31 група   17.03.2020р.    Урок №49-50

ТЕМА №16.  Особливості зварювання деяких типів            конструкційних виробів

Урок №49-50. Зварювання трубопроводів.
                         Підсумковий урок.

План

1.    Загальні відомості про зварювання сталевих трубопроводів.
2.    Матеріали та інструменти для електрдугового зварювання металевих труб.

3.    Технологія ручного дугового зварювання сталевих труб.
4.  Контроль якості зварних з'єднань сталевих трубопроводів.

Домашнє завдання : І.В.Гуменюк, О.Ф. Іваськів 
                                   Технологія електродугового зварювання
                                    ст.396-405. Виконати тестові завдання.

Для вивчення теми уроків можна використати підручник або наступний матеріал

1. Загальні відомості про зварювання сталевих трубопроводів

Під час виготовлення деталей, вузлів і виконання монтажних робіт використовують різні види зварювання.В умовах заготівельних підприємств найрозповсюдженіше напівавтоматичне електрозварювання в середовищі вуглекислого газу, а в умовах монтажного майданчика - ручне електродугове зварювання. Газове зварювання під час виготовлення трубних вузлів використовують рідко і в основному для труб Dy <80 мм з товщиною стінки до 3,5 мм.

В процесі зварювання необхідний систематичний контроль його якості. Зварений стик по всій його довжині за зовнішнім виглядом повинен задовольняти такі вимоги: поверхня шва повинна бути рівною, трохи опуклою; шов повинен мати рівномірне посилення; у шві не повинно бути тріщин, шпар, виїмок, підрізів, незаварених кратерів, а і акож перепалу і підтікання наплавленого металу всередину труби.

Непроварення - відсутність сплавляння між основним і наплавленим металом, а також між окремими шарами у багатошаровому іварюванні. Виникає непроварення з таких причин: з-за малої сили струму, швидкого переміщення електрода або пальника, неправильної підготовки країв (фасок), великого діаметра електрода під час накладання першого шару шва.

Тріщини - часткове місцеве пошкодження звареного з’єднання. Як і непровари, вони є найнебезпечнішими дефектами, що знижують міцність шва. 

Пори - газові включення шва. 

Шлакові включення — невеликі об’єми, заповнені шлаками, окислами.

До зовнішніх дефектів належать відхилення розмірів і форми під проектних, підрізи, напливи, натікання, пропали, кратери. 

Підрізи - заглиблення в основному металі вздовж межі шва. Виникають під час царювання струмом великої сили або пальником великої потужності. Підрізи зварюють тонким валиковим швом з попереднім зачищенням. 

Напливи і натікання - надлишково наплавлений метал на зовнішній частині шва. 

Пропали - наскрізне пропалювання (свищ) в зварених деталях з виходом рідкого металу на протилежний від зварювальної ванни пік Виникають, якщо сила струму велика. 

Кратер - найслабше місце зварного шва - заглиблення, яке утворюється в кінці шва під час раптової зупинки зварювання. Як правило, кратери виникають у коротких перерваних швах. Дефектне місце зачищають і зварюють.

Контролюють якість зварених з’єднань залежно від вимог проекту або технічних умов різними способами: зовнішнім оглядом, механічними випробуваннями, фізичними методами контролю (металографічне дослідження, просвічування рентгенівськими або гамма- променями, ультразвуком, магнітографічним методом). Щільність зварених з’єднань перевіряють гідравлічними або пневматичними випробуваннями. Візуально виявляють зовнішні дефекти шва: напливи, надрізи, кратери, пропали, тріщини, свищі, зовнішні пори.

Зварювання можна розділити на дві основні групи: оплавленням і тиском. Під час санітарно-технічних робіт використовують такі види зварювання: ручне газове, ручне електродугове металевими електродами, електроконтактне, напівавтоматичне і автоматичне електродугове під шаром флюсу, напівавтоматичне і автоматичне електродугове в захисних газах, зварювання порошковим електродним дротом.

Широко застосовується електродугове зварювання постійним і змінним струмом. Під час зварювання постійним струмом до зварюваного виробу прикріпляють провід, з’єднаний з плюсовим полюсом машини, а до електрода - провід від мінусового. Це так зване з’єднання прямої полярності; у з’єднаннях зворотної полярності - плюс на електроді, а мінус - на виробі, що зварюється. Економічніше зварювання змінним струмом(знижується витрата електроенергії, менша вартість обладнання і простіша його експлуатація).

Трубопроводи, що працюють з надлишковим тиском, більшим за 0,07 МПа, зварюють згідно з правилами Держнаглядохоронпраці.

До зварювання таких трубопроводів допускаються робітники, які пройшли спеціальну підготовку і мають відповідні посвідчення.

До зварювання вузлів санітарно-технічних систем з труб Dy>70 мм і газопроводів всіх діаметрів із сталевих труб допускаються робітники, що склали іспит за програмою, затвердженою підприємством.

Зварювальні матеріали повинні мати супроводжувальні заводські сертифікати, в яких, крім стандарту на виготовлення, наводяться й інші відомості. У сертифікатах на електроди вказують їх призначення і сферу застосування, товщину і вид покриття, допустимі просторові положення зварювання, вид і полярність струму, а також механічні властивості та хімічний склад металу, що наплавляється. У сертифікатах на зварювальний дріт і флюси наводяться марка і хімічний склад. Матеріали для зварювання, які не мають сертифікатів, застосовувати не рекомендується.

Покриті електроди перед використанням прожарюють для видалення вологи з покриття. Режим прожарювання залежить від виду покриття. Так, електроди МР-3 прожарюють не менше ніж 90 хв за температури 170...200 °С, а марки УОНІ-13/45 - за температури 350...370 °С протягом не менше ніж 1 год.

Зварювальний дріт безпосередньо перед зварюванням очищають хімічним або механічним способами. Зварювальні флюси просушують за температури 170...300 °С (залежно від марки). Балони з захисним газом (особливо з СО,) для видалення вологи встановлюють вентилем вниз і продувають короткочасним відкриванням вентиля.

Газове зварювання є малопродуктивним, не забезпечує високої якості зварного з’єднання. Зі збільшенням випуску покритих електродів малого діаметра (до 3 мм) газове зварювання витісняється ручним дуговим зварюванням електродами марок Е42 і Е 46, а також УОНІ-13/ 45 і МР-3.

Для дугоконтактного зварювання трубопроводів сантехнічних систем використовують установки УДК. Кінці труб Dy = 15 і 20 мм з товщиною стінки 1,8...2 мм нагрівають електродугою, розташованою між торцями труб. Дуга переміщається під впливом магнітного поля по периметру труб, що зварюються. Після того, як поверхні трубних торців сплавляться, виконують осадження і отримують зварне з’єднання хорошої якості. Продуктивність установки 15...20 зварних стиків за годину.

Високою є якість ручного дугового зварювання постійним струмом.

 

2. Матеріали та інструмент для електродугового зварювання

металевих труб

Дріт сталевий зварювальний виготовляється таких діаметрів: 0,3; 0,5; 0,8; 1; 1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,4; 3; 4; 5; 6; 8; 10 і 12 мм.

Дріт перших семи діаметрів використовується, в основному, для млиівавтоматичного і автоматичного зварювання в захисних газах. Для ііпоматичного і напівавтоматичного зварювання під флюсом шікористовується дріт діаметром 2...6 мм. З дроту діаметром 1,6... 12 мм мінотовляють стержні електродів.

Дріт маркується індексом “Зв” і наступними за ним буквами і цифрами. Буквами позначені хімічні елементи, які є в металі дроту: А - .і юг; І; - ніобій; Г - марганець; С — кремній; Ф - ванадій; X - хром; Н - нікель; М-молібден;Т - титан; Ю - алюміній; Ц - цирконій тощо. Перші пін ча індексом “Зв” цифри вказують на вміст в сталі вуглецю у відсотках.

Відсутність цифри після буквенного позначення елемента означає, що цього елементу в матеріалі дроту менше ніж один відсоток. Буква А в кінці індексу вказує на понижений вміст шкідливих домішок (сірки, фосфору).

ГОСТ 2246-70* встановлює 77 марок зварювального дроту, які поділяються на три основні групи: вуглецеві (6 марок) для зварювання маловуглецевих, середньовуглецевих і деяких сортів низьколегованих сталей; леговані (30 марок) і високолеговані (41 марка). Для електро- і газозварювальних робіт використовують маловуглецевий зварювальний дріт марок: Зв-0,8; Зв-0,8А; Зв-0,8АА; Зв-0,8ГА; Зв-ЮГА; Зв-10Г2тощо. Порошковий електродний дріт застосовують замість дорогого легованого. Його виготовляють із сталевої стрічки, згорненої в трубку, середина якої наповнена порошком із суміші феросплавів, залізного порошку і графіту.

Діаметр дроту 2,5...5 мм. Для будівельно-монтажних робіт використовують порошковий дріт марок АА-АНІ, ПП-АН2, ПП-АНЗ, ПП-ДСК, які дають метал шва з високими механічними властивостями. Зварювання порошковим дротом виконується за допомогою зварювальних напівавтоматів А-765, А-1035 М тощо.

Для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей ДСТУ передбачає дев’ять типів електродів: Е38, Е42; Е42А; Е46; Е46А; Е50; ЕВ50А; Е60. Цифра означає гарантовану межу міцності на розтяг (кГс/ мм2). Буква А вказує на те, що наплавлений метал має підвищену пластичність.

Електродні покриття розділяються на дві групи: тонкі (стабілізаційні) і товсті (якісні). Якщо покриття тонке, розплавлений метал шва окисляється і насичується азотом повітря. Шов стає крихким, пористим, з неметалевими включеннями. Зварні високоякісні з’єднання виконують електродами з товстим покриттям.

За видом покриття електроди поділяються на: А - з кислим покриттям; Б - з лужним (на основі плавикового шпату, мармуру); Ц - з целюлозним; Р - з рутиловим; П - з іншими видами покриття.

Електроди необхідно зберігати в сухих приміщеннях за температур, вищих за 15 °С, і захищати їх від зволоження.

Флюси служать для захисту металу, що наплавляється, від атмосферного повітря і для насичення його необхідними присадками, їх використовують під час автоматичного і напівавтоматичного зварювання металу і для утворення шлакової кірки. За способом виготовлення флюси розділяються на плавлені та неплавлені.

Плавлені флюси (штучні силікати) виготовляють згідно з ГОСТом 9087-81.Неплавлені флюси є механічною сумішшю порошкоподібних компонентів, що зв’язані розчином або спіканням. До них належать також магнітні флюси.

Для механічного зварювання і наплавлення вуглецевих низьколегованих сталей використовують флюси марок: АН-348-А, АН- 348-АМ, АН-346-В, АН-348-БМ, ОСЦ-45, РСЦ-45М, АН/60, ФЗЦ-9 тощо.

У практиці широко розповсюджені аргонодугове зварювання і зварювання у вуглекислому газі. Інертний газ гелій використовується дуже рідко.

Аргон постачається у балонах типу А, пофарбованих в сірий колір з зеленим написом “Аргон чистий” (під тиском 15 МПа). Використо¬вується для зварювання відповідальних швів високолегованих сталей, алюмінію, магнію і сплавів.

Вуглекислий газ двох гатунків (вищого і першого) у зрідженому стані транспортується в балонах типу А місткістю 40 л з максимальним тиском 20 МПа. Використовується для зварювання маловуглецевих і деяких конструктивних і спеціальних сталей.

Джерелом живлення під час дугового зварювання служать: зварювальні генератори (перетворювачі) постійного струму з приводом від електродвигуна; зварювальні генератори постійного струму з приводом від двигуна внутрішнього згоряння (зварювальні агрегати); зварювальні напівпровідникові випрямлячі; зварювальні трансформатори змінного струму.

Зварювальний перетворювач складається з асинхронного електродвигуна і генератора постійного струму, які можуть бути зібрані в одному корпусі (однокорпусні) або нарізно. Постійний струм генераторів никористовується під час ручного зварювання малими струмами (стійкіша дуга) і для автоматичного зварювання металів і сплавів завтовшки до 4 мм під флюсом або в середовищі захисних газів.

Зварювальні трансформатори змінного струму складаються з понижувального трансформатора і регулювального пристрою - дроселя, рухомого магнітного шунта, рухомої обмотки (для створення спадної зовнішньої характеристики і регулювання сили зварювального струму). Трансформатори (марки - СТЕ, СТН, ТСД) забезпечують живлення дуги іміипим струмом напругою 60... 70 В. Трансформатори типу СТЕ широко використовуються під час ручного дугового зварювання.

Зварювальні випрямлячі використовуються під час зварювання постійним струмом. Вони складаються з двох основних частин: грапсформатора з пристроєм регулювання зварювального струму та маскою.

Електродержаки (ГОСТ 14651-78) виготовляються різних типів (табл.1).

Типи електротримачів

Тип	Номінальна сила струму, А	Переріз одножильного струмопровідного кабеля, мм2
ЕД-12	125	16 і 25
ЕД-20	200	25 і 35
ЕД-25	250	35 і 50
ЕД-31	315	35 і 50
ЕД-40	400	50 і 70
ЕД-50	500	70 і 90

Щитки і маски для захисту очей і лиця електрозварювальника від прямого випромінювання електричної дуги, бризок розплавленого металу та іскор виготовляються з корпусами із струмонепровідного нетоксичного і вогнетривкого матеріалу з матовою, гладкою внутрішньою поверхнею. Маска повинна мати наголовник, що м’яко охоплює голову електрозварювальника.

Щитки і маски мають світлофільтри марки БС-100, якщо сила струму до 100А, БС-300 - якщо сила струму доЗООА і БС-500, якщо сила струму до 500А, накривне прозоре скло завтовшки не менше ніж 2,5 мм для захисту світлофільтрів від бризок металу і захисне органічне скло завтовшки не більше 2 мм. Слюсарі, що допомагають електрозварю- вальникам, використовують світлофільтри типів ГС-3 і ГС-7.

Електрозварювальника забезпечують металевою щіткою, молотком, зубилом, кріпильним і центрувальним інструментом, набором шаблонів для контролю розмірів шва, сталевим клеймом.

Для захисту тіла від опіків зварювальник працює у брезентовому костюмі та рукавицях, шкіряному взутті або валянках. Штани повинні вдягатись з напуском поверх взуття. 

3. Технологія ручного електродугового зварювання сталевих труб

Перед зварюванням виконуються підготовчі роботи: розмічання, розрізання, очищення, випрямляння деталей, що з’єднуються, стикування їх у монтажному положенні та підготовка торців. Деталі, що з’єднуються, очищають на відстань 25...З0 мм від бруду, іржі, задирок і висушують. Випрямляють зігнуті деталі вручну на правильних плитах ударами кувадла або за допомогою ручних чи приводних пресів.

Підготовка торців до зварювання полягає в тому, що їм надають такої геометричної форми, за якої забезпечується найкраща якість зварюваного шва.

Рис.1. Підготовка торців під зварювання

Елементи підготовки торців під зварювання такі (рис.1): кут скошення країв , який виконується, якщо товщина металу більша за З мм р= ЗО...35 °; відсутність цього елемента може призвести до пепроварювання, а також до перегрівання і перепалювання металу;

зазор b, який забезпечує повне проварювання по перерізу з’єднання під час виконання першого шару шва; зазор повинен бути не більшим за 1... 1,5 мм, якщо товщина стінки труби 2,5...5 мм;

притуплення країв S, яке забезпечує стійкість зварювання першого шару, приймається 1...3мм; якщо притуплення країв відсутнє, то може виникати пропалювання;

зміщення країв С впливає на міцність зварного з’єднання і сприяє непроварюванню; зміщення країв один відносно одного допускається до 10 % від товщини поєднаних деталей, але не більше за 3 мм.

Перед зваркою шви прихваток очищають від шлаку. Потім приступають до дугового зварювання стику. Дугове зварювання поворотних і неповоротних стиків труб при товщині стінок до 6 мм виконують не менш ніж у 2 шари; при товщині стінок труб понад 6 мм - не менш ніж в 3 шари (рис. 2). Товщина першого шару повинна складати 15 -20% від товщини стінки труби δ; товщина першого і другого шарів разом повинна становити 60-75%; товщина всіх трьох шарів повинна бути більше товщини стінки труби на 1-3 мм за рахунок посилення, тобто опуклого валика наплавленого металу.

Рис.2. Послідовність наложення шарів зварного шву.

1-3 номера шарів і послідовність їх наложення; δ- товщина стінки труби; В- ширина шва; А- зазор; h-посилення шву.

Технологія ручного електродугового зварювання поворотних стиків зводиться до наступного (рис. 1, а). Перший шар накладают на верхнє півколо всіх стиків секції. Після цього секцію повертають на 180 °, і зварювання першого шару продовжується на другому півколі стику. Другий шар накладають в полувертикальном положенні шляхом поступового повертання труби. Другий шар шва, так само як і перший, роблять з увігнутою поверхнею валика. Третій шар накладають аналогічно другому, але поворот труби роблять в обратному напрямку.

Рис.3. Послідовність виконання електродугового ручного зварювання

а)- при поворотному просторовому положенні; б) - при неповоротному положенні;

І, ІІ, ІІІ- положення при зварюванні відповідно першого, другого і третього шарів;

1-5 - послідовність накладення ділянок кореневого шва.

Третій, останній шар повинен мати равномірно випуклу поверхню. Перехід від наплавленого металу до основного повинен бути рівномірним по всій довжині шва.

Перед накладенням другого і третього шарів необхідно ретельно видалити шлак, що утворився при зварюванні попереднього шару. Зварювання неповоротних стиків газопроводів виконують при з'єднанні секцій у траншеях, при вварюванні «катушек», а також при зварюванні трубопроводів методом нарощування. При зварюванні неповоротних стиків накладення окремих шарів роблять у такий спосіб (рис.3). Перший шар усього стика проварюють обратноступенчатим швом, при цьому замок першого шару розташовують у точці зеніту труби або поблизу від неї. Другий шар шва заварюють знизу вгору, замок зміщують від точки зеніту на 50-70 мм. Зварку ведуть почергово або одночасно з обох сторін труби. Аналогічним чином заварюють третій шар шва, причому замок зміщують від зеніту в протилежну сторону. Ручну електродугову неповоротну зварку виконують такими ж електродами, як і поворотну. По закінченню зварювання зварник повинен наплавити біля стика присвоєне йому клеймо. Клеймо наноситься на відстані 30-50 мм у кожного стика.

ТЕХНІКА ЗВАРЮВАННЯ СТАЛЕВИХ ТРУБОПРОВОДІВ

Рис.1. Техніка зварювання неповоротних стиків

    

               

Рис.2. Техніка ручного дугового зварювання покритими електродами

                 

          

Рис.3. Багатошарове зварювання стика трубопроводу

4. Контроль якості зварних з'єднань сталевих трубопроводів

Якість зварених швів трубопроводів перевіряють методами:

вхідного контролю, систематичного післяопераційного контролю, зовнішнього огляду і вимірювань, неруйнівного контролю, випробувань механічних властивостей пробних стиків і металографічних досліджень.

У вхідний контроль входить перевірка: кваліфікації зварювальників та інженерно-технічних працівників, контроль якості зварювання, технічного стану і виконання правил експлуатації зварювального обладнання, оснащення, апаратури і контрольно-вимірювальних приладів; проектної і виконавчої нормативно-технічної документації на відповідність її ТУ, ДСТу тощо.

Післяопераційний контроль складається з перевірки: стану і якості труб, деталей і елементів, арматури і зварювальних матеріалів, правильності оброблення країв і чистоти їх поверхонь, контролю якості збирання стиків під зварювання, зміщень країв, зазорів і неспіввісності; параметрів режиму зварювання.

Зовнішньому оглядові і вимірюванню підлягають всі зварені стики для виявлення можливих дефектів: тріщин, напливів і підрізів, пропалів і кратерів; нерівномірності посилення звареного шва по ширині і висоті, а також його відхилення від осі, непроварювань, невідповідності геометричних розмірів швів вимогам креслень проектів і ДСТу.

Зовнішній вигляд зварених швів, виконаних дуговим зварюванням, повинен відповідати таким вимогам: поверхня швів повинна бути злегка випуклою і гладкою; ніздрюватість і пористість, груба лушпинчатість не допускається; перехід від наплавленого металу до основного повинен бути плавним; шви не повинні мати тріщин, пропалів, кратерів і підрізів глибиною більше за 0,5 мм (в зварених швах трубопроводів з Ру вище за 10 МПа підрізи не допускаються).

Неруйнівний контроль проводять фізичними методами, які дають змогу виявити в зварених з'єднаннях недоступні для зовнішнього огляду внутрішні дефекти. До таких методів контролю належать: радіографічний із застосуванням рентгенівських апаратів, гамма-дефектоскопів і електрорадіографічних апаратів; ультразвуковий з застосуванням ультразвукових дефектоскопів; кольоровий і магніто-порошковий. Механічними випробуваннями металу зварених швів перевіряють відповідність механічних властивостей: межі міцності, текучості, відносного видовження, ударної в'язкості, кута згинання.

Металографічні дослідження необхідні для визначення структури металу шва і біляшовної зони, виявлення в звареному шві газових або шлакових включень, волосяних тріщин, непроварювань.

Для виправлення дефектних місць їх вирубають і знову зварюють. В інших випадках дефектний стик повністю видаляють з трубопроводу, а на його місце вварюють вставку (котушку). Всі виправлені стики повинні бути перевірені неруйнівними методами контролю.

                                                               ТЕСТИ

Тема: «Особливості зварювання деяких типів зварних конструкцій»

Завдання з вибором однієї правильної відповіді: з чотирьох варіантів потрібно обрати один правильний. За виконання одного завдання можна отримати 0 або1 бал.

1. Позначте назву конструктивних елементів зварних конструкцій, що працюють на поперечний згин:

     А  - колони

     Б  - балки                                                                           

     В  - оболонки

     Г  - резервуари

2. Позначте на скільки категорій поділяють зварні конструкції:

     А  - 4

     Б  - 5                                                                                                 

     В  - 3

     Г  - 6

3. Позначте до якої категорії зварних конструкцій відносять котли:

    А  - будівельні

    Б  - машинобудівні                                                                        

    В  - трубопроводи

    Г  - промислові

4. Позначте марку сталі з якої виготовляють металоконструкції:

     А  - Ст 1сп

     Б  - Ст 6нс                                                                                       

     В  - Ст 2кп

     Г  - Ст 3нс

5. Позначте тип електрода для ручного зварювання будівельних конструкцій:

    А  - Э42

    Б  - Э52                                                                                         

    В  - Э62

    Г  - Э72

6. Позначте марку електродів для зварювання будівельних конструкцій:

    А  - МР – 3; АНО – 4; УОНИ 13/45

     Б  - МН4 – 2; АНО – 12; УОНИ 12 /40                                          

     В  - НС – 4; АНО – 8 ; УОНИ 10/45

     Г  - ОЗС – 6; АНО – 27; УОНИ 16/55

7. Вкажіть розмір зазору між деталями при зварюванні будівельної конструкції з товщиною металу до 4мм (в мм):

     А  - 0,1

     Б  - 0,2                                                                                           

     В  - 0,3

     Г  - 0,5

8.     Вкажіть вид зварного шва який забезпечує якісне зварювання при виготовленні двотаврових балок:

    А  - нижній

    Б  - горизонтальний                                                                         

    В  - вертикальний

    Г  - «у човник»

9.     Позначте назву металоконструкцій, що складається з верхнього та  нижнього поясів і решітки:

      А  - балка

      Б  - колона                                                                                       

      В  - ферма

      Г  - башта

10. Позначте якими повинні бути зварні шви посудин, що працюють під тиском:

     А  - накладні

     Б  - стикові                                                                                       

     В  - кутові

     Г  - торцеві

11. Які типи зварних з’єднань використовують при виготовленні і монтажі трубопроводів?

     А  - стикові;

                  Б  - стикові, кутові, фасонні, напусткові;

     В  - кутові;

     Г  - стикові, напусткові

12. Для виготовлення яких конструкцій використовують руонний спосіб?

    А  - трубопроводів;

                 Б  - ферм;

     В  - резервуарів

     Г  - балок

Правильних відповідей    ___________

Набраних балів              ___________         __________________