Centralizéry jsou určeny k zajištění jednotlivých trubek nebo podobných výrobků tak, aby se neposouvaly a neotáčely ve směrech tří souřadnicových os (obr. 10). Umožňují kombinovat válcové plochy spojovaných výrobků (trubky, úseky trubek atd.) k provádění svářečských prací. Podle polohy centralizérů vůči montážním plochám se centralizéry dělí na vnější (úchopové) a vnitřní (rozpěrka).
VNITŘNÍ HYDRAULICKÉ CENTRÁTORY CV jsou určeny pro centrování konců trubek a profilů při montáži pevných a otočných spojů při stavbě potrubí.
Vnitřní centralizátory dávají koncům montovaných trubek kruhový tvar, zajišťují jejich soustřednou montáž a rovnoměrně rozdělují rozdíl v obvodech. Jejich výhodou oproti externím centralizátorům je, že spoj, i když zůstává zcela otevřený, umožňuje svařovat první vrstvu kontinuálně a používat svařovací automaty.
Vnitřní centralizátory mají elektrohydraulický pohon a dvě nezávislé řady středicích svorek. Centralizéry jsou napájeny stejnosměrnými svařovacími jednotkami. Centralizér se pohybuje od spoje ke spoji tyčí pomocí pokladače potrubí nebo traktoru. Pro centrování trubek s deformovanými konci lze svěrky vůči sobě otáčet
Vnitřní centralizátory poskytují nejkvalitnější montáž potrubí díky přesnějšímu vyrovnání jejich okrajů. Při centrování je spoj zvenčí otevřený, což umožňuje volný přístup k místu svařování. Použití vnitřních centralizátorů umožňuje zvýšit produktivitu a stupeň montážní mechanizace pro svařování rotačních i neotočných potrubních spojů. Na základě konstrukce mechanismu centrovacího zařízení lze vnitřní centralizátory rozdělit do čtyř skupin: s mechanickým, hydraulickým, elektromechanickým a pneumatickým expanzním pohonem. Výběr centrovacích zařízení závisí na průměru potrubí a systému napájení.
Vnitřní centralizátory (obr. 3.28, 3.29) slouží k montáži a centrování rotačních spojů trubek o průměru 325–1420 mm na podstavcích pro svařování trubek. Při použití vnitřních centralizátorů dostávají spojené konce trubek tvar kruhu a rozdíl v obvodech konců je rovnoměrně rozložen po celé délce spoje (tab. 3.21) [24].
Hlavní pracovní jednotkou centralizátoru je centrovací mechanismus, který může být kuželového typu (levá část obr. 3.30) nebo pákového typu (pravá část obr. 3.30). Na trubkových svařovacích základnách typu SST-PAU a BNS mají vnitřní centralizátory kuželový centrovací mechanismus, na základně BTS-142V jsou použity pákové centralizátory.
Vnitřní centralizátory mají elektrohydraulický pohon a dvě nezávislé řady středicích svorek. Vnitřní centralizátory jsou napájeny ze stejnosměrných zdrojů.
Samojízdné zařízení STs-141 je určeno pro přepravu vnitřních centralizátorů při montáži potrubních spojů do sekcí na svařovacích základnách trubek. Zařízení má dálkové ovládání.
Válcový rotátor je určen k otáčení svařovaného úseku trubek o průměru 325 – 1420 mm.
Válcové podpěry OP121 jsou určeny pro periodické otáčení části trubky při provádění ručního vnitřního svařování kořene svaru. Zajišťuje fixaci sekce během podávání a při svinutí po svařování.
Nezbytné podmínky pro posunutí elektrody ze zenitu při svařování pod tavidlem
Automatické svařování pod tavidlem při stavbě hlavních potrubí se provádí s volným vytvořením švu, kdy oblouk hoří uvnitř dutiny ohraničené v horní části pláštěm roztavené strusky a ve spodní části povrchem roztaveného kovu. .
Tvar svarů a forma průvaru (svar) se vyznačují těmito hlavními parametry: hloubka průvaru H; výška výztuže svaru L; šířka průniku nebo šířka B, délka lázně L, hloubka kráteru Нк.
Obrys penetrační zóny je charakterizován relativní hloubkou penetrace N/A nebo jeho převrácená hodnota – koeficient penetrace, stejně jako koeficient úplnosti penetrace, kde –
oblast průniku. Hodnota TPR se pohybuje od 0,6 do 0,8 Pro svařování s tavidlem je charakteristické velké H/V. Maximální hodnoty H/V dosažené při obloukovém svařování obvykle nepřesahují 3. Obrys zóny
Povrchová úprava je charakterizována koeficientem tvaru housenky, stejně jako
koeficient plnosti válce (kde h – množství zesílení švů,
Fh~~ povrchová plocha). Koeficient penetračního tvaru xpпр se může lišit od 0,5 do 10, ale jeho optimální hodnota je grпp = 1,3-t-2.
Chemické složení svarového kovu, jeho struktura a mechanické vlastnosti jsou do určité míry regulovány složením základních a přídavných kovů tvořících svar. Podíl základního kovu je charakterizován poměrem plochy průniku základního kovu k ploše celého svaru: =Fnp jnp + F,j). Hodnota y se může lišit v závislosti na typu švu, režimu ohřevu a technice svařování.
Změna režimu svařování a dalších technologických faktorů ovlivňuje velikost svarů.
Technologie automatického svařování pod tavidlem v podmínkách trasy se výrazně liší od továrního svařování. Charakteristický rys svařování na trubkových svařovacích podložkách je způsoben nutností svařování rotačních spojů trubek po okrajích pod tavidlem, určených pro ruční obloukové svařování, poloautomatické v prostředí oxidu uhličitého.
Při jednostranném automatickém svařování se kořenová vrstva svaru provádí pomocí ručního obloukového svařování, poloautomaticky v prostředí oxidu uhličitého. Následující vrstvy švu se svařují pod tavidlem. Při oboustranném svařování jsou hrany opracovány speciálními stroji pro zvýšení tuposti, což umožňuje použití oboustranného automatického svařování pod tavidlem v podmínkách trasy. Tvar a velikost švů výrazně závisí na základních parametrech svařovacího režimu.
Kvalitativní posouzení vlivu parametrů režimu na velikost a tvar svaru při svařování trubek je uvedeno v tabulce. 7.1.
Posun elektrody ovlivňuje tvar svaru při svařování pod tavidlem zevnitř trubky.
Pro jednostranné automatické svařování pod tavidlem se používají standardní a kombinované drážky.
Svařování kořenového švu se provádí technologií doporučenou pro svařování nerotačních spojů v závitu a používají se elektrody s hlavním typem povlaku a také se používá poloautomatické svařování v
Tabulka 7.1
Vliv parametrů režimu svařování na tvar svaru
parametry svařovacího režimu
Hloubka průniku, N
tvarový faktor, В
Svařovací proud až 1500 A
Napětí oblouku, V:
od 22-24 do 32-34
Rychlost svařování, m/h:
Úhel sklonu elektrody vůči vertikále:
Velikost zrna tavidla
Posun elektrody proti rotaci trubky:
pro vnější svařování
při svařování zevnitř
Posuny elektrod podle rotace trubky:
pro vnější svařování
při svařování zevnitř
při konstantní síle proudu
se stálým přísunem
Pro provádění automatického svařování pod tavidlem je zapotřebí celý komplex strojů, mechanismů a zařízení, které tvoří automatickou instalaci pro obloukové svařování. Zařízení, které zapaluje oblouk, dodává elektrody při jeho hoření a zajišťuje stabilní hoření oblouku, se nazývá automatická oblouková svařovací hlava nebo obloukový stroj. Nejvýznamnějšími průmyslovými stroji jsou svářečky tavenými elektrodami. Namísto jednotlivých krátkých elektrod používaných v procesu ručního svařování používá automatické svařování dlouhý elektrodový drát ve svitcích nebo svitcích, navinutý automatickým mechanismem a přiváděný do zóny oblouku, když se taví.
Drát je přiváděn přes převodový mechanismus a hnací válečky malým hnacím elektromotorem stroje. Po průchodu hnacími válečky a také často správným mechanismem, který eliminuje zakřivení a dává přímost drátu odvinutému z cívky, vstupuje do náustku nebo proudového podavače stroje, kde je přitlačován proti proudovým kontaktům a klouže podél nich vede svařovací proud, který napájí oblouk. Vzdálenost od kontaktů vedoucích proud k oblouku je malá (několik centimetrů), takže stroj funguje, jako by to byla krátká, nepřetržitě obnovitelná elektroda. To je důležitá výhoda stroje, protože zahřívání drátu Jouleovým teplem je sníženo a je možné použít velmi vysoké proudové hustoty v elektrodovém drátu bez přehřátí. Drát je přiváděn automaticky rychlostí svého tavení, takže délka oblouku při hoření drátu zůstává přibližně konstantní. Mnoho strojů také automaticky zapálí oblouk na začátku svařování a znovu jej zapálí, pokud se náhodou během provozu rozbije. Regulaci svařovacího procesu v automatickém stroji lze provádět různými způsoby. Můžete například vztáhnout rychlost podávání drátu k napětí oblouku a délce oblouku. Při normální délce oblouku a normálním napětí stroj podává drát rychlostí přibližně rovnou rychlosti jeho tavení; s klesající délkou oblouku se snižuje rychlost podávání drátu, v důsledku čehož se zvyšuje délka oblouku a jeho napětí a jejich normální hodnoty.
S náhodným nárůstem délky oblouku se zvyšuje rychlost podávání drátu a délka oblouku a zároveň klesá jeho napětí na normální specifikovanou hodnotu.
Při zkratu, kdy napětí na oblouku klesne téměř na nulu, se změní směr podávání elektrod, to znamená, že elektroda není přiváděna dopředu k základnímu kovu, ale je tažena zpět a konec elektrody se oddaluje od základní kov. Po zapnutí stroje, kdy se konec elektrody ještě nedotknul výrobku a není žádný oblouk, se napětí mezi elektrodou a výrobkem rovná plnému napětí naprázdno zdroje proudu. Toto napětí je vyšší než normální napětí oblouku, a proto je elektroda přiváděna dopředu směrem k obrobku. Když se konec elektrody dotkne obrobku a zkratuje obloukovou mezeru, posuv se obrátí a oblouk se zapálí. Pokud při odtržení elektrody nedojde k zapálení oblouku, popsaný proces se opakuje. Po zapálení oblouku se elektroda začne podávat dopředu k obrobku se změnami rychlosti posuvu podle napětí oblouku. Délka oblouku je tak automaticky udržována konstantní s přesností nepřístupnou ručnímu svařování. Moderní stroje udržují napětí oblouku s přesností 0,5 V, což odpovídá přesnosti udržení délky oblouku ±0,2-0,3 mm.
Obloukový stroj je automatický regulátor, který udržuje konstantní režim obloukového svařování, kdykoli je to možné, bez ohledu na vliv vnějších a náhodných rušivých faktorů.
Regulace provozu obloukového stroje s tavnou kovovou elektrodou může být založena na různých principech. V současné době existují dva hlavní typy obloukových strojů s tavnou elektrodou, rozdílné podle principu regulace: 1) stroje s regulací elektrických veličin; 2) stroje s konstantní rychlostí posuvu elektrody.
U strojů prvního typu se reguluje nějaká elektrická hodnota svařovacího oblouku, regulační hodnotou je rychlost posuvu elektrody. Řízenou veličinou může být napětí, výkon oblouku atd. V moderních strojích se jako řízená veličina obvykle bere napětí oblouku. U svařovacího oblouku napětí prakticky nezávisí na síle proudu, závisí pouze na délce oblouku, mění se úměrně změnám délky: U = a + bL.
Pokud existuje automatický stroj, který udržuje konstantní napětí oblouku, délka oblouku zůstane konstantní a svařovací proces zůstane normální. Regulace stálosti napětí oblouku je tedy ekvivalentní regulaci stálosti jeho délky. Po celá desetiletí byly obloukové stroje na spotřební elektrody stavěny pouze s automatickým řízením konstantního napětí oblouku. V.I. Dyatlov byl první, kdo navrhl nový princip pro konstrukci obloukových strojů pro napájení elektrody konstantní rychlostí, nezávisle na napětí oblouku nebo jakýchkoli jiných faktorech. Jako první upozornil na samoregulaci oblouku při svařování stavnou elektrodou, studoval tento jev a navrhl jeho využití v obloukových strojích. V některých případech je samoregulace oblouku tak intenzivní, že není třeba používat poměrně složitá schémata automatického řízení oblouku – stačí kontinuálně přivádět elektrodu do oblouku konstantní rychlostí rovnou rychlosti jeho tavení.
Samoregulace oblouku je způsobena tím, že rychlost tavení elektrody se mění se změnami délky oblouku: s rostoucí délkou oblouku rychlost tavení klesá a s klesající délkou oblouku se tato rychlost zvyšuje. Při konstantní rychlosti posuvu elektrody náhodná změna délky oblouku způsobí změnu rychlosti tavení elektrody s cílem obnovit původní délku oblouku.
Intenzitu samoregulačního procesu kromě jiných faktorů nejsilněji ovlivňuje hustota svařovacího proudu v elektrodě a tvar vnějších charakteristik zdroje svařovacího proudu. Při nedostatečné proudové hustotě probíhá samoregulace tak pomalu, že počátek náhodného zkrácení oblouku často vedl ke zkratu a prodloužení – k přerušení oblouku, než byla během procesu samoregulace obnovena normální délka oblouku. . S rostoucí proudovou hustotou rychle roste rychlost tavení elektrodového drátu a intenzita samoregulačního procesu.
Například pro ocelový elektrodový drát s nízkou proudovou hustotou 15-25 a/mm2, který dává rychlost tavení elektrodového drátu 0,5-1 m/min, je vyžadována automatická regulace oblouku a konstantní rychlost posuvu elektrodového drátu nemůže být používané pro tyto provozní režimy kulomety Při proudových hustotách 30-50 a/mm2 a rychlostech posuvu drátu 1-2 m/min lze použít automatické řízení i konstantní rychlost posuvu. Pro proudové hustoty 50-100 a/mm2 a vyšší a rychlosti posuvu drátu 2-6 m/min jsou všechny výhody při konstantní rychlosti posuvu. Vzhledem k tendenci v moderní technice zvyšovat proudové hustoty při automatickém svařování rychle narůstá používání strojů s konstantní rychlostí posuvu a tento typ strojů se stává nejrozšířenějším. Pro samoregulaci oblouku je velmi důležitá forma vnější charakteristiky zdroje proudu napájejícího oblouk.
Stanovení požadovaného ohřevu svarových spojů před ručním svařováním
Potřeba předehřevu a jeho režim jsou určeny: typem povlaku elektrody; uhlíkový ekvivalent a tloušťka stěny svařované oceli; teplota okolí.
Sušení nebo předehřívání by se mělo provádět jednoplamennými nebo prstencovými vnějšími nebo vnitřními propanovými hořáky nebo indukčním ohřevem. Ve všech případech musí být zajištěno rovnoměrné zahřívání konců po obvodu a přilehlých oblastech povrchu trubky v šířce 10-15 mm od konce. Doba ohřevu je určena experimentálně pro každý ohřívač v závislosti na teplotě okolního vzduchu a stěny potrubí. Pokud je na potrubí izolace, topení by nemělo narušovat její integritu. V tomto případě by měly být použity tepelně izolační pásy a/nebo boční omezovače plamene.
Předehřev nebo sušení se provádí před lepením nebo před svařováním kořenové vrstvy švu. Režimy předehřívání při svařování kořenové vrstvy svaru elektrodami s hlavním typem povlaku a plným drátem metodou STT jsou uvedeny v tabulce. 2.1 [16].
Podmínky předehřevu při svařování kořenové vrstvy svaru pomocí elektrod se základním povlakem, plný drát při svařování metodou STT
Montáž hlavních potrubních trubek pro svařování je odpovědná operace, která do značné míry určuje kvalitu výsledného tupého svaru. Jak na základnách pro svařování trubek v terénu, tak na trase se používají externí nebo vnitřní centralizátory pro montáž trubek pro obvodové svařování.
Externí centralizátory jsou vícečlánkové a pevné. Vícečlánkový centralizátor (obr. 116) má vazby 2, sklopně spojené do uzavřeného řetězu pomocí aretačního zařízení se šroubovou zarážkou 3.
116 Vícečlánkový centralizátor Obr
Trubky jsou vystředěny pomocí válečků 1, umístěný symetricky vzhledem k ose smontovaného spoje. Pevný centralizátor (obr. 117) se skládá ze dvou ocelových půlkroužků 3 a 5 s projekcemi a, vzájemně spojeny pantem 4. Středění trubek sestavených pro svařování se provádí uzavřením půlkroužků kolem spoje pomocí uzávěru 2 a hydraulický válec 1.
Obr. 117. Pevný centralizátor
Výhodou externích centralizátorů je možnost jejich použití na rádiusových úsecích potrubí, kde je použití vnitřních centralizátorů obtížné. Vnitřní centralizátory však poskytují přesnější vyrovnání okrajů trubek a možnost svařovat zvenčí bez předběžného lepení. Vnitřní centralizátor je namontován na tyči nebo smíchán uvnitř potrubí pomocí podpůrných a někdy i hnacích válečků.
Vnitřní centralizátory mohou být s mechanickým, hydraulickým nebo pneumatickým pohonem centrovacího mechanismu.
Hydraulické centralizátory mají dvě řady středicích prvků (botek). Každá řada je rozšířena o samostatný kónický klín. V centralizéru, jehož schéma je na obr. 118, se sekvenční dekomprese pravé a levé řady bot dosahuje přiváděním oleje pod tlakem do dutiny А и B. Pohyb kuželů 1 a 3 přenášené do bot pomocí válečků 4 и 5, centrování okrajů sestavených trubek. Zpětný pohyb kuželů 1 a 3 poskytuje jaro 2.
Obr. 118. Schéma hydraulického centralizátoru
Konstrukce středícího mechanismu centralizátoru TsV-124 vyrobeného podle tohoto schématu je na obr. 119 a vzhled tohoto centralizátoru je na obr. 120.
Obr. 119. Středící mechanismus centralizátoru CV-124
Centralizér má elektromotor 4 (obr. 120) pohon čerpadla radiálním pístem 3. Olej z nádrže 1 přes pojistný ventil 2 dodávané do hydraulického systému centrovacího mechanismu 5 přes hydraulický ventil 6. Centralizér se pohybuje od kloubu ke kloubu pomocí tyče.
Obr. 120. Interní centralizátor CV-124
13.1.Ruční obloukové svařování
Ruční obloukové svařování pevných spojů hlavních potrubí se provádí metodou in-line, přičemž se provádí vícevrstvý šev. Tato organizace práce zajišťuje vysokou produktivitu, ale je zde také velká potřeba vysoce kvalifikovaných svářečů. U trubek o průměru 1420 mm a tloušťce stěny 17,5 mm, vyrobených z oceli s pevností v tahu 550-750 MPa, se používá následující sled operací.
Díly potrubí se nejprve položí na podpěry podél trasy pod úhlem 15-20° ke směru potrubí a vnitřní a vnější plochy v blízkosti okrajů se očistí pomocí brusek s brusnými kotouči. Předehřev okrajů trubek na teplotu 150-200 °C se provádí buď před spojováním trubek, nebo po spojování. K vytápění se používají prstencové plynové hořáky.
Spoj je sestaven pomocí trubkové vrstvy vnitřního samohybného centralizátoru. Metoda rozřezání toku zahrnuje pokládání každé vrstvy samostatnými svařovacími jednotkami, které obsahují dva až čtyři osoby, v závislosti na průměru potrubí. V tomto případě každý ze svářečů spoje provádí pouze svůj specifický úsek vrstvy v konstantním režimu. Dva svářeči pomocí štaflí svařují horní půlkruh trubky a další dva svařují spodní půlkruh trubky.
Kořenová vrstva je svařena týmem svářečů, kteří spoj montují. Svařování se provádí ve směru shora dolů přiložením elektrody na okraje trubek bez oscilačních pohybů. Použití celulózou potažených elektrod zde zajišťuje rychlost svařování až 22 m/h a zaručenou tvorbu zadní housenky uvnitř trubky, což eliminuje potřebu svařovat kořen švu zevnitř trubky. Takové elektrody s vysokou produktivitou se však vyznačují tvorbou „kaps“ se struskou. Proto se po dokončení svařování kořenového švu okamžitě odstraní přibližně 1/4 průřezu švu tenkými brusnými kotouči, aby se tyto kapsy otevřely.
Celulózou potažené elektrody poskytují vyšší tažnost a nižší pevnost v tahu ve srovnání s elektrodami potaženými bází. V důsledku toho je kořen švu méně náchylný ke křehkým zlomeninám a tvorbě trhlin, což je důležité při provádění instalačních operací na úseku, kdy je připojen k potrubí pouze kořenovým švem. Volný konec sekce se spustí na montážní podpěru z dřevěných trámů a na ni se ukotví další sekce trubky.
Druhá vrstva švu („hot pass“) je provedena ihned po svaření kořenového švu týmem čtyř svářečů. Svařování se provádí pomocí elektrod s celulózovým povlakem nebo se základním povlakem ve směru shora dolů s příčnými vibracemi elektrody. Následné vrstvy, výplň a lícování, jsou provedeny elektrodami se základním povlakem. Po svaření každé vrstvy se povrch švu očistí od strusky pomocí elektrických brusek. Po dokončení svařování spoje nebo při nucených přestávkách ve svařování se spoj překryje tepelně izolačním pásem.
Svařovací zdroje jsou umístěny na čtyřstanicovém unifikovaném svařovacím zařízení, vybaveném přenosným stanem, který chrání místo svaru před větrem, deštěm nebo sněhem. Stan má prosklená okna, přídavné osvětlení a ventilátor pro odsávání plynů.
