Новые технологии сварки, взятые на вооружение компанией «Аквапласт»

Ю.Н. Богомол, ООО «Аквапласт» (Кривой Рог), В.В. Феденко, ООО «Саммит» (Днепр)

Технологические трубопроводы обеспечивают стабильную работу объектов жизнедеятельности в промышленной и социальной сферах, поэтому снижение себестоимости и сокращение сроков строительства или их ремонта является первоочередной задачей. На сварочно-монтажные работы приходится основная часть всего строительного периода при прокладке трубопроводов. Именно поэтому остро стоит проблема выполнения сварочных работ с высокой производительностью и стабильным качеством. Для изготовления трубопроводов применяют различные материалы, выбор которых обусловливается свойствами транспортируемой среды, ее температурой, давлением и другими эксплуатационными характеристиками.

К наиболее часто применяемым материалам относятся: углеродистые и легированные стали, медь, титан, алюминий и сплавы на их основе, неметаллы. В настоящее время из сталей изготовляют более 95% всех трубопроводов.

Сварка – один из важнейших технологических процессов изготовления и монтажа трубопроводов.

Основными способами сварки в зависимости от диаметра, толщины стенки, условий монтажа, типов швов и требований к ним являются:

• газовая;
• ручная дуговая покрытыми электродами;
• механизированная в защитных газах сплошной и порошковой проволокой;
• автоматическая сварка под флюсом.

При строительстве магистральных трубопроводов применяется контактная сварка.

В современных условиях повышение качества сварных соединений и выполнение возросших объемов сварочных работ могут быть обеспечены на основе дальнейшей автоматизации и механизации процессов сборки и сварки, применения более совершенной технологии и организации сварочномонтажных работ, совершенствования обучения и повышения квалификации кадров.

Более или менее успешные попытки применить механизированную сварку при монтаже технологических трубопроводов были еще в 1960-х годах. Хорошо известны примеры применения автоматической сварки в таких известных фирмах, как Lincoln Electric (США), ESAB (Швеция) и в ряде других.

Наиболее удачными, по мнению авторов, были технология и оборудование орбитальной сварки фирмы Polisud (Франция).

Хорошо зарекомендовал себя комплект оборудования для орбитальной сварки, разработанный предприятием «Электромеханика» (Ржев) – сварочная головки «Атос» и источник питания ВСВУ-160 (315).

Главным препятствием к широкому применению орбитальной автоматической сварки стали:

• применение труб высокой точности изготовления;
• высокие требования к качеству изготовляемых кромок;
• высокие требования к качеству сборки (стабильный зазор, совмещение кромок и т.д.);
• высокая квалификация монтажного персонала;
• большая номенклатура применяемой оснастки;
• сложность слежения направления сварки по стыку.

Поэтому в настоящее время наиболее перспективным, на наш взгляд, является механизированная сварка плавящимся электродом в среде защитных газов.

При односторонней сварке стыков трубопроводов в защитных газах можно выделить четыре зоны в сварном многослойном шве:

• корневой слой шва, выполняемый по открытому зазору с формированием обратного валика;
• первый заполняющий слой шва (горячий проход);
• последующие заполняющие слои шва;
• облицовочный шов.

При механизированной сварке выполнение корневого шва технологически наиболее сложная операция, поэтому усилия разработчиков сварочного оборудования многих компаний в мире направлены на улучшение качества формирования корневого слоя шва, повышение скорости сварки и обеспечение стабильных механических свойств сварного соединения в целом.

В последние годы для односторонней сварки «на весу» большое распространение получил метод формирования шва по свободному зазору за счет управляемого переноса капли электродного металла, который реализуется с помощью специализированных источников питания, обеспечивающих изменение сварочного тока и напряжения по определенному алгоритму.

При сварке по зазору 2,5–4,0 мм (в некоторых случаях величина зазора может составлять 5–6 мм) методом «на спуск» частота переноса капель при различных процессах составляет 90–120 Гц, скорость подачи проволоки диаметром 1,0–1,2 мм составляет 2,5–7 м/мин, скорость сварки от 12 до 25 см/мин, высота корневого слоя шва от 3 до 5 мм.

Недавно компания «Аквапласт» изменила технологию сварки при строительстве и ремонте трубопроводов, перейдя от ручной дуговой сварки покрытыми электродами к современному методу – механизированной дуговой сварке сплошной проволокой в среде защитного газа. Применение механизированной сварки было вызвано рядом причин, среди которых наиболее значимыми являются: необходимость повышения надежности сварных соединений, обеспечение выполнения работ в сжатые сроки, дефицит квалифицированных сварщиков ручной дуговой сварки.

Внедрение для сварки неповоротных кольцевых стыков механизированных комплексов Kemppi X8 MIG Welder и FAST MIG 450 позволило компании «Аквапласт» повысить производительность сварки на 30%, снизить затраты, сократить сроки выполнения работ на объектах, обеспечив при этом высокое качество сварных соединений.

Большинство работ, выполняемых компанией «Аквапласт», заключается в монтаже и сварке технологических трубопроводов из низколегированных труб диаметром от 80 до 500 мм. Традиционно, принимая во внимание особенности выполнения сварочных работ в стесненных условиях производственных помещений, корень стыкового соединения выполняют аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом, а заполняющие и облицовочные швы – покрытыми электродами. Механизированная дуговая сварка в защитных газах не применялась при строительстве и ремонте технологических трубопроводов.

Использование данного метода сварки стало возможным после того как специалисты «Аквапласт» ознакомились с техническими характеристиками новых сварочных систем X8 MIG Welder, FAST MIG X450 и возможностями специального сварочного процесса WISEROOT+ второго поколения – сварка корня шва с обратным формированием, разработанными компанией Kemppi (Финляндия).

Важной составляющей стало также плодотворное сотрудничество специалистов «Аквапласта» и фирмы «Саммит» – авторизованного представителя Kemppi Oy в Украине.

Выбор метода WISEROOT фирмы Kemppi и ее представителя в Украине ООО «Саммит» обусловлено рядом причин.

Во-первых, специалисты ООО «Аквапласт» имеют большой опыт работы с оборудованием фирмы Kemppi (с начала 1980-х годов).

Во- вторых, ООО «Саммит» предлагает полный набор услуг, которые включают не только продажу самого оборудования, но и поставку соответствующих сварочных материалов, обучение персонала, гарантийное (до 24 месяцев) и послегарантийное (в течение всего срока эксплуатации оборудования) сервисное обслуживание.

Преимущества механизированной дуговой сварки в защитных газах

Система механизированной дуговой сварки сплошной проволокой в среде защитного газа на базе многофункционального источника питания X8 Power Source и подающего механизма X8 Wire Feeder имеет следующие основные преимущества:

• высокое качество сварки от стыка к стыку;
• стабильные показатели механических свойств сварного соединения; высокая производительность;
• экономия сварочных материалов;
• возможность быстрого обучения операторов– сварщиков и освоения ими технологии сварки;
• устойчивое качество сварки, даже при незначительных ошибках оператора–сварщика;
• снижение физической нагрузки на оператора;
• уменьшение количества используемого оборудования и занятого персонала при сварке труб.

При механизированной односторонней сварке особое внимание следует уделять выполнению корневого кольцевого шва, так как это определяет качество сварного соединения и эффективность используемого метода сварки.

Применение механизированного сварочного комплекса X8 MIG Welder или механизированного сварочного комплекса FAST MIG X450, оснащенных специальным сварочным процессом WISEROOT+ и функциями WisePenetration и WiseFusion (применяется для заполнения сварного соединения после выполнения корневого прохода), обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений при выполнении механизированной сварки неповоротных стыков труб в различных плоскостях. От сварщика не требуется высокой квалификации, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Кроме этого, простота процесса сокращает время обучения сварщиков. Применение специального процесса WISEROOT+ обеспечивает стабильное проплавление корня шва с формированием обратного валика и исключает несплавление свариваемых кромок трубы. Функция WisePenetration поддерживает постоянную мощность дуги независимо от расстояния между электродом и сварочной ванной и позволяет регулировать длину дуги.

При выборе оборудования для механизированной сварки сплошной проволокой кольцевых соединений труб в компании «Аквапласт» основное внимание уделяли его универсальности и воспроизводимости качества сварных соединений. Это связано с необходимостью исполнять производственные проекты в сжатые сроки. Компании нужно было оборудование, которое дает возможность операторам сварки последовательно производить высококачественные сварные швы. Нужен был простой в использовании интерфейс, позволяющий операторам сварки сосредоточиться на сварке и не беспокоиться о том, как выбирать параметры сварки. Когда операторы сварки могут полагаться на свое оборудование, они могут сосредоточиться на качестве работы.

Для того чтобы освоить новую технологию сварки в компании была отобрана группа сварщиков для двухнедельного курса переподготовки, который охватывал все: от технического обслуживания оборудования до металлургии сварки. Обучение специалистов имеет решающее значение при внедрении новых процессов и технологий, помогает исключить риски, прежде чем новые процессы будут использоваться на рабочей площадке.

После внедрения механизированной сварки сплошной проволокой в среде защитного газа при монтаже технологических трубопроводов стало очевидным, что сроки выполнения работ сократились, а качество сварных соединений повысилось.

Особенности технологии механизированной сварки

Компания Kemppi Оу для модифицированной механизированной сварки разработала инверторный источник питания X8 Power Source, обеспечивающий специфическую форму выходного тока. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя силу и форму сварочного тока. Он во многом отличается от обычных источников питания.

Основные параметры сварки:

• скорость подачи сварочной проволоки;
• пиковый ток;
• базовый ток и др.,

задаются благодаря применению специального процесса WISEROOT+ нового поколения. Помимо этого, улучшаются условия контроля за формированием сварочной ванны.

Основные характеристики комплекса X8 MIG Welder:

• механизм подачи X8 MIG Feeder имеет четыре приводных ролика, обеспечивающих равномерную подачу сплошной или порошковой проволоки со скоростью до 25 м/мин.
• Подающие ролики можно зафиксировать в нужном положении, для этого достаточно нажать выключатель, который одновременно фиксирует обе пары подающих роликов и которым удобно пользоваться даже в перчатках;
• система освещения, встроенная в механизм X8 MIG Feeder, позволяет использовать его даже на самых темных участках производственного помещения.
• Отсек с катушкой проволоки и подающие ролики оснащены удобной системой подсветки, обеспечивающей хорошую видимость при загрузке катушки проволоки или отслеживании расхода проволоки через окно отсека с катушкой в условиях недостаточного освещения;
• механизм подачи X8 Wire Feeder удобно крепится на поворотную пластину прямо над источником питания X8 Power Source. Пластина поворачивается на 180° и может быть зафиксирована в разных положениях. Быстросъемные зажимы на основании фиксируют устройство подачи проволоки на месте и препятствуют нежелательному перемещению;
• разъем сварочном аппарате X8 Power Source позволяет легко и быстро установить сварочную горелку. Эргономичная и очень удобная горелка X8 MIG Gun оснащена дополнительной рукояткой пистолетного типа и фонарем, освещающим область вокруг наконечника;
• сменить катушку проволоки на сварочном аппарате X8 MIG Welder очень просто. Поднять катушку проволоки и извлечь ее из эргономичной конструкции с загрузкой сверху можно одним движением с минимальной нагрузкой на спину сварщика. Особая конструкция механизма не позволяет катушке проволоки выпасть и обеспечивает безопасную загрузку.

Сварка корневых швов труб – традиционно наиболее сложный этап при сооружении трубопроводов.

Этот этап предъявляет определенные требования к самому процессу сварки. Используя сварочную систему X8 MIG Welder, можно управлять механизмом переноса капли электродного металла и надежно управлять и контролировать формирование сварочной ванны, что значительно облегчает выполнение корневого шва.

Разработанный компанией Kemppi Оу специальный сварочный процесс WISEROOT+ является перспективной концепцией технологии механизированной дуговой сварки, позволяющей реализовать быстродействующую систему управления параметрами импульсного сварочного тока. Время реакции системы управления на изменения, происходящие в сварочной ванне, составляет микросекунды. Таким образом, параметры дуги при переносе каждой капли электродного металла в сварочную ванну оптимизированы в каждый момент времени.

Точное управление переносом металла в зону сварки, производимой в среде защитного газа, обеспечивает гарантированное проплавление, стабильное формирование обратного валика, высокую производительность наплавки, минимальное разбрызгивание, значительное снижение выделения сварочного аэрозоля, отсутствие сварочных деформаций и прожогов за счет управления импульсом. Данная технология дает возможность осуществлять сварку труб без применения специальных центраторов или подкладок.

Рекомендации по применению технологии механизированной сварки

Механизированную сварку корневого шва неповоротных стыков труб ведут на спуск.

Процесс начинают в верхней части трубы в положении «12 часов». Возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. На этом участке трубы сварку осуществляют с дугообразными колебаниями небольшой амплитуды. Дугу следует располагать внутри сварочной ванны в первой 1/4 или 1/3 от ее переднего фронта, а не на передней кромке сварочной ванны. В позициях от «12» до «1 часа» сварку выполняют углом назад. При этом угол наклона электрода составляет 45°.

При выполнении дугообразных колебаний не следует задерживаться на кромках трубы. Прямолинейные колебания с кромки на кромку приводят к увеличению проплавления. Может показаться, что при расположении дуги в сварочной ванне нельзя добиться необходимого проплавления, как при обычной механизированной сварке в защитных газах, где увеличение проплавления происходит при размещении дуги на передней кромке ванны.

Однако при импульсной сварке большая глубина проплавления достигается в том случае, если дуга горит внутри сварочной ванны. С позиции «1 час» амплитуду колебаний можно уменьшить и затем совсем прекратить их, продолжая двигаться вдоль стыка и располагая дугу внутри сварочной ванны в первой трети от ее переднего фронта. Угол наклона электрода на этом участке уменьшают на 10°. В позиции «5 часов» колебания можно возобновить и увеличить угол наклона электрода. Это зависит от зазора и притупления свариваемых кромок. При прекращении сварки необходимо прерывать дугу на одной из кромок. По внешнему виду наплавленного валика можно судить о необходимости корректировки режимов сварки. При установке прихватки возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. Прерывание дуги должно обязательно производиться на одной из кромок, а не в зазоре.

Начало и конец каждой прихватки необходимо сошлифовать, чтобы обеспечить плавный переход от корневого шва к прихватке. В качестве защитного газа при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей в зависимости от марки сплошной проволоки можно использовать чистый СО₂ или его стандартную смесь с аргоном.

Применение механизированной сварки для выполнения кольцевых стыковых соединений трубопроводов позволяет добиться значительно лучших механических свойств металла шва, чем при ручной дуговой сварке. Это подтверждается как внешним видом сварного шва (рисунки), так и радиографическим контролем.

Технологический процесс сварки, разработанный компанией Kemppi Оу и реализованный специалистами «Аквапласта», обеспечивает качество сварных соединений, соответствующее международным стандартам.

Подтверждением этого является разработанный компанией Kemppi Oy Пакет WPS PACKAGE-MIG MAG TUBE UNIVERSAL – набор WPS по процессу сварки труб MIGMAG, который можно применить при необходимости.

Инвестиции в новые технологии и оборудование обеспечивают стабильное развитие производственных компаний.

Новые технологии сварки, взятые на вооружение.pdf