электроды должны обеспечивать получение сплошного плотного шва;

2.Обеспечивать получение сварного шва без горячих и холодных трещин;

3.Дополнительно обеспечивать эксплуатационную прочность;

4.Обеспечивать получение специальных свойств;

5.Обеспечивать технологичность;

6.Обеспечивать санитарно-гигиенические условия труда.

 

 

Виды сварных соединений при ручной сварке

 

#G0Позиция	Тип разделки кромок, вид сварного соединения	Характеристика
1	2	3
а)		Разделка кромок труб при толщине стенки S = 4-37 мм "V"-образная
б)		Разделка кромок с двойным скосом:   В = 7 мм (при S = 15-19 мм)   В = 8 мм (при S = 19-21,5 мм)   В = 10 мм (при S = 21,5-26 мм)   В = 12 мм (при S = 26-32 мм)
в)		Соединение труб с различными кромками
г)		Соединение труб при разнотолщинности   S>S   h<2,5 мм при S<12 мм,   H<3,0 мм при S>1 2 мм
д)		Соединение труб с запорной арматурой, деталями S  1,5S (оптимальное);   S <2,0S (допускается);   : 20° min, 30° max
ж)		Соединение трубы с деталями   S 1,5S (оптимальное);   S 2,0S (допускается);   : 20° min, 30° max
з)		Соединение труб с деталями   S 1,5S;   : 20° min, 30° max
и)		Внутренняя подварка   - ремонтная:   g = 1-3 мм   В = 8-10 мм   - технологическая:   g = 2-3 мм   В = 9-12 мм
к)		Горизонтальный стык   В 10 мм,   h = 2-3 мм
л)		Присоединение штуцера /1/: размеры S , е, g - указываются в проектной документации

 

Забоины и задиры фасок глубиной до 5,0 мм ремонтируются сваркой с применением электродов с основным покрытием.

 

Новые трубы аварийного запаса, имеющие царапины, риски и задиры глубиной более 5% от толщины стенки, вмятины глубиной, превышающей 3,5% от диаметра трубы, или забоины и задиры фасок глубиной более 5,0 мм ремонту не подлежат, а дефектные участки труб отрезают.

 

Сборку под сварку труб диаметром 530 мм и более рекомендуется осуществлять с помощью внутренних центраторов. Применять наружные центраторы следует при сборке захлестов, кривых вставок, при присоединении арматуры, где применение внутренних центраторов затруднено. В случае невозможности сборки при помощи центраторов разрешается сборка при помощи струбцин с приваркой к инвентарным хомутам. Приварка струбцин к телу трубы запрещается.

 

 

Режимы сварки (сила тока, А) при ремонте дефектов

 

#G0Вид шва (слой)	Диаметр электрода, мм
	2,5	3,0-3,25	4,0
Первый наплавочный слой, контурный шов	75-90	100-120	-
Заполняющие, облицовочный	-	100-120	140-160

    

Режим сварки стыков труб

 

#G0Диаметр электрода, мм	Сила сварочного тока, А
	нижнее	вертикальное	потолочное
	Электроды с основным покрытием
2,5	60-90	50-80	40-70
3,0-3,25	90-130	80-120	90-110
4,0	140-180	110-170	150-180
	Электроды с целлюлозным покрытием
3,0-3,25	90-110	90-110	80-110
4,0 (первый слой)	120-160	120-160	100-140
4,0 ("горячий проход")	150-180	150-170	140-170

 

 

Рекомендуемая величина зазора между кромками труб

 

#G0Способ сварки, тип электрода	Диаметр электрода, мм	Величина зазора при толщине стенки трубы, мм
		до 8	8-10	10 (и более)
Ручная, электродами с основным покрытием	2,5-3,25	2,0-3,0	2,5-3,5	3,0-3,5
Ручная, электродами с целлюлозным покрытием	3,0-4,0	1,5-2,0	1,5-2,5	1,5-2,5

    

 

При сборке труб на наружных центраторах собранные стыки должны быть прихвачены сваркой равномерно по периметру. Количество и размеры прихваток в зависимости от диаметра трубы приведены в таблице. К качеству прихваток предъявляются такие же требования, как и к основному сварному шву.

 

 

Количество и размеры прихваток

 

 

#G0Диаметр трубы, мм	Ориентировочное количество прихваток  (не менее)	Длина прихваток, мм  (не менее)
До 426	2	30-50
530-1020	3	60-100
1220-1420	4	100-200

 

 

Количество слоев шва при ручной сварке стыков труб

 

 

#G0Толщина стенки трубы, мм	Количество слоев шва при сварке корневого слоя электродами с разными видами покрытия
	с основными	с целлюлозными
до 10	3	2
10-15	4	3
15-20	5	4
20-25	6	5

 

 

 

 

Предварительный подогрев металла перед сваркой

 

 

#G0Нормативный предел прочности трубы, (кгс/мм )	Толщина стенки	Температура и условия подогрева
До 509 (52) включительно	До 12 мм включительно	До 100° С при температуре воздуха - 20° С и ниже
	Свыше 12 мм до 20 мм	До 100° С при отрицательных температурах воздуха
Свыше 509 (52) до 558 (57) включительно	7-9 мм	До 100° С при отрицательных температурах воздуха
Свыше 509 (52) до 588 (60) включительно	9,5-14,0 мм	До 100° С при любой температуре воздуха
	14,5-20,0 мм	До 150° С при любой температуре воздуха

 

 

 При сборке стыков труб величина наружного смещения кромок не должна превышать 20% от толщины стенки трубы, но быть не более 3,0 мм. Для бесшовных труб внутреннее смещение кромок должно быть < 2,0 мм, местное - до 3,0 мм на длине L< 100 мм.

 

 Непосредственное соединение на трассе разнотолщинных труб одинаковых диаметров (или труб с деталями) допускается при условии:

 

- если разность толщин стенок не превышает 2,5 мм для толщин до 12 мм включительно;

 

- если разность толщин не превышает 3,0 мм для толщин стенок труб более 12 мм (табл. 1.8).

 

Соединение труб с большей разностью толщин стенок осуществляется путем вварки переходного кольца или вставок промежуточной толщины, длина которых должна быть не менее 250 мм.

 

 Заводские продольные односторонние сварные швы труб при сборке стыков должны быть смещены не менее, чем на 100 мм. Для труб и фасонных деталей с двухсторонним швом (прямым или спиральным) данное смещение не обязательно.

 

 Необходимость предварительного подогрева концов труб перед прихваткой и сваркой первого (корневого) слоя и температура подогрева устанавливаются в зависимости от эквивалента углерода стали , толщины стенки трубы, температуры окружающего воздуха и типа электрода в соответствии с данными табл. 1.11.

 

 Подогревающие устройства газоплазменные ПС-1022, ПС-1221, ПСК-1020-1420 и электрические (КЭН) должны обеспечивать равномерный нагрев стыкуемых труб по их периметру до требуемой температуры на ширине участка 150 мм от торца трубы.

 

Температуру подогрева свариваемых кромок следует контролировать контактными термометрами (ТП-2) или стандартными термокарандашами. Замер температуры производится на расстоянии 10-15 мм от торца трубы.

 

Просушка торцов труб путем их подогрева до 20-50° С обязательна:

 

- при наличии влаги на кромках, независимо от прочности основного металла;

 

- при температурах воздуха ниже +5° С для труб с нормативным пределом прочности 539 МПа (55 кгс/мм ) и выше.

 

 При выполнении предварительного подогрева следует избегать перегрева металла выше температуры 200° С.

 

В случае стыковки труб с разной величиной , температуру предварительного подогрева выбирают по большему значению величины эквивалента углерода.

 

 Сборку и сварку стыков захлестов газопровода, уложенного в траншею, необходимо производить при минимальной суточной температуре воздуха.

 

В целях обеспечения качественной сборки стыков трубы после резки по некалиброванной части их следует предварительно отсортировать

 

Кромки под сварку после газовой резки рекомендуется обрабатывать торцевым станком механической обработкой или шлифмашинкой.

 

Вырезку и подготовку катушек для монтажа следует осуществлять с помощью инвентарных шаблонов. Длина катушки должна быть равна диаметру трубы, но не менее 250 мм.

 

При монтаже катушек с повышенной овальностью из нетермоупрочненных сталей допускается их правка безударными разжимными устройствами (внутренний центратор, домкрат и пр.) с подогревом до температуры не выше 300° С. При этом максимальная деформация не должна превышать 1% от номинального диаметра трубы.

 

Не допускается монтаж стыков захлестов, катушек и гарантийных стыков из разнотолщинных труб. В качестве мероприятия может быть использован прием согласно схеме рис.1.1д.

 

х.   

 

‎