ВВЕДЕНИЕ
1ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1Надёжность магистральных трубопроводов
1.2Дефекты при сварке магистральных трубопроводов
1.3Повышение эффективности сварки
при строительстве магистральных трубопроводов
1.3.1Общие сведения
1.3.2Сварка модулированным током
1.3.3Импульсно-дуговая сварка
1.3.4Механизированная сварка короткой дугой
с короткими замыканиями
1.4Базовая технология сварки магистрального трубопровода с использованием сварки плавящимся электродом в защитных газах
1.4.1Свойства материала труб
1.4.2Сварка корневого слоя шва
1.4.3Сварка заполняющего и облицовочного слоёв шва
1.5Задачи диссертационного исследования
2ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ
2.1Общие вопросы применения импульсного управления дугой
2.2Отечественные разработки в области
импульсного управления сварочной дугой
2.3Исследование особенностей перехода капли электродного
металла в ванну при орбитальной сварке
2.4Предлагаемый способ импульсной сварки
2.5Методика и результаты испытания сварных соединений
3ПРОЕКТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ
МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА
3.1Подготовка кромок
3.2Сборка под сварку
3.3Предварительный подогрев
3.4Сварка стыка
3.5Сварочные материалы
3.6Контроль качества сварки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Магистральный трубопровод является сложным, высоконагруженным инженерно-техническим сооружением, подвергающимся в течение всего срока службы значительным напряжениям, которые близки к пределу прочности и пределу текучести металла. В этом случае самые незначительные отклонения состояния такой системы от проектного могут привести к аварии.
Из существующих видов транспорта углеводородов трубопроводные системы являются самым распространенным и обладают наибольшей экономической эффективностью. Объем транспортируемой по трубопроводам страны нефти составляет порядка 93 % от общего объема транспортировки, в тоже время на остальные виды транспорта (танкерный и железнодорожный) приходится только 7 % объёма транспортировки. В настоящее время трубопроводный транспорт преобладает над существующими способами транспортировки углеводородов по объему грузовых потоков и по удельному весу. Следует отметить, что трубопроводы являются самым экологически чистым видом транспорта.
Достоинствами транспортировки по трубопроводу являются:
-возможность прокладки трубопровода в любом направлении и на любое расстояние;
-бесперебойность работы и связанная с этим гарантированное снабжение потребителей;
-самая высокая степень автоматизации;
-самая высокая эксплуатационная надежность.
Недостатками трубопроводного транспорта являются:
-существенные первоначальные затраты при строительстве магистральных трубопроводов;
-ограничения на количество сортов энергоносителей, транспортируемых по одному магистральному трубопроводу.
Сейчас дуговая сварка является основным технологическим процессом соединения отдельных труб и трубных секций в непрерывную нитку на трассе. Сварочные работы определяют общий темп строительства трубопровода, поэтому повышение эффективности сварочных процессов является существенным резервом повышения качества и производительности строительства магистральных трубопроводов, их эксплуатационной надежности [1, 2].
Проблеме управления качеством, в связи с обеспечением и повышением надежности эксплуатации магистральных трубопроводов, а также вопросам диагностики магистральных трубопроводов и его ремонтно восстановительного обслуживания посвятили свои труды: Гумеров А.Г., Бородавкин П.П., Васильев Г.Г., Молдованов О.И., Иванцов О.М., Короленок А.М., Стеклов О.И., Макаров Г.И., Мустафин Ф.М.., Сенцов С.И., Телегин Л.Г., Гаспарянц Р.С., Хариновский В.В., а также зарубежные ученые и специалисты: М. Кренинга, Т. Вихавиолас, Р. Фесслер, М. Майер, , А. Хефлиц и другие авторы.
Рост масштабов строительства и ремонта магистральных
трубопроводов и большая их протяженность, заставляют повышать темп прокладки при сооружении. Как показывает практика, в России и за рубежом практически исчерпаны ресурсы по повышению качества и производительности ручной дуговой сварки. Очевидно, что следующий этап развития сварочных технологий будет в своей основе иметь полную механизацию и автоматизацию сварки стыков труб. Главной проблемой в этом случае будет изменяющееся пространственное положение сварочной ванны [1].
В настоящий момент признанными критериями эффективности применяемых сварочных технологий являются: гарантия воспроизводимости качества сварных соединений; возможность реализации сварочных процессов в полевых условиях; высокая производительность; приемлемая стоимость оборудования и материалов; возможность соответствующего обучения и аттестации персонала; экономическая целесообразность применения сварочных технологий [4].
Как показывает практика строительства и эксплуатации магистральных трубопроводов, главным фактором, который отвечает за повышение их надежности, является эффективность строительного контроля [5].
Важным элементом при обеспечении надёжности и долговечности соединения труб является качество сварки, подразумевающее отсутствующие дефектоы и разупрочнение в зоне термического влияния, достаточное сопротивление при хрупкомом разрушении сварного соединения [7].
При обеспечении требуемого уровня качества при строительстве магистрального трубопровода большое внимание уделено интенсификации и совершенствованию методов контроля (то есть выявлению полученных при сварке отклонений от требований нормативной документации) и устранению выявленных дефектов. Поиск и устранение уже полученных дефектов обладает значительно большей трудоёмкостью и ресурсоёмкостью, чем предупреждение образования дефектов. Развитие систем менеджмента качества при строительстве магистральных трубопроводов должно происходить с анализом причин и механизмов развития дефектов, возможностей различных методов по их выявлению. Логичным представляется решать задачу повышения безаварийности магистральных трубопроводов путём комплексного подхода к управлению качеством, охватывающего все аспекты их строительства [6].
Как показал проведённый анализ отказов на магистральных трубопроводах России [5, 6], большое количество аварий возникает из-за брака строительно-монтажных работ: 25 % для нефтепроводов и 23 % для газопроводов.
Существенным резервом обеспечения стабильно высокого качества сварных соединений с одновременным повышением производительности труда является расширение объемов и областей применения механизированной сварки плавящимся электродом [2]. Такие тенденции
характерны для современного мирового сварочного производства, когда механизированная и автоматическая сварка постоянно вытесняют ручную дуговую сварку. При этом доля механизированной сварки в общем объеме сварочных работ превышает 50... 55 %, а в базовых отраслях
промышленности достигает 75...85 % [13].
Анализ проблем механизации сварочных работ показал, что основными препятствиями расширения областей применения механизированной сварки при строительстве и ремонте газопроводов являются дефекты формирования корневого слоя шва в потолочном положении и замыкания швов при заполнении разделки, грубая чешуйчатость и западание валиков швов при выполнении облицовочных проходов, повышенное разбрызгивание
электродного металла, отсутствие высоконадежного сварочного
оборудования. Поэтому обеспечение стабильного качества сварных соединений может быть достигшнуто путём дальнейшего развития и совершенствования процессов механизированной сварки плавящимся электродом и оборудования для их реализации [14].
Одним из самых эффективных способов уменьшения разбрызгивания является нестационарное энергетическое воздействие на каплю электродного металла и сварочную ванну [15]. Систематическими исследованиями и разработкой методов управления каплепереносом в СССР начали заниматься в конце 60-х - начале 70-х годов прошлого века. Однако отсутствие на тот момент быстродействующих источников сварочного тока, последующая политико-экономическая перестройка общества не позволили завершить начатые работы, поэтому полуавтоматы с цифровым управлением и быстродействующими инверторными источниками сварочного тока начали применять только в последнее десятилетие. Подобное оборудование не требует применения специальной техники сварки при смене пространственного положения, изменении вылета электрода и других условий сварки, что позволяет сварщику сосредоточить своё внимание исключительно на процессе ведения горелки вдоль шва.
В настоящий момент создан необходимый технологический задел в виде исследования особенностей перехода капель расплавленного электродного металла в ванну в процессе сварки при различных пространственных положениях [4, 5], что позволяет разработать не только технологии сварки, устойчивые к возмущениям внешней среды, но и необходимое оборудование с использованием последних достижений в области системотехники и новых возможностей современной элементной базы.
Таким образом, следует заключить, что проблема повышения качества и производительности сварки при строительстве магистральных трубопроводов до конца не решена, а работы в этом направлении остаются актуальными.
Цель магистерской диссертации - повышение надёжности и качества механизированной сварки магистральных трубопроводов в защитных газах за счёт импульсного управления сварочной дугой.
В диссертации была поставлена цель - повышение надёжности и качества механизированной сварки магистральных трубопроводов в защитных газах за счёт импульсного управления сварочной дугой.
Проведённый анализ работы магистрального трубопровода как металлоконструкции и его надёжности позволил установить, что обеспечение качества сварки магистральных трубопроводов является актуальной задачей. Существенного повышения производительности сварки можно достичь путём применения механизированной сварки, стабильность качества при сварке трубопроводов должна обеспечиваться за счёт управления горением дуги.
Анализ существующих способов повышения эффективности дуговой сварки за счёт импульсного управления сварочной дугой выявил достаточно узкую область применения этих способов. Существенным недостатком является, в первую очередь, высокая стоимость источников питания. Для разработки технологий и создания конкурентного, полностью
отечественного, оборудования для сварки плавящимся электродом магистральных трубопроводов необходимо исследовать особенности перехода капли электродного металла в ванну при сварке в различных пространственных положениях.
Экспериментально установлено, что при управлении процессом сварки в среде углекислого газа путем изменения энергетических параметров дуги сварочная ванна принимает непосредственное участие в образовании короткого замыкания наравне с каплей электродного металла.
Обзор отечественных разработок в области импульсного управления сварочной дугой позволил предложить схему импульсного управления сварочной дугой,
Установлена перспективность использования для снижения разбрызгивания стабилизации периода каплеобразования с управлением по мгновенным значениям параметров режима. При этом напряжению дугового промежутка можно получить больше информации, чем по изменению сварочного тока. На интервале паузы между импульсами сварочного тока можно четко фиксировать моменты, когда снижающееся напряжение дугового промежутка станет равным заданному напряжению, и в этот момент включать импульс сварочного тока, что обеспечивает постоянство начальных условий при включении каждого импульса сварочного тока и, благодаря этому, постоянство амплитудного значения импульсов сварочного тока.
Результаты испытаний образцов металла шва позволяют сделать вывод о том, что прочность металла шва в полученном сварном соединении выше прочности основного металла на 10... 15%. При этом прочность металла шва, в образце сваренном с применением импульсного управления дугой оказалась выше, чем прочность металла шва в образце, сваренном без импульсного управления.
Предложена проектная технология сварки с применением импульсного управления сварочной дугой, которая предусматривает использование стандартного оборудования для автоматической орбитальной сварки, источника питания и формирователя импульсов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
