Нові технології зварювання, взяті на озброєння компанією «Аквапласт»

Ю.Н. Богомол, ТОВ «Аквапласт» (Кривий Ріг), В.В. Феденко, ТОВ «Самміт» (Дніпро)

Технологічні трубопроводи забезпечують стабільну роботу об'єктів життєдіяльності в промисловій та соціальній сферах, тому зниження собівартості і скорочення термінів будівництва або їх ремонту є першочерговим завданням. На зварювально-монтажні роботи припадає основна частина всього будівельного періоду при прокладці трубопроводів. Саме тому гостро стоїть проблема виконання зварювальних робіт з високою продуктивністю і стабільною якістю. Для виготовлення трубопроводів застосовують різні матеріали, вибір яких обумовлюється властивостями середовища, що транспортується, його температурою, тиском та іншими експлуатаційними характеристиками.

До найбільш часто застосовуваних матеріалів відносяться: вуглецеві і леговані сталі, мідь, титан, алюміній і сплави на їх основі, неметали. В даний час з сталей виготовляють більше 95% всіх трубопроводів.

Зварювання - один з найважливіших технологічних процесів виготовлення і монтажу трубопроводів.

Основними способами зварювання, в залежності від діаметра, товщини стінки, умов монтажу, типів швів і вимог до них є:

• газове;
• ручне дугове покритими електродами;
• механізоване в захисних газах суцільним і порошковим дротом;
• автоматичне зварювання під флюсом.

Під час будівництва магістральних трубопроводів застосовується контактне зварювання.

В сучасних умовах підвищення якості зварних з'єднань і виконання збільшених обсягів зварювальних робіт можуть бути забезпечені на основі подальшої автоматизації та механізації процесів складання і зварювання, застосування більш досконалої технології і організації зварювально-монтажних робіт, вдосконалення навчання і підвищення кваліфікації кадрів.

Більш-менш успішні спроби застосувати механізоване зварювання при монтажі технологічних трубопроводів були ще в 1960-х роках. Добре відомі приклади застосування автоматичного зварювання в таких відомих фірмах, як Lincoln Electric (США), ESAB (Швеція) і в ряді інших.

Найбільш вдалими, на думку авторів, були технологія і устаткування орбітального зварювання фірми Polisud (Франція).

Добре зарекомендував себе комплект обладнання для орбітального зварювання, розроблений підприємством «Електромеханіка» (Ржев) - зварювальні головки «Атос» і джерело живлення ВСВУ-160 (315).

Головною перешкодою до широкого застосування орбітального автоматичного зварювання стали:

• застосування труб високої точності виготовлення;
• високі вимоги до якості виготовлених кромок;
• високі вимоги до якості збірки (стабільний зазор, поєднання кромок і т.д.);
• висока кваліфікація монтажного персоналу;
• велика номенклатура застосовуваної оснастки;
• складність стеження напряму зварювання по стику.

Тому в даний час найбільш перспективним, на наш погляд, є механізоване зварювання електродом, що плавиться в середовищі захисних газів.

При односторонньому зварюванні стиків трубопроводів в захисних газах можна виділити чотири зони в звареному багатошаровому шві:

• кореневий шар шва, що виконується за відкритим зазором з формуванням зворотного валика;
• перший заповнюючий шар шва (гарячий прохід);
• наступні заповнюючі шари шва;
• облицювальний шов.

При механізованому зварюванні виконання кореневого шва технологічно найбільш складна операція, тому зусилля розробників зварювального устаткування багатьох компаній в світі спрямовані на поліпшення якості формування кореневого шару шва, підвищення швидкості зварювання і забезпечення стабільних механічних властивостей зварного з'єднання в цілому.

В останні роки для одностороннього зварювання «у висячому положенні» велике поширення отримав метод формування шва по вільному зазору за рахунок керованого переносу краплі електродного металу, який реалізується за допомогою спеціалізованих джерел живлення, що забезпечують зміну зварювального струму і напруги за певним алгоритмом.

При зварюванні по зазору 2,5-4,0 мм (в деяких випадках величина зазору може становити 5-6 мм) методом «на спуск» частота перенесення крапель при різних процесах становить 90-120 Гц, швидкість подачі дроту діаметром 1,0 1,2 мм складає 2,5-7 м / хв, швидкість зварювання від 12 до 25 см / хв, висота кореневого шару шва від 3 до 5 мм.

Нещодавно компанія «Аквапласт» змінила технологію зварювання при будівництві та ремонті трубопроводів, перейшовши від ручного дугового зварювання покритими електродами до сучасного методу - механізованого дугового зварювання суцільним дротом в середовищі захисного газу. Застосування механізованого зварювання було викликано рядом причин, серед яких найбільш значущими є: необхідність підвищення надійності зварних з'єднань, забезпечення виконання робіт у стислі терміни, дефіцит кваліфікованих зварників ручного дугового зварювання.

Впровадження для зварювання неповоротних кільцевих стиків механізованих комплексів Kemppi X8 MIG Welder і FAST MIG 450 дозволило компанії «Аквапласт» підвищити продуктивність зварювання на 30%, знизити витрати, скоротити терміни виконання робіт на об'єктах, забезпечивши при цьому високу якість зварних з'єднань.

Більшість робіт, що виконуються компанією «Аквапласт», полягає в монтажі і зварюванні технологічних трубопроводів з низьколегованих труб діаметром від 80 до 500 мм. Традиційно, беручи до уваги особливості виконання зварювальних робіт в умовах обмеженого простору виробничих приміщень, корінь стикового з'єднання виконують аргонодуговим зварюванням неплавким електродом, а заповнюють і облицювальні шви - покритими електродами. Механізоване дугове зварювання в захисних газах не застосовувалося при будівництві та ремонті технологічних трубопроводів.

Використання даного методу зварювання стало можливим після того як фахівці «Аквапласт» ознайомилися з технічними характеристиками нових зварювальних систем X8 MIG Welder, FAST MIG X450 і можливостями спеціального зварювального процесу WISEROOT + другого покоління - зварювання кореня шва зі зворотним формуванням, розробленими компанією Kemppi (Фінляндія).

Важливою складовою стало також плідна співпраця фахівців «Аквапласт» і фірми «Саміт» - авторизованого представника Kemppi Oy в Україні.

Вибір методу WISEROOT фірми Kemppi і її представника в Україні ТОВ «Самміт» обумовлено рядом причин.

По-перше, фахівці ТОВ «Аквапласт» мають великий досвід роботи з обладнанням фірми Kemppi (з початку 1980-х років).

По-друге, ТОВ «Самміт» пропонує повний набір послуг, які включають не тільки продаж самого обладнання, а й поставку відповідних зварювальних матеріалів, навчання персоналу, гарантійне (до 24 місяців) та післягарантійне (протягом всього терміну експлуатації обладнання) сервісне обслуговування.

Переваги механізованого дугового зварювання в захисних газах

Система механізованого дугового зварювання суцільним дротом в середовищі захисного газу на базі багатофункціонального джерела живлення X8 Power Source і подаючого механізму X8 Wire Feeder має наступні основні переваги:

• висока якість зварювання від стику до стику;
• стабільні показники механічних властивостей зварного з'єднання; висока продуктивність;
• економія зварювальних матеріалів;
• можливість швидкого навчання операторів- зварників і освоєння ними технології зварювання;
• стійка якість зварювання, навіть при незначних помилках оператора-зварювальника;
• зниження фізичного навантаження на оператора;
• зменшення кількості використовуваного обладнання і зайнятого персоналу при зварюванні труб.

При механізованому односторонньому зварюванні особливу увагу слід приділяти виконанню кореневого кільцевого шва, так як це визначає якість зварного з'єднання і ефективність використовуваного методу зварювання.

Використання механізованого зварювального комплексу X8 MIG Welder або механізованого зварювального комплексу FAST MIG X450, оснащених спеціальним зварювальним процесом WISEROOT + і функціями WisePenetration і WiseFusion (застосовується для заповнення зварного з'єднання після виконання кореневого проходу), забезпечує хороший контроль зварювальної ванни і дозволяє значно знизити ймовірність утворення несплавлення при виконанні механізованого зварювання неповоротних стиків труб в різних площинах. Зварнику не потрібно мати високу кваліфікацію, щоб виконати якісне зварне з'єднання. Крім цього, простота процесу скорочує час навчання зварників. Застосування спеціального процесу WISEROOT + забезпечує стабільне проплавлення кореня шва з формуванням зворотного валика і виключає несплавлення зварювальних кромок труби. Функція WisePenetration підтримує постійну потужність дуги незалежно від відстані між електродом і зварювальною ванною і дозволяє регулювати довжину дуги.

При виборі обладнання для механізованого зварювання суцільним дротом кільцевих з'єднань труб в компанії «Аквапласт» основну увагу приділяли його універсальності і відтворюваності якості зварних з'єднань. Це пов'язано з необхідністю виконувати виробничі проекти в стислі терміни. Компанії потрібно було обладнання, яке дає можливість операторам зварювання послідовно виробляти високоякісні зварні шви. Це мав бути простий у використанні інтерфейс, що дозволяє операторам зварювання зосередитися на роботі і не турбуватися про те, як вибирати параметри зварювання. Коли оператори зварювання можуть покладатися на своє обладнання, вони можуть зосередитися на якості роботи.

Для того, щоб освоїти нову технологію зварювання в компанії була відібрана група зварників для двотижневого курсу перепідготовки, який охоплював все: від технічного обслуговування обладнання до металургії зварювання. Навчання фахівців має вирішальне значення при впровадженні нових процесів і технологій, допомагає виключити ризики, перш ніж нові процеси будуть використовуватися на робочому майданчику.

Після впровадження механізованого зварювання суцільним дротом в середовищі захисного газу при монтажі технологічних трубопроводів стало очевидним, що терміни виконання робіт скоротилися, а якість зварних з'єднань підвищилася.

Особливості технології механізованого зварювання

Компанія Kemppi Оу для модифікованого механізованого зварювання розробила інверторне джерело живлення X8 Power Source, що забезпечує специфічну форму вихідного струму. Апарат має зворотну дію, котра відстежує основні етапи перенесення краплі і миттєво реагує на процеси, що відбуваються між електродом і зварювальною ванною, змінюючи силу і форму зварювального струму. Він багато в чому відрізняється від звичайних джерел живлення.

Основні параметри зварювання:

• швидкість подачі зварювального дроту;
• піковий струм;
• базовий струм і ін.,

задаються завдяки застосуванню спеціального процесу WISEROOT + нового покоління. Крім цього, поліпшуються умови контролю за формуванням зварювальної ванни.

Основні характеристики комплексу X8 MIG Welder:

• механізм подачі X8 MIG Feeder має чотири приводних ролика, що забезпечують рівномірну подачу суцільного або порошкового дроту зі швидкістю до 25 м / хв.
• Подаючі ролики можна зафіксувати в потрібному положенні, для цього достатньо натиснути вимикач, який одночасно фіксує обидві пари роликів і яким зручно користуватися навіть в рукавичках;
• система освітлення, вбудована в механізм X8 MIG Feeder, дозволяє використовувати його навіть на найтемніших ділянках виробничого приміщення.
• Відсік з котушкою дроту і подаючі ролики оснащені зручною системою підсвічування, що забезпечує хорошу видимість при завантаженні котушки дроту або відстеженні витрати дроту через вікно відсіку з котушкою в умовах недостатнього освітлення;
• механізм подачі X8 Wire Feeder зручно кріпиться на поворотну пластину прямо над джерелом живлення X8 Power Source. Пластина повертається на 180 ° і може бути зафіксована в різних положеннях. Швидкоз'ємні затискачі на підставі фіксують пристрій подачі дроту на місці і перешкоджають небажаному переміщенню;
• роз'єм зварювального апарату X8 Power Source дозволяє легко і швидко встановити зварювальний пальник. Ергономічний і дуже зручний пальник X8 MIG Gun оснащений додатковою рукояткою пістолетного типу та ліхтарем, який висвітлює область навколо наконечника;
• змінити котушку дроту на зварювальному апараті X8 MIG Welder дуже просто. Підняти котушку дроту і витягти її з ергономічної конструкції із завантаженням зверху можна одним рухом з мінімальним навантаженням на спину зварника. Особлива конструкція механізму не дозволяє котушці дроту випасти і забезпечує безпечне завантаження.

Зварювання кореневих швів труб - традиційно найбільш складний етап при спорудженні трубопроводів.

Цей етап висуває певні вимоги до самого процесу зварювання. Використовуючи зварювальну систему X8 MIG Welder можна управляти механізмом перенесення краплі електродного металу і надійно управляти і контролювати формування зварювальної ванни, що значно полегшує виконання кореневого шва.

Розроблений компанією Kemppi Оу спеціальний зварювальний процес WISEROOT + є перспективною концепцією технології механізованого дугового зварювання, що дозволяє реалізувати швидкодіючу систему управління параметрами імпульсного зварювального струму. Час реакції системи управління на зміни, що відбуваються в зварювальній ванні, становить мікросекунди. Таким чином, параметри дуги при перенесенні кожної краплі електродного металу в зварювальну ванну оптимізовані в кожен момент часу.

Точне управління перенесенням металу в зону зварювання, що відбувається в середовищі захисного газу, забезпечує гарантоване проплавлення, стабільне формування зворотного валика, високу продуктивність наплавлення, мінімальне розбризкування, значне зниження виділення зварювального аерозолю, відсутність зварювальних деформацій і прожогів за рахунок керування імпульсом. Ця технологія дає можливість здійснювати зварювання труб без застосування спеціальних центраторів або підкладок.

Рекомендації щодо застосування технології механізованого зварювання

Механізоване зварювання кореневого шва неповоротних стиків труб ведуть на спуск.

Процес починають у верхній частині труби в положенні «12 годин». Збудження дуги здійснюють на одній з кромок. Потім дугу переносять на протилежну кромку, формуючи при цьому зварювальну ванну. На цій ділянці труби зварювання здійснюють з дугоподібними коливаннями невеликої амплітуди. Дугу слід розташовувати всередині зварювальної ванни в першій 1/4 або 1/3 від її переднього фронту, а не на передній кромці зварювальної ванни. У позиціях від «12» до «1 + години» зварювання виконують кутом назад. При цьому кут нахилу електрода становить 45°.

При виконанні дугоподібних коливань не слід затримуватися на кромках труби. Прямолінійні коливання з кромки на кромку призводять до збільшення проплавлення. Може здатися, що при розташуванні дуги в зварювальній ванні не можна домогтися необхідного проплавлення, як при звичайному механізованому зварюванні в захисних газах, де збільшення проплавлення відбувається при розміщенні дуги на передній кромці ванни.

Однак при імпульсному зварюванні велика глибина проплавлення досягається в тому випадку, якщо дуга горить всередині зварювальної ванни. З позиції «1 + час» амплітуду коливань можна зменшити і потім зовсім припинити їх, продовжуючи рухатися уздовж стику і розташовуючи дугу всередині зварювальної ванни в першій третині від її переднього фронту. Кут нахилу електрода на цій ділянці зменшують на 10 °. У позиції «5 годин" коливання можна відновити і збільшити кут нахилу електрода. Це залежить від зазору і притуплення крайок, що зварюються. При припиненні зварювання необхідно переривати дугу на одній з кромок. За зовнішнім виглядом наплавленого валика можна судити про необхідність коригування режимів зварювання. При установці прихватки збудження дуги виробляють на одній з кромок. Потім дугу переносять на протилежну кромку, формуючи при цьому зварювальну ванну. Переривання дуги повинно обов'язково проводитися на одній з кромок, а не в зазорі.

Початок і кінець кожної прихватки необхідно зішліфувати, щоб забезпечити плавний перехід від кореневого шва до прихватки. В якості захисного газу при зварюванні низьковуглецевих і низьколегованих сталей в залежності від марки суцільного дроту можна використовувати чистий СО2 або його стандартну суміш з аргоном.

Застосування механізованого зварювання для виконання кільцевих стикових з'єднань трубопроводів дозволяє домогтися значно кращих механічних властивостей металу шва, ніж при ручному дуговому зварюванні. Це підтверджується як зовнішнім виглядом зварного шва (малюнки), так і радіографічним контролем.

Технологічний процес зварювання, розроблений компанією Kemppi Оу і реалізований фахівцями «Аквапласт», забезпечує якість зварних з'єднань, що відповідає міжнародним стандартам.

Підтвердженням цього є розроблений компанією Kemppi Oy Пакет WPS PACKAGE-MIG MAG TUBE UNIVERSAL - набір WPS по процесу зварювання труб MIGMAG, який можна застосувати при необхідності.

Інвестиції в нові технології та обладнання забезпечують стабільний розвиток виробничих компаній.

Нові технології зварювання, взяті на озброєння компанією «Аквапласт».pdf