Реферат выпускная квалификационная работа 114 с., 15 рис., 23 табл., 50 источников, 1 прил
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
1.4 Виды капитального ремонта магистральных трубопроводов Капитальный ремонт магистрального трубопровода - это комплекс технических мероприятий, направленных на полное или частичное восстановление линейной части эксплуатируемого нефтепровода до проектных характеристик с учётом требований действующих нормативных документов. Капитальный ремонт линейной части магистральных трубопроводов подразделяется на следующие виды: с заменой труб; с заменой изоляционного покрытия; выборочный ремонт. Капитальный ремонт магистральных трубопроводов с заменой труб проводится следующими способами: укладкой вновь прокладываемого участка трубопровода в общую с заменяемым участком траншею, с последующим демонтажом последнего; укладкой вновь прокладываемого участка трубопровода в отдельную траншею в пределах существующего технического коридора коммуникаций, с последующим демонтажом заменяемого участка; демонтажом заменяемого участка трубопровода и укладкой вновь прокладываемого участка по проектным отметкам демонтированного участка. Капитальный ремонт с заменой изоляционного покрытия проводится следующими способами: с подъемом трубопровода в траншее; с подъемом и укладкой трубопровода на лежки в траншее; без подъема трубопровода с сохранением его положения. 18 Выборочный ремонт включает: ремонт участка трубопровода с устранением дефектов стенки трубы или с установкой муфты; ремонт участка трубопровода с заменой «катушки», трубы, узла линейной арматуры. 19 2 СВАРКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ Механизированная сварка проволокой сплошного сечения в защитном газе – вид электрической дуговой сварки, при котором подача электродной проволоки осуществляется с постоянной скоростью и автоматически, а горелка перемещается вдоль шва рукой сварщика. От воздействия окружающей среды электрическая дуга, сварочная ванна и ее кристаллизующаяся часть защищены газом, который подается в зону сварки. Рисунок 3 – Оборудование для сварки в защитном газе Главные компоненты механизированного процесса сварки: сварочный аппарат (источник питания); механизм подачи проволоки; баллон с защитным газом. 20 Электрическая дуга расплавляет электродную проволоку и кромки изделия, образуется сварочная ванна, в которой происходит перемешивание основного металла и металла электродной проволоки. По мере перемещения электрической дуги жидкий металл сварочной ванны кристаллизуется и происходит образование сварного шва, который соединяет кромки изделия. Механизированная сварка в защитных газах производится на постоянном токе обратной полярности. В качестве источника питания используют сварочные аппараты, имеющие жесткую или пологопадающую вольт-амперную характеристику. Жесткая характеристика способствует автоматическому восстановлению заданной длины дуги в случае ее нарушения, например, из-за колебаний руки сварщика. Для сварки в защитных газах имеется широкий диапазон выбора электродной проволоки, которая отличается по диаметру и химическому составу. Химический состав электродной проволоки зависит от химического состава свариваемой стали и частично от типа защитного газа. Химический состав проволоки должен быть близок к химическому составу основного металла. Диаметра проволоки зависит от толщины свариваемого металла, положения, в котором производится сварка, и типа сварного соединения. Защитный газ предотвращается прямой контакт окружающей среды с расплавленным металлом сварочной ванны и электрической дугой. Защитный газ оказывает влияние на стабильное горение электрической дуги, геометрическую форму сварного шва, глубину проплавления основного металла, прочность сварного шва. 21 2.1 Характеристика сварки в защитном газе плавящимся электродом Широкое распространение в промышленности получила сварка в защитных газах. Этот способ позволяет вручную, полуавтоматически или автоматически в различных пространственных положениях соединять разнообразные металлы и сплавы самой различной толщины. В зону дуги в процессе сварки, через сопло, непрерывно подается защитный газ и сварочная проволока. Теплотой дуги расплавляется электродная проволока и основной металл. Расплавленный металл в сварочной ванне при охлаждении кристаллизуется и образует шов. Рисунок 4 – Схема механизированной сварки в защитном газе плавящимся лектродом 1 – горелка; 2 – сопло; 3 – токопроводящий наконечник; 4 – лектродная проволока; 5 – сварочная дуга; 6 – сварочный шов; 7 – сварочная ванна; 8 – основной металл; 9 – капли лектродного металла; 10 – газовая защита. В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, водород, кислород, и азот) газы, а также смеси газов в различных пропорциях. Благодаря широкому диапазону применяемых защитных газов, которые имеют различные теплофизические свойства, технологические возможности этого способа, как в отношении свариваемых металлов, так и их толщин больше, чем при использовании других способов. Причиной этого является то, что теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги и форму швов. 22 Преимущества сварки в защитных газах по сравнению с другими видами сварки следующие: высокая производительность; высокая проплавляющая способность; значительный спектр свариваемых материалов; сварка во всех пространственных положениях; отсутствие на поверхности ванны шлака; легкая техника сварки. К недостаткам способа относится: более сложное сварочное оборудование; невозможность использование данного метода в условиях монтажа из-за сквозняка, ветра, дождя; при определенных режимах сварки возникают сложности с удалением брызг расплавленного металла. 2.2 Обоснование выбора сварочных материалов При сварке сталей с низким содержанием углерода и легирующих элементов для защиты зоны горения дуги и металла сварочной ванны широко используется углекислый газ из-за его дешевизны. Также допускается использование смеси углекислого газа с кислородом ( до 30% ) и аргоном ( до 50% ). Кислород увеличивает окисляющее действие на сварочную ванну, это позволяет уменьшить содержание легирующих элементов в металле шва. Использование кислорода позволяет снизить разбрызгивание металла при сварке, повысить текучесть металла, связывая водород, уменьшить вероятность образования пор. Добавки в углекислый газ аргона изменяют технологические свойства дуги (глубину проплавления и форму шва, стабильность дуги и др.) и позволяют регулировать концентрацию легирующих элементов в металле шва. 23 В основном используется полуавтоматическая сварка в углекислом газе. Технология сварки в СО 2 аналогична технологии сварки низкоуглеродистых сталей. Применяются такие же сварочные материалы, что и для сварки сталей с низким содержанием углерода. Стали 15ХСНД, 14ХГС и 10ХСНД сваривают сварочной проволокой Св-08Г2С. Химический состав проволоки представлен в таблице 4. Следует отметить, что сварку низколегированных сталей рекомендуется проводить в среде углекислого газа, плотностью тока более 200-250 А/мм 2 на постоянном токе обратной полярности. Углекислый газ по ГОСТ 8050-85 и чистотой не менее 99,5%. В качестве защитного газа принимаем – углекислоту. Таблица 3 – Химический состав наплавленного металла и предел прочности металла шва [3] Марка проволоки, мм Хим. состав наплавленного металла σ В , Н/мм 2 C, % Mn, % Si, % S, % P, % Cu, % Св-08Г2С 0,06 1,8 0,88 0,012 0,01 <0,25 550 Св-12ГС <0,14 0,8-1,1 0,6-0,9 <0,025 <0,03 <0,25 550 Св-08 <0,1 0,3-0,6 <0,03 0,04 0,04 <0,25 540 Таблица 4 – Химический состав проволоки Св-08Г2С [3, c 46] Массовая доля химических элементов, в пределах или не более % С Mn Si Cr Ni Cu S P Mo As N 0,05- 0,11 1,8-2,1 0,7- 0,95 0,2 0,25 0,2 0,01 0,015 0,15 0,08 0,008 2.3 Типы переноса металла при сварке в защитных газах Процесс сварки в среде защитных газов, будучи процессом, при котором используется плавящийся электрод, характеризуется переносом электродного металла через дугу в сварочную ванну. Перенос металла осуществляется посредством капель расплавленного электродного металла формирующихся на торце электродной проволоки. Их размер и частота перехода в сварочную ванну зависят от материала и диаметра электродной проволоки, типа защитного газа, полярности и значения тока сварки, напряжения дуги и других факторов. 24 Характер переноса электродного металла определяет, в частности, стабильность процесса сварки, уровень разбрызгивания, геометрические параметры, внешний вид и качество сварного шва. При сварке в защитных газах процесс переноса электродного металла осуществляется двумя формами. Первая форма – перенос с короткими замыканиями. При этом типе переноса капля электродного металла касается сварочной ванны, еще не оторвавшись от конца электрода. Дуга гаснет, происходит короткое замыкание, капля электродного металла втягивается в сварочную ванну. Перенос с электродного металла с короткими замыканиями происходит при низком напряжении дуги, это гарантирует, что касание капли сварочной ванны произойдет еще до её отделения от электрода. Рисунок 5 – Перенос металла с короткими замыканиями[48] Благодаря низким режимам сварки, а также тому факту, что в течение части времени дуга не горит, тепловложение в основной металл при сварке с короткими замыканиями ограничено. Эта особенность процесса сварки с короткими замыканиями делает его наиболее подходящим для сварки стуб с небольшой толщиной стенки. Сварочная ванна малых размеров и короткая дуга, ограничивающая чрезмерный рост капель, обеспечивают лёгкое управление процессом и позволяют осуществлять сварку во всех пространственных положениях, включая потолочное и вертикальное, как показано на рисунке 6. 25 Рисунок 6 – Сварка в вертикальном положении[48] При использовании сварки с короткими замыканиями применительно к соединениям с большими толщинами могут наблюдаться подрезы и отсутствие проплавления. Вторая форма – перенос без коротких замыканий. При этом типе переноса капля электродного металла отрывается от конца электрода, не касаясь поверхности сварочной ванны. Данная форма переноса электродного метала подразделяется на перенос крупными каплями и перенос мелкими каплями. Крупнокапельный перенос металла имеет место, когда сварка ведётся на высоких напряжениях дуги (исключающих короткие замыкания) и средних значениях тока сварки. Он, как правило, характеризуется нерегулярным переходом крупных капель расплавленного электродного металла (превышающих диаметр электрода) и низкой частотой переноса (от 1 до 10 капель в секунду). Из-за того, что сила тяжести играет решающую роль в этом типе переноса металла, сварка ограничена только нижнем положением. Рисунок 7 – Крупнокапельный перенос лектродного металла [48] 26 При сварке в вертикальном положении некоторые капли могут падать вниз, минуя сварочную ванну (как это видно на рисунке на последнем кадре). Рисунок 8 – Потери металла при сварке в вертикальном положении [48] Сварочная ванна имеет большие размеры и, поэтому, трудноуправляема с тенденцией стекания вниз при сварке в вертикальном положении или выпадения при сварке в потолочном положении, что также исключает возможность сварки в этих пространственных положениях. Эти недостатки, а также неравномерное формирование сварного шва приводят к нежелательности использования этого типа переноса металла при сварке в защитных газах. Мелкокапельный перенос металла характеризуется одинаковыми каплями малых размеров (близкими к диаметру электрода), отделяющихся от торца электрода с высокой частотой. Рисунок 9 – Мелкокапельный перенос лектродного металла [48] Такой тип переноса обычно наблюдается при сварке на обратной полярности в защитной смеси на базе аргона и при высоких напряжениях дуги и токах сварки. В связи с тем, что этот тип переноса требует использования высокого тока сварки, приводящего к высокому тепловложению и большой сварочной ванне, он может быть применён только в нижнем положении и не 27 приемлем для сварки тонколистового металла. Его используют для сварки и заполнения разделок металла больших толщин (обычно более 3 мм толщиной), в первую очередь при сварке тяжёлых металлоконструкций. Главными характеристиками процесса сварки с мелкокапельным переносом являются: высокая стабильность дуги, практическое отсутствие разбрызгивания, умеренное образование сварочных дымов, хорошая смачиваемость кромок шва и высокое проплавление, гладкая и равномерная поверхность сварного шва, возможность ведения сварки на повышенных режимах и высокая скорость наплавки. Благодаря этим достоинствам мелкокапельный перенос металла является всегда желательным там, где его применение возможно, однако, он требует строгого выбора и поддержания параметров процесса сварки. При сварке в среде СО 2 возможен только один тип переноса – с короткими замыканиями. 2.4 Импульсный перенос электродного металла При одной из разновидностей сварки в защитных газах используются импульсы тока, которые управляют переходом капель электродного металла таким способом, чтобы мелкокапельный перенос металла осуществлялся на средних токах сварки (I ср ) ниже критического значения. При этом типе переноса электродного металла происходит принудительное изменение тока между током базы (I б ) и током импульса (I и ). Базовый уровень тока выбирается так, чтобы обеспечить поддержание горения дуги при малом влиянии на расплавление электродной проволоки. Ток импульса превышает уровень тока, при котором крупнокапельный перенос металла переходит в мелкокапельный. Ток импульса отвечает за расплавление конца электродной проволоки, образование капли электродного металла определённого размера, отделение этой капли электродного металла с конца электродной проволоки под действием электромагнитной силы (Пинч-эффект). Период пульсации тока импульса определяется суммой длительностей импульса (t и ) и базы (t б ). Величина, обратная периоду пульсации, называется частотой пульсации. 28 Скорость расплавления электродной проволоки зависит от энергии, которую выделяет электрическая дуга, а энергию электрической дуги определяет частота импульсов тока, амплитуда импульсов и их продолжительность. Процесс импульсно-дуговой сварки сочетает в себе достоинства процесса сварки с короткими замыканиями (такие как низкое тепловложение и возможность сварки во всех пространственных положениях) и процесса сварки с мелкокапельным переносом (отсутствие разбрызгивания и хорошее формирование металла шва). В течение одного импульса тока может быть сформировано и перенесено в сварочную ванну от одной до нескольких капель. Оптимальным является такой перенос металла, когда за каждый импульс тока формируется и переносится лишь одна капля электродного металла, как это показано на рисунке ниже. Для его осуществления необходима тщательная регулировка параметров сварки ИДС, которая в современных источниках тока осуществляется автоматически на основе синергетического управления. Рисунок 10 – Импульсный перенос лектродного металла [48] 29 2.5 Влияние полярности тока на процесс сварки в защитных газах Полярность тока сварки существенным образом сказывается на характере протекания процесса сварки в защитных газах. Так, при использовании обратной полярности процесс сварки характеризуется следующими особенностями: повышенный ввод тепла в изделие; более глубокое проплавление; меньшая эффективность плавления электрода; большой выбор реализуемых типов переноса - металла, позволяющий выбрать оптимальный (с короткими замыканиями, крупнокапельный, мелкокапельный, струйный, ИДС ...). В то время как при сварке на прямой полярности наблюдается: сниженный ввод тепла в изделие; менее глубокое проплавление; большая эффективность плавления электрода; характер переноса электродного металла крайне неблагоприятен (крупнокапельный с низкой регулярностью). Рисунок 11 – Сравнительный анализ особенностей сварки в защитных газах на обратной и на прямой полярности Разница в выделении тепла в анодной и катодной областях определяет более глубокое проплавление основного металла на обратной полярности, более высокую скорость расплавления электрода на прямой полярности, а также наблюдаемый на прямой полярности неблагоприятный перенос металла, 30 когда капля имеет тенденцию быть оттолкнутой в противоположную сторону от сварочной ванны. Последнее является результатом действия повышенной силы реакции. Сила реакции возникает в результате реактивного воздействия на каплю струи паров металла исходящего из активного пятна, т.е. участка поверхности капли с наивысшей температурой. Сила реакции препятствует отделению капли от торца электрода, а будучи значительной, она может вызывать перенос металла с характерным отталкиванием капель в сторону от дуги, сопровождаемым большим разбрызгиванием металла. Действие этой силы на порядок ниже на обратной полярности (когда электрод является анодом), чем на прямой (когда электрод является катодом). 2.6 Достоинства и недостатки Главными достоинствами процесса сварки МИГ/МАГ являются высокая производительность и высокое качество сварного шва. Высокая производительность объясняется отсутствием потерь времени на смену электрода, а также тем, что этот способ позволяет использовать высокий ток сварки. Еще одним достоинством этого способа сварки является низкое тепловложение, особенно при сварке короткой дугой (при сварке с короткими замыканиями), что делает этот способ наиболее подходящим для сварки во всех пространственных положениях. К недостаткам этого процесса по сравнению со сваркой покрытыми электродами можно отнести следующее: оборудование более сложное и более дорогое; сложнее выполнять сварку в труднодоступных местах, так как горелка, как правило, крупнее электрододержателя и должна находиться близко от зоны сварки, что не всегда возможно; более сложная взаимосвязь между параметрами сварки; предъявляются более высокие требования к подготовке и очистке кромок; более сильное излучение от дуги. |