Сварка при монтаже трубопроводов водоснабжения

Тема: Сварка при монтаже трубопроводов водоснабжения

Введение.

При строительстве предприятий нефтяной, химической, пищевой, металлургической промышленности, а также объектов по производству минеральных удобрений и агропромышленного комплекса значительный объём составляют работы по изготовлению и монтажу трубопроводов водоснабжения.

В общем объёме монтажных работ стоимость монтажа технологических трубопроводов достигает 65% при строительстве предприятий нефтяной и нефтехимической промышленности, 40% – химической и пищевой, 25% – металлургической.

Классификация трубопроводов (слайд2)
В зависимости от функционального назначения трубопровода подразделяют на: 
• промысловые трубопроводы

• магистральные трубопроводы

• трубопроводы пара и горячей воды

• технологические трубопроводы

• трубопроводы газоснабжения (распределительные)

• водоснабжение и канализация

Значительный объем в сталях, применяемых для изготовления труб и строительства трубопроводов различного назначения, занимают низкоуглеродистые и низколегированные стали с пределом текучести до 500 МПа. 
Поскольку технологические процессы сварки труб из указанных сталей при строительстве трубопроводов различного назначения практически мало чем отличаются друг от друга, а применяемые при этом руководящие нормативно-технические документы отражают различия только в требованиях к подготовке кромок, сборке, качеству сварных соединений и испытаниям на прочность и герметичность

Способы сварки трубопроводов
Способы сварки трубопроводов классифицируют как термические, термомеханические и механические. Термические способы включают все виды сварки плавлением (дуговая, газовая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная и др. виды сварки. К термомеханическому классу относятся стыковая контактная сварка, сварка магнитоуправляемой дугой. К механическим способам относятся сварка трением и взрывом. 
Различают методы сварки трубопроводов по типу носителей энергии (дуговая, газовая, плазменная, лазерная и др.); по условиям формирования соединения (свободное или принудительное формирование сварного шва); по способу защиты зоны сварки (под флюсом, в защитных газах, с использованием самозащитной электродной проволоки т.д.); по степени механизации и автоматизации процесса (ручная, механизированная, автоматизированная и роботизированная). 

Для сварки магистральных трубопроводов наибольшее распространение получили дуговые методы сварки. Более 60% всех стыков на магистралях свариваются автоматической дуговой сваркой под флюсом. Дуговая сварка под флюсом используется только в тех случаях, когда существует возможность вращения стыка. Сварку трубопроводов под флюсом в основном автоматизированным способом применяют при изготовлении двух- и трехтрубных секций диаметром 219...1420 мм. Когда применение механизированных методов невозможно, используется ручная дуговая сварка. 
Ручную дуговую сварку выполняют при различных пространственных положениях стыка - нижнем, вертикальном и потолочном. В процессе сварки вручную перемещают электрод по периметру стыка со скоростью 8.. .20 м/ч. 
Сварка в защитном газе имеет разновидности: по типу защитного газа - сварка в инертных газах (аргон, гелий, их смесь), в активных газах (СО2, азот, водород), сварка в смеси инертного и активного газов (Аг + СО2; Аг + СО2 + О2); по типу электрода - плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом; по степени механизации ручная, механизированная и автоматизированная сварка.

Нормативные документы, применяемые при строительстве магистральных и распределительных трубопроводов

Главным нормативным документом, регламентирующим правила выполнения сборочно-сварочных работ при строительстве трубопроводов в СНГ являются «Строительные нормы и правила» на основе которых были разработаны «Сводные правила по производству сварочных работ и контролю качества сварных соединений» СП 105-34-96, а также СНиП 3.05.02.88 «Трубопроводы газоснабжения». В этих документах приводятся правила квалификационных испытаний сварщиков и контроля допускных стыков, правила подготовки труб к сварке, условия правки, ремонта и отбраковки труб, порядок сборки различных труб между собой и с трубопроводной арматурой, оговорены методы сварки и погодные условия при выполнении работ на трассе, нормативные документы регламентируют применение рекомендованных сварочных материалов, а также нормы и правила контроля сварных соединений трубопроводов, условия их выбраковки и ремонта. 

За рубежом при строительстве трубопроводов руководствуются национальными и международными стандартами (табл. 1) (слайд3), среди которых наибольшей популярностью пользуются АРI 1104, АРI 5D и ВS 4515. При контроле качества сварных соединений трубопровода, как правило, руководствуются международным стандартом ISО 8517 и европейским стандартом EN 25817.

Таблица 1

Требования к трубам
Для строительства магистральных и распределительных газопроводов применяются стальные бесшовные электросварные прямошовные и спиральношовные. Трубы диаметром до 1020 мм изготавливаются из спокойных и полуспокойных низколегированных сталей, трубы диаметром до 1420 мм - из низколегированных сталей в термически улучшенном или термомеханически упрочненном состоянии. Только для распределительных газопроводов низкого давления (до 0,005 МПа) допускается применение труб из кипящих низкоуглеродистых сталей. 
В СНГ трубы применяются в соответствии с ГОСТ 8731 ... ГОСТ 8734 группы В, а также при соответствующем технико-экономическом обосновании - по ГОСТ 9567; трубы стальные электросварные - в соответствии с ГОСТ 20295 для труб с условным диаметром (Ду) до 800 мм включительно.
Готовые трубы маркируют, выбивая клеймами (холодной штамповкой) на расстоянии 250-500 мм от одного из концов трубы следующие данные: товарный знак или наименования предприятия - изготовителя; марку стали или ее условное обозначение; номер трубы; клеймо технического контроля; год изготовления.

По этим стандартам трубные стали объединяются в группы по пределу текучести.

Импортные трубы изготавливаются и поставляются в основном по стандартам Американского нефтяного института (АРI),

Стандарты АРI помимо механических свойств регламентируют процесс изготовления труб, химический состав стали, размеры, массу и длину трубы, давление при гидравлических испытаниях в процессе изготовления, методы неразрушающего контроля, которые применяют при изготовлении, условия ремонта труб и т.д.

Подготовка кромок труб под сварку

Перед началом сварочно-монтажных работ необходимо убедиться в том, что используемые трубы и детали трубопроводов имеют сертификаты качества и соответствуют проекту, техническим условиям на их поставку. Трубы и детали должны пройти входной контроль в соответствии с требованиями соответствующих стандартов и технических условий на трубы. 
Концы труб и соединительных деталей должны иметь форму и размеры скоса кромок, соответствующие применяемым процессам сварки. При их несоответствии допускается механическая обработка кромок в трассовых условиях. Для труб небольшого диаметра (до 520 мм) возможно применение торцевателей, фаскоснимателей, труборезов и шлифмашинок. Для больших диаметров применяются орбитальные фрезерные машины, гидроабразивная резка и шлифмашинки. В отдельных случаях, при врезке катушек или выполнении захлестов, допускается применение термических способов подготовки кромок, таких как:

а) газокислородная резка с последующей механической зачисткой кромок абразивным кругом на глубину 0,1.. .0,2 мм; 
б) воздушно-плазменная резка с последующей механической обработкой на глубину до 1 мм - вследствие насыщения кромки азотом (при использовании аргона в качестве плазмообразующего газа механическая обработка не требуется); в) воздушно-дуговая резка с последующей зашлифовкой на глубину до 0,5 мм (науглераживание кромок); 
г) строжка и резка специальными электродами типа АНР-2М, АНР-3 или ОК.21.03, после которых не требуется механическая обработка. 
Перед сборкой труб необходимо очистить внутреннюю полость труб от попавших туда грунта, грязи, снега, а также зачистить до металлического блеска кромки и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхность труб и соединительных деталей на ширину не менее 10 мм. 

Все трубы поступают на трассу с заводов с разделкой кромок, предназначенной для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Эта разделка (рис. 1, а) (слайд4)имеет для труб любого диаметра при толщине стенки более 4 мм угол скоса кромок 25-30° и притупление 1-2,6 мм. При толщине стенки 16 мм и более трубы большого диаметра могут поставляться с комбинированной разделкой кромок в соответствии с рис. 1, б. 
Размер В зависит от толщины стенки и составляет: 
7 мм - при толщине стенки трубы 15... 19 мм
8 мм - при толщине стенки трубы 19...21,5 мм
10 мм - при толщине стенки трубы 21,5... 26 мм. 

Рис. 1. Типы разделки кромок труб для ручной дуговой сварки (а, б), автоматической сварки в среде защитных газов (в), автоматической сварки под флюсом (г, д, е, ж) и порошковой проволокой с принудительным формированием (а, б). 
Рис. 1. Типы разделки кромок труб для ручной дуговой сварки (а, б), автоматической сварки в среде защитных газов (в), автоматической сварки под флюсом (г, д, е, ж) и порошковой проволокой с принудительным формированием (а, б). 

Требования к сборке труб (слайд5)

Сборка стыков труб должна гарантировать: 
• перпендикулярность стыка к оси трубопровода. Отклонение от перпендикулярности не должно превышать 2 мм;

• равномерность по периметру зазора, находящегося в пределах значений, регламентированных соответствующими стандартами и инструкциями; 

• минимально возможную величину смещения кромок, регистрируемую универсальными шаблонами, не превышающую допустимых значений (для магистральных трубопроводов - 0,2 толщины стенки, но не более 3 мм, для распределительных - (0,15 толщины стенки + 0,5 мм); 

• смешение продольных заводских швов относительно друг друга на расстояние не менее 100 мм - для труб диаметром более 100 мм и на 1/3 длины окружности - для труб диаметром менее 100 мм. В случае технической невозможности выполнения указанных требований назначается дополнительный ультразвуковой контроль сварочного соединения на данном участке стыка. 

Предварительный подогрев

Предварительный подогрев является одной из важнейших технологических операций, позволяющих регулировать термический цикл сварки. Известно, что структура и свойства сварного соединения в значительной степени определяются скоростью охлаждения металла в интервале температур 800-500°С (наименьшей устойчивости аустенита). При высоких скоростях охлаждения возможно образование закалочных структур, обладающих высокой прочностью и низкой пластичностью, а также склонностью к образованию холодных трещин. Температуру предварительного подогрева выбирают в зависимости от химсостава стали (по эквиваленту углерода), толщины станки трубы, температуры окружающего воздуха и вида электродного покрытия. Эти параметры, как правило, регламентируются соответствующими стандартами и технологическими инструкциями. Так, например, в СНГ руководствуются ВСН 066-89 (табл. 2) (слайд6). При сварке электродами с целлюлозным покрытием температура предварительного подогрева повышаетсяна75°С. 

Табл.2

Предварительный и, при необходимости, сопутствующий подогрев следует осуществлять нагревательными устройствами (газовыми или электрическими), обеспечивающими равномерный нагрев металла по всему периметру свариваемого стыка.

Технология и техника ручной дуговой сварки

Почти 60% объема сварочных работ при строительстве трубопроводов приходится на ручную дуговую сварку.

Технология ручной дуговой сварки определяется прежде всего материалом труб, подлежащих сварке. В зависимости от марки стали трубы и условий эксплуатации выбирают сварочные материалы. После этого устанавливают технологию и технику сварки, а также схему организации работ, при этом руководствуются заданным темпом строительства трубопровода.

В зависимости от типа рекомендуемых электродов существует 3 наиболее распространенных схемы сварки: сварка стыка электродами с основным покрытием, сварка стыка электродами газозащитного типа, сварка корня шва и горячего прохода электродами газозащитного типа, а заполняющих и облицовочного слоев - электродами с основным покрытием. 

Схема последовательности наложения двух слоев при сварке снизу вверх электродами с основным покрытием приведена на рис. 3, а. Все последующие нечетные слои выполняют по схеме первого слоя, все четные — по схеме второго слоя.

Римские цифры показывают последовательность сварки отдельных участков шва. В зависимости от пространственного положения сварки рекомендуются значения тока, приведенные в табл.3. (слайд7)
При использовании электродов с покрытием основного вида следует применять только аттестованные для трубопроводного строительства марки электродов. Рис.3  (слайд8)

Табл.3

При использовании электродов газозащитного типа сварку корня шва выполняют сверху вниз без колебательных движений, опираясь концом электрода на кромки свариваемых труб. Сварку выполняют постоянным током обратной или прямой полярности при напряжении холостого хода источника питания не менее 75В.

Для снижения уровня остаточных сварочных напряжений в сварном соединении периметр неповоротного стыка разбивается на симметричные, диаметрально противоположные участки и многослойная сварка выполняется в последовательности, приведенной на рис. 4.(слайд8)

Рис.4 . Рекомендуемый порядок выполнения многослойного шва при сварке электродами с основным покрытием: а - Ду < 200 мм, б - Ду 300 мм

При сварке трубопроводов небольшого диаметра (до 530 мм) с целью уменьшения объема монтажных работ в траншее часто практикуется укрупнение в секции труб сваркой с поворотом стыков на 90 или 180°. Трубу делят по окружности на четыре примерно одинаковых по длине участка. Заварив участки 1 и 2 стык поворачивают на 90° для сварки участков 3 и 4 (рис. 5 слайд9). Затем, выполняя очередной поворот на 90°, производят последовательносварку участков 5 и 6, 7 и 8. 

Рис.5 . Сварка с поворотом труб на 90°: а - первого слоя, б - второго, 1...8 – последовательность выполнения участков слоя.

В другом случае, после сварки участков 1 и 2 (рис. 6, слайд 10) выполняют поворот стыкуемых труб на 180° для сварки участков 3 и 4. Затем поворот на 90° и 180° для сварки участков 5 и 6, 7 и 8 соответственно. 

Рис.6 . Сварка с поворотом труб на 180°: а - первого слоя, б - второго, 1...8 - последовательность выполнения участков слоя. 

Охрана труда: монтаж и испытание трубопроводов.

Все работы по монтажу трубопроводов должны производиться в строгом соответствии с проектом производства работ (ППР), технологическими картами и записками, разработанными и утверждёнными в установленном порядке. ППР должен содержать конкретные указания и технические решения по всем вопросам обеспечения безопасности работ и производственной санитарии с учётом реальных условий строительства. На участке, где ведутся трубопроводные работы, должны быть созданы безопасные условия труда

К испытаниям смонтированных трубопроводов разрешается приступать только после детального изучения технологической документации. К проведению испытаний смонтированных систем трубопроводов допускаются только лица, прошедшие соответствующую подготовку и инструктаж на рабочих местах о способах удаления воздуха из системы, порядке постепенного повышения и снижения давления, недопустимости исправлений в системе, находящейся под давлением, и повышении давления против установленного проектом, о приёмах простукивания сварных швов.

Пневматические испытания проводят только в соответствии с указаниями проекта или технических условий с соблюдением специальных требований по технике безопасности, связанных с опасностью разрыва системы и возможного поражения работающих. Производить осмотр трубопроводов разрешается только после снижения испытательного давления до рабочего. Устранение недоделок, обнаруженных в процессе испытаний, необходимо производить под непосредственным руководством ответственного инженерно-технического работника после отключения системы и полной остановки оборудования.

Заключение.

Я, Толмачев В.В., студент Данковского Агропромышленного Техникума, в результате выполнения письменной экзаменационной работы мной была подобрана и проработана специальная литература, а также блогадоря практике на предприятиях г.Данкова я приобрёл навыки сварочных работ, что позволило глубже изучить вопрос «сварки при монтаже трубопроводов водоснабжения».

 В перспективе предполагаю продолжить свою профессиональную деятельность по профессии «электрогазосварщик».

Приношу свою благодарность преподователям Данковского Агропромышленного Техникума и мастеру производственного обучения Хлебникову А.П.