Сварка газопроводов — сложный, но необходимый процесс
Современный мир требует развития коммуникационных сетей в любой отрасли народного хозяйства. Исключением не стала и газодобывающая промышленность. Для этой отрасли существует острая необходимость в доставке товара к месту его потребления. Для этой цели строятся магистральные газопроводы из различного материала. Но создание качественной поставляющей сети требует значительных временных и трудовых затрат. Поэтому, для упрощения задач, возникающих в процессе работы, широко применяется сварка газопроводов.
При сооружении газопроводных магистралей этот процесс является важнейшим. Ведь во многом сварка стальных газопроводов определяет уровень их эксплуатационной надежности. Кроме того, от уровня подготовки специалистов, а также качества применяемых материалов и устройств, напрямую зависят темпы строительства всего сооружения.
Требования к сварным соединениям газопроводов очень высоки. Это вызвано:
- постоянным воздействием на швы между трубами высокого внутреннего давления внутренней среды;
- растягивающим температурным напряжением, которое вызвано охлаждением грунта, как правило, в зимнее время;
- высокими нагрузками на изгиб, которые возникают при проведении работ по изоляции и укладке.
Выше перечисленные причины позволяют отнести сварные соединения труб газопровода к крайне требовательным к уровню квалификации специалистов и качеству материала. В связи с этим, инструкция по сварке магистральных газопроводов определяет важнейшей задачей решение проблемы обеспечения стабильного качества, высоких механических характеристик сварных соединений, а также стойкости материала к максимально возможному количеству различных физических и химических воздействий.
Сварка газопроводов – сложный и трудоемкий процесс
Этот процесс невозможно выполнить быстро. Ведь современное трубопрокатное производство не позволяет делать неразрывные детали необходимой длины. Поэтому для сварки газопроводов характерно многократное повторение операций. Каждый стык должен получить свой высококачественный шов. Чтобы выполнение столь значительных объемов работ не занимало неприлично много времени, необходимо решать задачу максимального повышения производительности. Это достигается путем механизации и автоматизации всех работ, проводимых на объекте.
Прокладка и сварка стальных газопроводов проходит в разных районах. Для каждого из них характерны свои климатические, а, следовательно, и температурно-влажностные условия. Поэтому, чтобы вести круглогодично работы по сварке газопроводов, необходимо обеспечить технологическую возможность проводить процесс в температурном диапазоне от минус пятидесяти до плюс пятидесяти градусов по Цельсию.
Довольно таки распространенным проблемным вопросом в процессе сварки стыков труб является необходимость проведения работ в различных пространственных положениях, что значительно усложняет процесс создания качественного сварного шва. Особенно это относится к вопросам механизированного (автоматического) процесса.
Газопровод – необходимость, вызванная современным миром
После добычи газа необходимо его доставить в район потребления. Для обеспечения необходимым количеством продукта конечного потребителя используется газотранспортная система. Она состоит из труб, соединенных между собой в единое целое, а также специальных сооружений. Эти сооружения выполняют различные функции. Так, например, это могут быть газораспределительные станции или хранилища нефти и газа.
Трубы, представляющие собой широкую сеть коммуникаций, как раз и выполняют роль газопровода. Чаще всего они выполняются из стали. Этот материал отлично себя зарекомендовал в процессе длительной эксплуатации. Он выдерживает высокое давление и отлично поддается сварке. Трубы из стали гарантировано соединяются крепким швом.
Итак, газопровод – это сложная конструкция, основой которой является стальная труба, состоящая из отдельных отрезков. Соединение отдельных элементов в данном случае осуществляется, как правило, дуговой сваркой. Причем она может быть, как ручной (что является более длительным процессом), так и автоматической. Требования к каждому из этих видов выдвигаются индивидуально.
Виды газопроводов
Существует два основных вида систем, доставляющих газ:
- Магистральные газопроводы;
- Газопроводы распределительных сетей.
Магистральный газопровод – это объединённые в одно целое сварными швами трубы, которые создаются для транспортировки газа из района (или районов) его добычи или хранения в места его потребления. Это может быть, как один, так и несколько крупных потребителей. Это же определение используют для обозначения газопровода, который соединяет сетью, устойчивой к высокому давлению, несколько газовых промыслов или заводов.
Расстояния между отводами довольно велико. Главной отличительной чертой магистрального газопровода является очень высокое рабочее давление при длинных перегонах. Поэтому и требования, выдвигаемые к качеству сварных швов, очень серьезные. Магистральные газопроводы находятся под постоянным давлением на протяжении всего длинного участка передачи от места хранения к месту потребления.
Распределительный газопровод — это объединённые в одно целое сварными швами трубы, предназначенные для подачи газа в домовые вводы или в другие распределительные трубопроводы. То есть они выполняют задачи доведения топлива до конечного пользователя.
Требования, выдвигаемые к газопроводу
В инструкции по сварке магистральных газопроводов конкретно рассматривают требования, которые определяют его правильное построение. В связи с тем, что газ, подаваемый в газопровод, доставляется под очень высоким давлением, на первое место выходит однородность трубы. Поэтому трубы нестандартной длины на прямых участках к сварке не допускаются. Помимо этого существуют высокие требования не только к материалу, но и к персоналу, осуществляющему укладку и сварку частей газопровода.
Так, сварщик допускается к работе только при наличии достаточной квалификации. Он в обязательном порядке должен обладать специализированным образованием, причем он должен знать о принципах работы, а также обладать достаточными навыками в любом виде сварки, например, ручной дуговой. Перед началом работы он должен пройти в обязательном порядке испытания в условиях, близких к реальным. Сваренный сварщиком пробный шов разрезается и проходит все известные механические испытания. Только после положительных результатов сварщик допускается к работе. Стоит знать, что ему нельзя допустить ни одной ошибки. Это неудивительно, ведь от качества его работы зависят не столько прибыль газодобывающих концернов, сколько человеческие жизни. А для обеспечения этого параметра требования не бываю жесткими.
Инструкция по сварке магистральных газопроводов требует, что, проверив материал, из которого выполнены трубы, их необходимо подготовить к сварке. Для этого следует:
- очистить внутреннюю поверхность от возможных засорений (строительного мусора, воды, грунта, отдельных предметов, льда, снега и прочего);
- проверить кромки на соответствие геометрическим размерам, заявленным в технических требованиях, при необходимости выправить вмятины на концах труб;
- очистить кромки до чистого металла;
- обрезать концы труб, имеющие трещины, надрывы, забоины, задиры фасок глубиной более пяти миллиметров.
Типы сварки, применяемых при строительстве газопроводов
К основным типам относят:
- газовую;
- дуговую (автоматическую под флюсом и ручную) сварку;
- стыковую контактную сварку оплавлением.
Рассмотрим подробнее каждый из типов.
Дуговая сварка
Дуговая сварка – это наиболее часто используемый метод для соединения труб магистральных газопроводов. Она основана на принципе возникновении электрической дуги между свариваемой деталью и электродом. При их соприкосновении происходит замыкание. В следствии этого, возникающая большая плотность тока, которая проходит через точку контакта, обеспечивает высокую температуру (более 5000 градусов по Цельсию). На поверхности электрода образуется расплавленный металл, который переходит на свариваемую деталь и смешивается с ее расплавленным материалом.
Толщину слоя металла свариваемого изделия, который перешел в расплавленное состояние, специалисты называют глубиной провара. Она достигает одного-двух миллиметров при ручной сварке. Но автоматическая сварка может обеспечить глубину проварки гораздо больше.
Стоит контролировать температуру плавления. Ведь, если разогрев металла будет недостаточным, то соединения не произойдет. Это приведет к неприятным последствиям – непровару, а, следовательно, снижению качества всего соединения. В случае чрезмерного нагрева возможно проникновение воздуха внутрь шва и его выгорание, что также сильно повлияет на прочность стали. Исправить эти огрехи можно только проведя весь процесс подготовки трубы и ее сварки с самого начала и в соответствии с требованиями, которые выдвигаются эксплуатационной и технической документацией.
Достаточное напряжение при зажигании сварочной дуги составляет пятьдесят Вольт. В дальнейшем оно снижается до шестнадцати-двадцати пяти Вольт. Сила тока выбирается в зависимости от толщины свариваемых элементов и может равняться от ста пятидесяти до пятисот ампер. При использовании тока из электрической сети используют агрегаты (генераторы и прочее), которые обеспечивают его преобразование до нужной силы и напряжения. Если придерживаться всех требований к проведению дуговой сварки, то можно получить качественный и надежный сварной шов.
Автоматическая дуговая сварка
Дуговая сварка бывает также автоматической и полуавтоматической.
Для автоматической сварки нужен комплекс машин и механизмов, составляющих единую установку. При этом методе используются не электроды, а проволока из специального материала, которая автоматически подается в зону плавления по мере необходимости.
Автоматическая сварка имеет несколько основных преимуществ. Например, длина дуги остается постоянной. Также, возможно применение высокой плотности тока без перегрева проволоки. Все это значительно влияет на итоговое качество сварного шва.
Самый распространенный метод автоматического процесса – это сварка под флюсом. Сущность процесса заключается в применении сварочной проволоки и гранулированного флюса. Он насыпается слоем толщиной тридцать -пятьдесят миллиметров перед дугой. Сварка под флюсом получила широкое применение. Для многих отраслей промышленности она является одним из ведущих технологических процессов при производстве сложных конструкций из стали. Столь широкое распространение она получила благодаря обеспечению достаточно крепких сварных соединений без особых временных и финансовых затрат. Но стоит заметить, что требования к ее применению достаточно серьезные.
Целесообразно применять автоматическую сварку под флюсом в массовом и серийном производствах, а также для проварки швов протяженностью более восьмидесяти сантиметров. Для этого необходимо использовать агрегаты со свободным входом и выходом сварочной головки для начала и конца шва. Толщина свариваемого металла может быть в диапазоне от трех до ста миллиметров.
Основными преимуществами автоматической сварки под флюсом являются:
- высокая производительность;
- высокое качество и хороший внешний вид сварочных соединений;
- снижение расхода электроэнергии и электродного металла.
Но, как любой процесс, автоматическая сварка под флюсом обладает некоторыми недостатками:
- необходимость более тщательной подготовки кромок;
- возможность сварки только в горизонтальном положении на полу;
- невозможность сварки стыковых швов для вертикально расположенных деталей.
Ручная дуговая сварка
Ручная дуговая сварка используется при сварке труб толщиной стенок от восемнадцати до тридцати двух миллиметров. Естественно, она более трудоемка и требует большого количества квалифицированных кадров. Кроме того, она сравнительно дорога и хуже поддается контролю со стороны. Поэтому ее применение вызвано необходимость, а именно:
— при невозможности или нецелесообразности использования автоматической дуговой сварки;
— при специальных сварных соединениях;
— при устранении дефектов.
Также ее применение нежелательно из-за возможности возникновения значительного количества дефектов. Этому есть несколько причин. Так, например, в процессе сварки стальных газопроводов кислород и азот попадают в жидкий металл и делают структуру наплавленного металла неоднородной и хрупкой, образуются пузырьки и шлаковые включения. Это частично устраняется обмазкой электрода и применением короткой дуги, но полного устранения этого дефекта этим не добиться.
Основным инструментом сварщика служит электродержатель со сварочным проводом. К вспомогательному инструменту относятся маска, слесарный молоток, клеймо, металлическая щетка, зубило, набор шаблонов для уточнения размеров швов и молоток для зачистки шлака.
Газовая сварка
Газовая сварка – это соединение, основанное на процессе плавления высокотемпературным газовым пламенем кромок деталей, в соответствии с определенной технологией. Пламя образуется при горении горючих газов, в соединении с чистым кислородом. Ими могут быть ацетилен, водород, метан, пропан и другие. Существуют четкие требования, которые определяют необходимую температуру и скорость выгорания газа, в зависимости от условий.
Существенное отличие газовой сварки от дуговой заключается не только в абсолютно другой технологии процесса, но и в более медленном и плавном нагреве металла. В одних случаях – это недостаток, в других – преимущество. Этим «двуличием» и определены следующие основные области его применения:
- Для соединения деталей, выполненных из сталей малых толщин (от двух десятых до пяти миллиметров);
- Для соединения деталей, выполненных из металлов, требующих постепенного мягкого нагрева и замедленного охлаждения;
- Для соединения деталей, выполненных из цветных металлов;
- Для соединения деталей, выполненных из металлов, которые требуют подогрева, например, для некоторых видов наплавочных работ или для твердой пайки.
Газовая сварка более целесообразна для многих видов ремонтных работ благодаря простоте, универсальности и портативности необходимого оборудования. Существенным ее минусом является значительное снижение производительности при увеличении толщины металла. Поэтому, если толщина металла составляет более восьми миллиметров, то затраты на применение газовой сварки для создания магистральных трубопроводов и прочего экономически невыгодны. Впрочем, технология позволяет использовать ее при толщинах, которые достигают тридцати – сорока миллиметров.
Сама технология имеет ряд недостатков. Главным из них является то, что при плавном нагреве повышается температура основного металла, прилегающего к сварочной ванне. Это вызывает значительные деформации свариваемых изделий. По этой причине газовая сварка становится абсолютно технически нецелесообразной и экономически невыгодной при строительстве мостов, вагонов, корпусов судов, крупных машин, строительных металлоконструкций и тому подобных устройств, требующих высокой точности соединений. Также длительное пребывание металла при высокой температуре влечет за собой перегрев, а в следствии этого некоторое снижение механических свойств металлов.
Стыковая контактная сварка
При электроконтактной сварке газопровод имеет стыкуемые торцы. Детали закрепляются в зажимах и сжимаются. Потом через них протекает ток большой силы и низкого напряжения. При этом на стыке деталей образуется высокая температура, в следствие чего происходит плавление и соединение частей детали.
В настоящее время стыковая контактная сварка имеет широкое применение в машиностроении, но почти не применяется при строительстве магистральных газопроводов в связи с высокими требованиями к технологии.
Контроль за процессом сварки стыков в газопроводе
Любой газопровод должен соответствовать определенным техническим требованиям. Это вызвано его использованием для передачи материалов под высоким давлением. Кроме того, голубое топливо отличается высокой горючестью. Если не придерживаться всех требований, которые выдвинуты в технической и эксплуатационной документации, то процесс использования магистрального газопровода может закончиться плачевно.
Контроль за строительством магистрального газопровода должен начинаться еще с момента выбора поставщика труб. Он должен производить свой продукт из исключительно высококачественного материала, отвечающего всем требованиям государственных и отраслевых стандартов. После построения магистрального газопровода в обязательном порядке должна быть проведена его тестовая проверка.
Если все пункты выполнять в четком соответствии с требованиями технической документации, то результатом будет качественная коммуникационная сеть. Кроме того, это гарантирует своевременную и быструю доставку газа по магистральным трубопроводам к потребителю.
Похожие статьи
