17.11.2022

Группа 512

Предмет: Технология производства сварных конструкций

Тема :Трубопроводы

 Тема урока: 

Технология сборки и сварки трубных конструкций Способы приварки патрубков и фланцев

Типы стыковых соединений трубных конструкций

Цель урока: изучить данную тему, составить конспект урока. Ответить на вопросы письменно. 

Сборка стыков труб

6.2.1. Конструкции сварных соединений должны быть указаны в проектно-конструкторской документации.

Основные рекомендуемые конструкции стыков сварных соединений даны в табл.6.2. Допускается применение сварных соединений с другими конструктивными размерами подготовки кромок, если при этом обеспечивается надлежащее качество соединения.

6.2.2. При сборке стыков труб под сварку следует пользоваться центровочными приспособлениями, предпочтительно инвентарными, непривариваемыми к трубам. Рекомендуются приспособления, приведенные вприложении 11.

Таблица 6.2

Конструкции сварных стыковых соединений труб

"Конструкции сварных стыковых соединений труб"

Примечания.

1. В таблице приняты следующие условные обозначения способов сварки: РД- ручная дуговая покрытыми электродами;РАД- ручная аргонодуговая неплавящимся электродом;ААД- автоматическая аргонодуговая неплавящимся электродом;АФ- автоматическая под флюсом;МП- механизированная в углекислом газе;Г- газовая;К(РАД)- комбинированная: корень - ручная аргонодуговая, остальное - ручная дуговая или механизированная в углекислом газе;К(ААД)- комбинированная: корень - автоматическая аргонодуговая, остальное - ручная дуговая или механизированная в углекислом газе.

2. Зазор "а" для способов сварки РАД, ААД, К(РАД), К(ААД) указан без скобок в случае выполнения корневого слоя шва (первого прохода) без присадочной проволоки, в скобках - с присадочной проволокой.

3. В седьмой графе в скобках приведены допустимые пределы угла скоса кромок "альфа", отличного от оптимального из-за неточности обработки или из-за изготовления труб по другим стандартам или техническим условиям.

При сборке стыков труб из хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей с помощью уголков (см. рис.П.11.1 приложения 11) приварка этих элементов к трубам должна производиться электродами типа Э42А или Э50А с предварительным подогревом места приварки согласно даннымтабл.6.3. Уголки могут быть удалены (механическим путем или газовой резкой) после наложения не менее трех первых слоев стыкового шва. Места приварки этих деталей к трубам должны быть зачищены и тщательно осмотрены для выявления поверхностных трещин. В случае обнаружения дефекта это место должно быть выбрано с помощью абразивного инструмента. Если после выборки дефекта толщина трубы будет меньше допустимой расчетной, производится наплавка в соответствии с рекомендациямираздела 19.

Уголки должны быть изготовлены из стали марок 20, Ст2 или Ст3.

Таблица 6.3

Температура подогрева стыков труб перед прихваткой и сваркой дуговыми способами при положительной температуре окружающего воздуха

┌──────────────────────┬───────────────────────────────────┬────────────┐

│ Марка стали │ Номинальная толщина свариваемых │Температура │

│ свариваемых деталей │ деталей, мм │подогрева,°С│

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│Ст2, Ст3, Ст3Г, Ст4, │До 100 включительно │ - │

│ │ │ │

│08, 10, 15Л, 20, 20Л │Свыше 100 │ 100-150 │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│25Л, 10Г2 │До 60 включительно │ - │

│ │ │ │

│ │Свыше 60 │ 100-150 │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│15ГС, 16ГС, 17ГС, │До 30 включительно │ - │

│ │ │ │

│14ГН, 16ГН, 09Г2С, │Свыше 30 │ 100-150 │

│ │ │ │

│10Г2С1, 17Г1С, │ │ │

│ │ │ │

│17Г1СУ, 14ХГС │ │ │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│20ГСЛ │До 30 включительно │ - │

│ │ │ │

│ │Свыше 30 │ 150-200 │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│12МХ, 15ХМ │До 10 включительно │ - │

│ │ │ │

│ │Свыше 10 до 30 │ 150-200 │

│ │ │ │

│ │включительно │ │

│ │ │ │

│ │Свыше 30 │ 200-250 │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│12Х1МФ*, 12Х2М1, │До 10 включительно │ - │

│ │ │ │

│20ХМЛ │Свыше 10 до 30 │ 200-250 │

│ │ │ │

│ │включительно │ │

│ │ │ │

│ │Свыше 30 │ 250-300 │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│20ХМФЛ, 15Х1М1ФЛ, │До 10 включительно │ - │

│ │ │ │

│15Х1М1Ф-ЦЛ, │Свыше 10 │ 300-350 │

│ │ │ │

│15Х1М1Ф │ │ │

├──────────────────────┼───────────────────────────────────┼────────────┤

│12Х2МФСР, │До 6 включительно │ - │

│ │ │ │

│12Х2МФБ │Свыше 6 │ 300-350 │

└──────────────────────┴───────────────────────────────────┴────────────┘

_____________________________

* Для стыков труб из стали 12Х1МФ с толщиной стенки 11-14 мм температура подогрева должна быть 100-150°С.

Примечание. Аргонодуговую сварку корневой части шва стыков труб из стали 15X1М1Ф с толщиной стенки более 10 мм следует выполнять с подогревом 200-250°С, из других марок стали - без подогрева.

6.2.3. Временные привариваемые технологические крепления, применяющиеся при сборке деталей или узлов (монтажных блоков), должны устанавливаться и привариваться в соответствии с требованиями ППР или другой производственной технологической документации (ПТД). В случае отсутствия таких указаний установка временных технологических креплений должна производиться с соблюдением следующих требований:

временные технологические крепления должны быть изготовлены из стали того же структурного класса, что и собираемые детали. При этом желательно, чтобы уровень легирования стали временных технологических креплений был ниже уровня легирования стали собираемой детали. При сборке детали из стали перлитного класса с деталью из стали аустенитного класса временные технологические крепления следует изготавливать из углеродистой стали; в этом случае присадочный материал для приварки крепления к трубе из аустенитной стали выбирается по табл.15.1;

приварка временных технологических креплений к собираемым деталям должна производиться ручной дуговой или ручной аргонодуговой сваркой;

сварочный материал должен использоваться в соответствии с требованиями табл.4.1и4.4и выбираться по менее легированному из свариваемых элементов;

подогрев свариваемых элементов должен осуществляться в соответствии с требованиями подраздела 6.4, при этом приварку креплений из углеродистых сталей к деталям из углеродистой и кремнемарганцовистой стали допускается выполнять без подогрева независимо от толщины свариваемых деталей;

нельзя приваривать временные технологические крепления к сварным швам и разделкам под сварные швы;

после выполнения сварного соединения (полностью или частично) временные технологические крепления должны быть удалены механическим путем или кислородной, плазменно-дуговой либо воздушно-дуговой резкой без углубления в основной металл с последующей обработкой этого места абразивным инструментом.

6.2.4. Непосредственно перед сборкой изготовленные под сварку кромки и прилегающие к ним участки поверхностей деталей должны быть зачищены до металлического блеска и обезжирены. Ширина зачищенных участков, считая от кромки разделки, должна быть не менее 20 мм с наружной и не менее 10 мм с внутренней стороны детали. Перед установкой штуцера (трубы) в коллектор или трубопровод поверхность вокруг отверстия должна быть зачищена на расстоянии 15-20 мм со стороны наложения сварного шва, а поверхность очка - на всю глубину.

6.2.5. Смещение (несовпадение) внутренних поверхностей свариваемых труб (и фасонных деталей) при сварке стыков без подкладного кольца с односторонней разделкой кромок должно быть не более (0,02S_н + 0,4) мм (S_н - номинальная толщина свариваемых деталей), но не более 1 мм.

Для стыков трубопроводов на рабочее давление до 2,2 Мпа (22 кгс/см2) при диаметре труб более 200 мм, свариваемых без подкладного кольца, смещение внутренних кромок должно быть не выше: при толщине стенки трубы до 4 мм - 0,2S, при большей толщине - 0,15S, но не более 2 мм.

В стыках труб, собираемых и свариваемых на остающемся подкладном кольце, допускаются разность внутренних диаметров элементов не более 2 мм, зазор между кольцом и внутренней поверхностью элемента не более 1 мм. Если эти требования нельзя выполнить из-за большей разности внутренних диаметров стыкуемых элементов, плавный переход от одного элемента к другому следует сделать в соответствии с указаниями п.6.1.6.

Для стыков с остающимся подкладным кольцом при разности внутренних диаметров стыкуемых элементов не более 6 мм может быть применено фигурное подкладное кольцо (рис.6.5).

"Рис.6.5. Стыковка труб с разными внутренними диаметрами с использованием фигурного подкладного кольца"

6.2.6. При сборке труб и других элементов, имеющих продольные или спиральные швы, последние должны быть смещены один относительно другого. Смещение должно быть не менее трехкратной толщины стенки свариваемых труб (элементов), но не менее 100 мм; на трубы и элементы наружным диаметром менее 100 мм это требование не распространяется.

6.2.7. Прямолинейность труб в месте стыка (отсутствие переломов) и смещение кромок проверяют линейкой длиной 400 мм, прикладывая ее в трех-четырех местах по окружности стыка. В правильно собранном стыке максимально допустимый просвет между концом линейки и поверхностью трубы должен быть не более 1,5 мм на расстоянии 200 мм от стыка, в сваренном стыке - не более 3 мм (без учета смещения согласноп.6.1.7).

6.2.8. При сборке стыка необходимо предусмотреть возможность свободной усадки металла шва в процессе сварки не допускается выполнять сборку стыка с натягом.

6.2.9. При сборке стыков трубопроводов с подкладным кольцом его прихватку и приварку должен выполнять сварщик, который в дальнейшем будет сваривать этот стык, или сварщик, имеющий удостоверение на право сварки подобных стыков. В собранном стыке не должно быть перекоса подкладного кольца.

Последовательность сборки стыка с подкладным кольцом такова:

устанавливают подкладное кольцо в одну из труб с зазором между кольцом и внутренней поверхностью трубы не более 1 мм;

кольцо должно заходить в трубу примерно на величину 1/3 его ширины;

производят прихватку кольца с наружной стороны трубы в двух местах и затем приварку его к трубе ниточным швом катетом не более 4 мм (рис.6.6, а)*(3). Прихватку и приварку кольца к трубе из низколегированной стали следует выполнять с предварительным подогревом конца трубы и подкладного кольца в соответствии с требованиямиподраздела 6.4;

зачищают ниточный шов от шлака и брызг;

"Рис.6.6. Приварка подкладного кольца к первой (а) и второй (б) трубам"

надвигают на выступающую часть подкладного кольца вторую трубу;

зазор между ниточным швом и второй трубой должен быть 4-5 мм;

проверяют правильность сборки стыка;

приваривают подкладное кольцо ко второй трубе (рис.6.6, б), предварительно подогрев стык согласно требованиямподраздела 6.4.

Корневой слой шва следует сваривать электродами диаметром 2,5-3 мм.

Примечание. Трубы с приваренным подкладным кольцом в процессе сборки не должны подвергаться ударам по кромкам и кольцу.

6.2.10. Подкладные кольца для стыков труб из углеродистых и низколегированных сталей должны изготавливаться из стали 20 или другой малоуглеродистой стали спокойной или полуспокойной выплавки с содержанием углерода не более 0,24%; для стыков труб из низколегированных теплоустойчивых сталей можно применять подкладные кольца из сталей 12МХ, 15ХМ и 12Х1МФ. Размеры подкладного кольца: ширина 20-25 мм, толщина 3-4 мм. Если кольцо изготавливается из полосовой стали, его стыковой шов должен быть зачищен заподлицо с внутренней и наружной сторон.

6.2.11. Сборку замыкающего стыка при холодном натяге (независимо от способа сварки стыка) следует производить после окончания сварки, термообработки и контроля качества остальных стыков по всей длине участка трубопровода, на котором необходимо выполнить холодный натяг. В процессе сварки и термообработки замыкающего стыка необходимо укрепить трубопровод в таком положении, чтобы стык не испытывал усилий от холодного натяга.

Рекомендуется следующий порядок технологических операций сборки, сварки и термообработки стыка с холодным натягом (рис.6.7):

при сборке стыка установить временную вставку 3 в виде кольца из трубы; длина вставки должна быть равна размеру холодного натяга l_хн;

после сварки и термообработки всех других стыков на этой нитке трубопровод освободить от связей на неподвижной опоре 2;

из стыка удалить временную вставку, с помощью троса левый участок трубопровода подтянуть на длину l_хн и закрепить в таком положении с помощью троса;

произвести сборку, прихватку, сварку и термообработку замыкающего стыка;

трубопровод установить на опоре 2 в проектное положение.

6.2.12. За качество сборки стыков отвечает производитель сборочных работ (мастер, бригадир, звеньевой).

Качество сборки стыков трубопроводов давлением выше 2,2 МПа (22 кгс/см2), а также трубопроводов диаметром более 600 мм независимо от рабочего давления должен проверять мастер (бригадир, звеньевой) или контролер.

Перед прихваткой и началом сварки качество сборки стыка должен проверить сварщик.

"Рис.6.7. Схема сборки и сварки замыкающего стыка при холодном натяге"

При контроле качества сборки стыков паропроводов с рабочей температурой 450°С и выше необходимо проверить наличие заводских номеров (номер плавки и номер трубы) в маркировке труб.

Примечание. На заводах порядок приемки собранных стыков устанавливают в соответствии с технологическим процессом и указывают в карте операционного контроля.

Трубные конструкции

Трубы изготавливают сварными и цельнотянутыми. Сварные трубы изготавливают различных диаметров и толщины стенки с помощью контактной, индукционно-прессовой и дуговой сварки как на переменном, так и на постоянном токе.

Трубопроводы, свариваемые встык из труб, используют для подачи жидкостей и газа. Они работают при различных давлениях и температурах нагрева. Если рабочее давление в трубопроводах менее 0,7 кгс/см², то на них не распространяются правила Госгортехнадзора. Стыки трубопроводов на давление свыше 0,7 кгс/см²выполняются только аттестованными для этой работы сварщиками.

Основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений установлены ГОСТ 16037 - 70 для стальных трубопроводов и ГОСТ 16038 - 70 для медных и медно-никелевых.

Допускаемое смещение кромок концов стальных труб при сборке встык под сварку составляет:

Согласно ГОСТ 16037 - 70 для сварки стальных труб применяют следующую подготовку кромок:

Электроды для сварки труб должны обеспечивать наплавленный металл с временным сопротивлением и пределом текучести не менее нижнего нормативного предела у основного металла, а показатели пластичности металла шва для трубопроводов горячей воды и пара по правилам Госгортехнадзора должны отвечать следующим минимальным нормам:

Сварные стыки труб подвергаются различным видам контроля качества и обязательно выборочному просвечиванию в количестве 5 - 10% (первая проверка) и 10 - 25% (вторая проверка) от числа стыков, сваренных каждым сварщиком.

Обязательному металлографическому контролю подлежат стыки трубопроводов I и II категорий для перегретого пара и горячей воды. К I категории относятся трубопроводы перегретого пара с давлением выше 40 кгс/см²и температурой выше 350°С и горячей воды с температурой выше 184°С; ко II категории - трубопроводы перегретого пара с давлением до 39 кгс/см²и температурой до 350°С и горячей воды с температурой от 80 до 1,84°С. Для труб из углеродистых и низколегированных сталей для металлографического исследования вырезают по одному шлифу, для труб из аустенитной стали - по четыре шлифа.

Трубопроводы газовых сетей для жилых, общественных и производственных зданий, работающие под давлением до 12 кгс/см², изготавливают в соответствии с требованиями, которые содержат Строительные нормы и правила (СНиП) Ш-Г7-71.

Согласно этим нормам сборка трубопроводов производится на сварочных прихватках длиной 30 - 40 мм и высотой, равной половине толщины стенки. Техника сварки стыков трубопроводов принимается в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки и химического состава металла. Различными технологическими приемами свариваются поворотные и неповоротные стыки трубопроводов.

Ручная сварка стыков труб покрытыми электродами используется при наложении корневого шва без подкладных колец, а также при изготовлении и монтаже трубопроводов в, неудобных для механизированной дуговой сварки условиях: стыки коленообразного гнутого трубопровода, стыки трубопровода, проходящего через естественные преграды (водные, горные и др.), соединение секций в длинные плети, приварка фланцев, заглушек и т. д.

Корневой шов выполняется электродами 1,6 - 3 мм в зависимости от толщины стенки трубы, а остальные швы могут выполняться более производительными видами сварки (автоматом или полуавтоматом).

При ручной сварке всего стыка целесообразно выполнять его в несколько слоев: при толщине стенки 4 - 5 мм - в два слоя (не считая корневого), при 10 - 12 мм - в четыре слоя электродами диаметром 3 - 4 мм. Ручная газовая сварка выполняется только в один слой.

Ручную дуговую сварку стыков трубопроводов выполняют двумя способами: сверху вниз и снизу вверх.

Сварка сверху вниз происходит на большой скорости и с меньшим сечением валика (с меньшим количеством шлака), это приводит к лучшей структуре и большей вязкости металла шва, что особенно важно при работе на морозе. Другие преимущества способа сварки сверху вниз заключаются в меньшем усилении шва, снижении времени на зачистку от шлака и отсутствии необходимости заварки кратера. Сварка сверху вниз выполняется электродами марок ОЗС-9, ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСФС-50. Этими же электродами можно выполнять сварку и снизу вверх.

Режим дуговой ручной сварки стыков труб выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода и слоя шва (табл. 66).

66. Ориентировочные данные по технологии ручной сварки неповоротных стыков трубопроводов из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Для повышения производительности и качества сварки сантехнических труб рекомендуется полуавтоматическая дуговая сварка в углекислом газе и самозащитной проволокой взамен газовой.

Соединение труб выполняется встык и втавр. Удовлетворительные результаты при сварке труб диаметрами от % до 2 дюймов получаются при использовании проволоки диаметром 0,6 - 1 мм. Зазоры между кромками при сборке под сварку могут колебаться в пределах от 0 до 3 мм.

Скорость дуговой сварки выше скорости газовой в 2,3 - 2,5 раза, марка проволоки - Св-08Г2С. Сварка производится на постоянном токе при обратной полярности.

Перевод на дуговую сварку внутренних сантехнических систем снизил стоимость сварочных работ в два раза по сравнению с газовой сваркой. Режимы сварки в СО2 приведены в табл. 58, 59.

Для работ ремонтного характера в помещениях наиболее удобно применение полуавтомата "Луч" (Институт электросварки им. Е. О. Патона) с питанием от осветительной сети со сварочной проволокой марки Св-15ГСТЮЦА по ГОСТ 2246 - 70, которая не требует газовой защиты. Масса полуавтомата со сварочным проводом и заряженной кассетой - 2 кг.

Порядок ручной дуговой сварки поворотных стыков труб диаметром более 200 мм показан на рис. 151. Стык труб соединяется тремя симметрично расположенными прихватками (рис. 151, а). Окружность стыка размечается для сварки на четыре участка. Кружками отмечены точки начала и окончания шва, а стрелками - направление сварки. Первый слой приваривают электродом диаметром 4 мм при токе 120 - 150 А узким валиком в направлении снизу вверх (рис. 151, б), а затем, повернув трубку на 90°, заваривают последние противоположные участки первого слоя (рис. 151, в). После этого электродом диаметром 5 мм при токе 200 - 250 А накладывают в одном направлении второй (рис. 151, г) и в противоположном второму слою третий слой (рис. 151, д).

Рис. 151. Порядок сварки стыков труб с поворотом: а - места размещения прихваток (7) и участков шва (А, Б, В, Г), б - выполнение первого слоя на участках А - Б и Г - В, в - поворот стыка и выполнение первого слоя на участках Г - А и В - Б, г - выполнение второго слоя шва, д - выполнение третьего слоя шва

Порядок ручной дуговой сварки неповоротных труб диаметром 250 - 500 мм показан на рис. 152. Первый слой накладывают тремя участками. Второй и третий слои - двумя участками, смещая их между собой на 50 - 100 мм. В указанном порядке можно производить сварку стыка сверху вниз, применяя электроды с целлюлозным покрытием ОЗС-9 и ВСЦ-1, дающие мало шлака.

Рис. 152. Порядок сварки стыков неповоротных труб: а - сборка труб на прихватах, б, в, г - выполнение первого, второго и третьего слоев; А, Б, П - границы участков первого слоя шва, Г, К - то же, для второго слоя шва, 1 - 7 - последовательность выполнения слоев шва на участках

Применяют сварку комбинированными способами в зависимости от наличия электродов: первый слой сваривают сверху вниз электродами ВСЦ-1 или ОЗС-9, второй слой - электродами УОНИИ-13/45 и третий слой - электродами УОНИИ-13/55, АНО-9.

Стыки труб диаметром более 500 мм делят по окружности на 6 - 8 участков и технологию сварки строят так, чтобы по возможности обеспечить равномерное охлаждение металла стыка, в результате чего получается менее напряженный металл стыкового соединения.

Когда нельзя сваривать стык ни с поворотом, ни в потолочном положении, тогда применяют сварку с козырьком, как показано на рис. 153. Сначала выполняется нижняя часть стыкового шва только с внутренней стороны, а затем верхняя часть стыкового шва и козырька только с наружной стороны.

Рис. 153. Порядок сварки стыков труб с козырьком

Трубы, применяемые для изготовления ферм, стоек, колонн, опор и других строений, свариваются с различными углами сопряжений (рис. 154). В этих случаях наиболее сложна и ответственна подготовка кромок под сборку и сварку. Сборочные прихватки делают в удобных местах сопряжения. Швы по контуру сопряжения соединяемых трубчатых элементов лучше выполнять по принципу обратноступенчатой сварки. Часто трубчатые узлы изготовляют дуговой сваркой неплавящимся электродом в защитном газе. Кроме ручной дуговой сварки возможно применение полуавтоматической. Для труб с толщиной стенки менее 1 мм целесообразна импульсно-дуговая сварка. Сантехнические трубы целесообразно сваривать дугопрессовой сваркой.

Рис. 154. Сопряжение труб под разными углами

Наиболее прочное соединение труб можно обеспечить сваркой с поддувочным газом, подаваемым по самой трубе. В этом случае (рис. 155) газ формирует обратный валик регулируемой величины и охлаждает металл шва с образованием дендритов, направленных по толщине металла шва. Это увеличивает прочность сварного соединения и устраняет необходимость внутренних подкладных колец, как практиковалось по старой технологии сварки. В качестве поддувочного газа могут служить аргон, азот, углекислый газ и др.

Рис. 155. Схема приспособления для сварки труб с поддувом газа: 1 - входной и выходной ниппели, 2 - металлические шайбы, 3 - резиновые шайбы, 4 - соединительные скобы из проволоки диаметром 2 - 3 мм, 5 - сварные трубы, 6 - шланг для подачи газа, 7 - приклеенная бумага

Контрольные вопросы

1. В какой последовательности нужно выполнять швы при изготовлении ферм и соединении балок между собой?

2. Расскажите о сущности процесса сварки стыков труб покрытыми электродами.

3. В каких случаях и как выполняется сварка стыка труб с козырьком?