Способ дуговой многопроходной сварки труб

 

1. СПОСОБ ДУГОВОЙ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ ТРУБ неплавящимся . электродом без подачи присадочной проволоки, включанядий выполнение основного прохода в импульсном режиме с проплавлением стыка на всю глубину и опрессовочньк проходов с неполным проплавлением стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и коррозионной стойкости сварного соединения , сначала выполняют опрессовочные проходы, а патем основной про .ход, сварку которого ведут на токе в 1,5-2,0 раза превышающем ток опрессовочных проходов, со скоростью в 1,5-2,0 раза меньшей, чем скорость выполнения опрессовочньк проходов, и с погонной энергией, в 1,5-4 раза меньшей суммарной погонной энергии от опрессовочньк проходов, при этом диаметр сварной точки устанавливают равным 1,5-2,0 ширины шва опрессовочньк проходов. 2..Способ по п. 1, отличаюел с щийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения при сварке труб с разделкой кромок, опрессовочные проходы выполняют сериями, начиная с центра разделки по 3-8 проходов в каждую серию.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1143554

4(51) В 23 К 31/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

Г.

БР, Г ще ръ g q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3664500/25-27 (22) 23. 11. 83 (46) 07.03.85. Бюл. F - 9 (72) В.В.Рощин, Н.А.Фролова и И.В.Бармина (53) 621.791 ° 75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 270153, кл. В 23 К 9/16, 1966.

2. Авторское .свидетельство СССР

9 394175, кл. В 23 К 9/16, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

9 212409, кл. В 23 К 9/16, 1964.

4. Кисель С.Н. Соединения труб из разнопородных металлов. M., "Машиностроение", 1981, с. 33-34 (прототнп) . (54)(57) 1. СПОСОБ ДУГОВОЙ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ ТРУБ неплавящимся . электродом без подачи присадочной проволоки, включающий выполнение основного прохода в импульсном режиме с проплавлением стыка на всю глубину и опрессовочных проходов с неполным проплавлением стыка, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества и коррозионной стойкости сварного соединения, сначала выполняют опрессовоч- ные проходы, а затем основной про.ход, сварку которого ведут на токе в 1,5-2,0 раза превышающем ток опрессовочных проходов, со скоростью в 1,5-2,0 раза меньшей, чем скорость выполнения опрессовочных проходов, и с погонной энергией, в 1,5-4 раза меньшей суммарной погонной энергии от опрессовочных проходов, при этом диаметр сварной точки устанавливают равным 1,5-2,0 ширины шва опрессовочных проходов.

2..Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения при сварке труб с разделкой кромок, опрессовочные проходы выполняют сериями, начиная с центра разделки по 3-8 проходов в каждую серию. 11435

Изобретение относится к способам. дуговой сварки, преимущественно неплавящимся электродом в .среде защитных газов без присадочной проволоки стыковых соединений труб из

5 различных металлов, и может найти применение. в энергомашиностроении, судостроении, химическом машиностроении, в атомной промьшгленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ дуговой сварки

А неплавящимся электродом в среде за щитных газов стыков труб без разделки кромок и присадочной проволоки

15 за несколько проходов, при котором первым проходом проплавляют часть толщины стенки трубы, а последующими проходами, выполняемыми на том же режиме что и первый обеспечиваФ У

20 .ют полный провар стенки трубы с созданием усиления шва 13.

Основным недостатком этого спосо-, ба является та, что при увеличении размеров труб возрастает нестабильность пропара и увеличивается количество проходов для получения необходимого усиления шва, что снижает коррозионную стойкость таких

;соединений.

Известен способ дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов, при котором предвари1 тельно выполняют 9 --образную раздел:ку кромок, проваривают корень шва, а затем последующими проходами обес- З5 печивают закрытие разделки и получение монолитного сварного шва (2 ).

Недостатки способа заключаются в том, что для заполнения разделки металлов нужно выполнить большее ко- 40

,.личество сварочных проходов, корро зионная. стойкостг сварного соединения по причинам, указанным выше, остается недостаточной.

Известен способ дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов стыков труб без раз делки кромок и присадочной проволоки, по которому основным проходом ,обеспечивают полное проплавление сваркваемого стыка, - а последующими основными и дополнительными опрессо-г вочными проходами обеспечивают усиление шва (33.

Поскольку данный способ, кроме основных опрессовочных проходов требует выполнения еще и дополнительных опрессовочных проходов, то общий

54 2 нагрев стыка увеличивается, снижая его коррозионные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ многопроходной сварки стыков труб неплавящимся электродом без подачи присадочной проволоки, по которому вначале стык сваривают основным швом в импульсном режиме, которым получают его полное проплавление, а затем производят сварку опрессовочными проходами, обеспечивая усиление данного сварного шва Г43

Известный способ обладает теми же недостатками, что и описанные выше способы. Кроме того, прп выполнении стыков на производстве по обе стороны или с одной стороны от полу- ченного от опрессовочных проходов усиления шва, ширина которого, как правило, меньше ширины основного шва, имеет место некоторое ослабление сварного соединения относительно основного металла, для перекрытия которого и для заполнения этих зон ослабления соединения требуется выполнение дополнительных опрессовочных проходов. Это в конечном счете приводит к перегреву соединения и еще большему снижению его кор-, розионных свойств.

В случае образования деАектов в первом проходе, а именно пористости, происходит ее сплющивание в резуль- . тате пластической усадочной деформа-, ции шва при выполнении опрессовочных проходов. Такая сплющенная пористость является скрытым деАектогг и не выявляется рентгенопросвечиванием и другими методами неразрушающего контроля, поэтому в ряде отраслей, например, в судостроении, этот способ не разрешен для применения.

Вследствие пластических усадочных дегггормаций сварного шва при этом способе сварные соединения обладают. механической структурной неоднородностью. Твердость ива, основного металла и околошовной зоны отличают ся друг от друга на 10-15, что снижает работоспособность такого соединения.

Цель изобретения — повышение качества и коррозионной стойкости сварного соединения.

Для достижения поставленной цели согласно способу дуговой многопроходной сварки стыков труб неплавящимся электродом без подачи приса114

3554

> дочяой проволоки, включающему выполнение основного прохода в импульсном режиме с проплавлением стыка на всю глубину и опрессовочных проходов с неполным проплавлением стыка, сначала выполняют опрессовочные проходы, а затем основной проход, сварку которого ведут на токе, в 1,5

2;О раза превышающем ток опрессовочных проходов, со скоростью в 1,5- 10

2,0 раза меньшей, чем скорость выполнения опрессовочных проходов, н" с погонной энергией, в 1,5-4 раза меньшей суммарной погонной энергии от опрессовочных проходов, при этом 15 диаметр сварной точки устанавливают равным 1,5-2,0 ширины шва опрессовочных проходов.

Кроме того, с целью повышения качества сварного соединения при свар- 20 ке труб с разделкой кромок, опрессовочные проходы выполняют сериями,,начиная с центра разделки, по 3-8 проходов в каждую серию.

Ток сварки основного прохода увели- 5 чивают в 1,5-2,0 раза, а скорость сварки на столько же уменьшают от: носительно режима, на котором выполняют каждый опрессовочный проход, так как если ток сварки основного ЗО прохода будет меньше, чем в 1,5 раза больше тока, на котором выполняют каждый опрессовочный проход, то он не обеспечит требуемого переплава данного объема металла, т.е. коррозионная стойкость его будет недостаточна. Если этот ток будет больше, чем в 2 раза больше тока, на котором выполняют каждый опрессовочный проход, то основным проходом будет 40 черезмерно переплавлен не только требуемый объем и прилежащая к нему зона, но и основной металл изделия, в результате чего сварной шов будет ослаблен. 45

То же следует сказать и о скорости сварки, если она будет меньше, чем в 2,0 раза меньше скорости выполнения каждого опрессовочного прохода, то будет черезмерный переплав 50 соединения, а сварной шов ослаблен.

Если же эта скорость будет больше, чем в 1,5 раза меньше скорости выполнения каждого опрессовочного прохода, то все недостатки известных способов, указанных вьппе, будут иметь место. При этом следует отметить, что погонная энергия должна быть в 1,5-4 раза меньше суммарной погонной энергии от выполнения опрессовочных проходов, так как при данном режиме она должна. обеспечить максимально возможную корроэионную стойкость шва, которая с уменьшением погонной энергии возрастает, потому что время пребывания металла шва и основного металла соединения в зоне опасных температур уменьшается.

Однако, если погонная энергия основного прохода будет меньше, чем в

1,5 раза меньше суммарной погонной энергии от опрессовочных проходов, то шов будет без усиления или ослаб.лен, возможен также.прожог, а коррозионная стойкость его снизится.

Если же погонная энергия основного прохода будет больше, чем в 4 раза м.-ныне суммарного погонной энергии от опрессовочных проходов, то хотя коррозионная стойк, сть сварного соединения будет вьппе,не будет дбс" тигнуто полное проплавление соединения.

Другим необходимым условием достижения повышенной коррозионной . стойкости сварного соединения и неулучшения качества его является диа4 1 метр расплавляемой точки, при выполнении основного прохода, которая должна быть в пределах,,d = (1,5— 2,0)В, где В ширина опрессовочного шва (мм) . Если е будет меньше, чем 1,5 В, то при выполнений основного прохода зона термического влияния, где в основном после охлаждения шва низкие показатели корроэионной стойкости, не будет переплавлена и будет непровар, а если будет больше, чем в 2 В, то соединение будет черезмерно переплав лено, а шов ослаблен. При этом сле- дует отметить, если при сварке труб с разделкой кромок, когда опрессовочные проходы выполняют сериями из, 3-8 опрессовочных проходов, чередую. щимися с основными проходами, то целесообразно усиление каждой серии, полученной от опрессовочных прохо- дов, использовать как присадочный материал при выполнении следующей серии, так как это позволяет значительно улучшить качество шва и быстрее заполнить разделку, т.е..повысить производительность процесса при сварке труб с толщиной стенок более 4 мм.

1143554

Поскольку одной операцией — выполнением основого прохода одновременно получают сквозной проплав стыка и переплав всего шва, то процесс сам по себе значительно упро- щается, что способствует повышению производительности процесса.

Также следует отметить, если в каждой серии опрессовочных проходов будет меньше, чем 3, то усиление этой серии будет мало, и тогда нужно большее количество переплавляющих основных проходов, что понизит коррозионную стойкость соединения, а если их будет больше, чем 8, то полученный объем металла будет велик для переплава основным проходом.

На фиг. 1 показан стык трубы, подлежащий сварке по предлагаемому способу; на Аиг. 2 — схема выполнения опрессовочных проходов, в результате которого с внешней стороны стыка получают усиление сварного шва, а с внутренней выпучивание сдеформированного при этом металла; на Аиг. 3 — схема выполнения основного прохода -в импульсном режиме, в результате которого получают полное проплавление стыка трубы; на фиг. 4 — схема подготовки кромок ЗО стыка трубы, подлежащих сварке, когда с обратной стороны стыка выполняют проточку, объем и форма которой идентичны объему и Аорме ме,телла, выпучиваемого с обратной сто- у роны соединения в результате выполнения опрессовочных проходов; на фиг. 5 — схема выполнения опрессовочных проходов по стыку, с обратной стороны которого предварительно вы- 4о полнена проточка и заполнение ее металлом в результате выполнения опрессовочных проходов; на фиг. 6 — схема и внешний вид соединения после выполнения основного прохода; на 4> фиг. 7 и 8 — схема выполнения способа дуговой многопроходной сварки труб с разделкой кромок стыка -образной и ступенчатой, когда объем металла, полученный каждой серией из 3-8 опрессовочных проходов, про.плавляют полностью основным проходом, а усиление, полученное каждой серией опрессовочиьтх проходов, используют в качестве присалочного мате- 5> риала при заполнении разделки.

Схема выполнения предлагаемого способа содержи. элементы 1 и 2 стыка трубы, подлежащих соединению многопроходнои сваркой неплавящимся электродом без присадочной проволоки, опрессовочные проходы 3-10 с помощью которых получают усиления будущего сварочного шва, объем 9 металла, выпучиваемого с обратной стороны стыка, в результате выполнения опрессовочных проходов, основной проход 11, с помощью которого получают полное проплавление свариваемого стыка трубы, проточку 12, выполненную с обратной стороны стыка трубы, объем и Аорма которой идентичны объему и форме массы металла, L выпучиваемых с обратной стороны стыка, в результате выполнения опрессовочных проходов, обратную сторону 13 стыка трубы после выполнения опрессовочных проходов (c предварительным выполнением с обратной стороны стыка проточки 12).

Кроме того на схеме обозначены ширина В шва после выполнения опрессовочных проходов (мм) и диаметр

Рт расплавляемой точки (мм).

Способ осуществляют следующим образом.

Элементы 1 и 2, подлежащие сварке в трубу, собирают в стыковое соединение без разделки кромок и зазора (фиг. 1). Затем на одном и том же режиме в направлении от внешней стороны стыка к его .обратной стороне выполняют неплавящимся электродом без подачи присадочной проволоки опрессовочные проходы 3-6, которыми проплавляют толщину стыка на

1/4-3/4 до получения требуемого усиления сварного шва снаружи и положительной кривизны 9 изнутри из ме1талла, выпученного из стыка при вы-, полнении опрессовочных проходов

3-6 (фиг. 2). При этом после опрессовочных проходов стык охлаждают до 50-100 С.

Затем после охлаждения последнего опрессовочного прохода б ток сварки увеличивают в 1,5-2,0 раза, а скорость сварки на столько же уменьшают относительно режима, на котором выполняли каждый из олрессовочных проходов 3-6 и выполняют в импульсном режиме основной проход

11 (Аиг. 3), которым обеспечивают полное проплавление свариваемого стыка с усилением, зоной термического влияния и металлом 9, я ну <енньпч

1143554 при выполнении опрессовочных проходов 3-6. При этом следует отметить, что диаметр расплавляемой точки основного прохода выбирают из условия: с = (1,5 — 2,0) В, 5 а погонную энергию уменьшают в 1,54 раза относительно суммы погонной энергии, полученной при выполнении опрессовочных проходов 3-6 (фиг. 3).

При сварке труб с толщиной стенки более 4 мм с образиной стороны стыка изнутри трубы 1 и 2 предварительно перед выполнением опрессовочных проходов 3-6 можно выполнить проточку 12 (Аиг. 4), объем и Аорма которой идентичны объему и Аорме металла 9, выпучиваемому из стыка в результате выполнения опрессовочных проходов 3-6. Для этого предварительно выполняют сварку образцов этими проходами и определяют объем и форму проточки 12. После выполнения опрессовочных проходов 3-6 объем выпучиваемого жидкого металла 9 заполняет проточку 12 заподлицо и обратная сторона стыка приобретает вид 13 (Аиг. 5). Выполнение такой проточки 12 позволяет уменьшить величину объема жидкого металла, который будет образовываться в1 30 процессе сварки по всей толщине свариваемого стыка, в результате чего для проплавления и переплава, т.е. для выполнения основого прохода 11 (фиг. 6) потребуется меньше тепловой энергии и, следовательно, корроэионные свойства сварного соединения будут выше.

В случае сварки труб 1 и 2 с разделкой Ч-образной или ступенчатой, 40 процесс выполняют сериями (Аиг. 7 и 8), кажцая из которых состоит из

3-8 опрессовочных проходов 3-10, каждую из которых заканчивают выполнением основного прохода 11 в им- 4s пульсном режиме. При этом следует от1метить, что усиление каждого полученного таким образом шва используют в качестве присадки при заполнении разделки, для чего, например, 50 электрод смещают относительно этого усиления в ту или иную сторону на кромку элементов 1 или 2 свариваемого стыка трубы.

После сварки стыка предлагаемым 55 способом его подвергают внешнему осI мотру, измерениям, рентгенопросвечиванию, металлограАическим исследованиям и испытаниям на коррозионную стойкость в 657. растворе азотной кислоты при температуре кипения, которые показали положительные результаты.

Пример. При проведении испытаний сваривают трубы из стали

12Х18Н10Т диаметром 38 мм с толщиной стенки 3 мм и диаметром 108 мм с толщиной стенки 9 мм. Стыки под сварку изготавливают с разделкой кромок при толщине более 4 мм и без разделки кромок, без фаски и с внутренней стороны для осуществления контроля провара просвечиванием, так как при выполнении опрессовочных проходов стык с внутренней стороны раскрывается и получается зазор, который выполняет в процессе контроля роль эчой Ааски. Зазор между кромками составляет менее 0,3 мм, а смещение обеспечивается в т х же пределах, не более 107 толщины стенки стыка.

Стыки собирают с помощью стягивающего приспособления и прихваток, а сваривают в неповоротном положении труб автоматом ОДА-2М и ОКА-1 с источником сварочного тока ТИР-ЗООДИ, который позволяет производить сварку в непрерывном и импульсном режиме.

Примеры выполнения и результаты испытаний сведены в таблицу.

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить качество сварного соединения и его эксплуатационные характеристики, а именно: коррозионную стойкость и работоспособность на 20-307, за счет того, что вначале выполняют несколько опрессовочных проходов с неполным проплавлением толщины свариваемого стыка, а затем в импульсном режиме основной проход, который обеспечивает не только полное проплавление соединения, но и переплав опрессовочного шва и прилегающей зоны термического влияния в сторону основного металла трубы на 1-1,5 мм от линии сплавления и ограниченного температурой 1150 С, где обычно происходит максимальное разрушение. При этом обеспечивается равномерное усиление ,.сварного шва по всему периметру тру бы с усилением не менее 0,3 мм, полное отсутствие скрытых деАектов, структурной и механической неоднородности.

1143554 а ф\ аФ о О м л о

МЪ

° М

* ь иО м л о

МЪ

Ф

М л о м м л о

\Р1 м

М1

Ф л ь

М

МЪ о

Ch м л о

М\

Ф л о м л

Ch м л о

МЪ м л

C) 1

Ch л

МЪ

° ф

DI

М1 » м

В л(л и м1

С0 л IÔ

М1

00(Л н о с» о м Д н а о п н ь

»Т! и О ни Фи. оооо ж х )оR м т

I ! л

I а

6Ч л м и.

«н о

g С 4

Ф С а сч и

I@4

М1

II и л

a! 0

gA (4

CQ °

lI II э рР

Ю

CD

II и

ГВ

< ю иа

CV 00

lI Il

Ф л

З> и

U О Со а

00 ли и и и

Ф .ф3

Зебр о й

< о

tO и а и гъ о аа

С4 С0 и и

Ф л

М !

ITl

Ф о мЪ

Ф

D г

СЧ

Ф о

IO со ("\

Ю о

IPJ

В о.Ь

С4 л

Ю и

Ф

О 1,! и х и а л

1 % Ct

I йв O

Ю

1. Х

Q Ф) У о о аа, о ах

Х 0 х о а

IC Э CC >

I х 1.к

Ю 1 а ХХ I ХХ

В и Rj el-5Р

c:v о> в хи айхк оео оо

XIr CI

1о л

Ю м о и и

Р

ЧЭ

Ю о и с

4 !

1

tV 1

ФМ 1 .о

1 и.

° и

Ю CO

CO и и о а

n =>

3 ф а х о о g, <

Ю

CO и г

М а

h о РР лГ

CO и л м и

CO О о е ио

РЪ

hl u и

3(и! л

IO

° ° а

j3.

1143554

О 1, а О.«

an а о О О а ь

1О

* ь 0

an а о

an ь м м а о О а о

СЧ а н

ОО к о а о

<Ч ф

al

an а

64

° Ф н о ь

О . СЧ

II. и

° н и С и

«(° Щ

an m

ы н

cI ан

О а

В

aI ь

О

ОЭ4

ИУО

РН О оай

t4

М фа, ю

<Ч л а о

In

Ф сО

O о к н о

Нц а а оо л о

Н II Н

3 ь

v О а

C)

II с

« л м л

an О

CQ а ь н О

° l м н

xl н

О а йЧ аа т м н о и

„, Rgb а «и (ч о

Ch СЧ п s ф 8

16

Ф х х

v О ь о о а а« о аX

ы o-vхх л!Ъ

Ю

5, A

an

CO аА г

an

РЪ

° 0

Ю о

1 х l

I O 1

1 I — 4

СЧ

ЮЪ л о л

Ф и о

1

1 В

1 <и

Щ

Ф

Ю О

СЧ

A ь и

Ю о

O Ca ah

«v cI v

2 Х ad cu

CC V.0

СЧ

5/Ъ

СЧ

1Ч

CO

Ф! в

0 6!

В

00 О х л е а0 а° В 4

I v

Х 1

С 0

Л. IC CI IC ) Ю окххы

C= Х В IЬ а

X (В а

1Ч(ф

aa I О

Ю

Ю (!

II Лю!

v Ф

<

О !О ао

В л, » 4

u ) Ч . с

СС

II а

P) В ааа

В

> х !л ! огх! 1

Х 1 1

ХИ О! IC

Ы.В КЙХ оео оо!

К х о х о g

Х О, Х В

В! IC еi v

3)5 ах о

1 д 1 и

Ж !

1: щ !

0I

Ж х

0! I

1 о

И 11

1

t

6

v 1- :

v u

Л О

ВЛ

c0 C o

В В В

В ч

1143554

В С

CO) °

В В

c co . cu

Xl 0 V

< О Л

О I0

<Ч СО 0

В . В В

Ч м..Р ) СЧ

O и Р .

an C0

В В В

° и Ф

Фв И ) 11 и f

18

Ca(Ф (Ф о а

Ф

С \

В

О

Ф

4Ч

O л а

@ à

an

Ф» (4

Я ° IXt

Ю ° Ф ((а

l143554

Х(((О a(3)l!s ха ю ю » в lQ

1„(в

4 < 1 Ф(X l (a

© «Ф о «

° м ф

В ((6

3 8

Й Р( o y5 g (K g (aa

g4 о.

1143554

1» о ах оо.

ЯЯ

ОЯХ и оu Ia. a

t х або

ОЪ хю

an CaI ов

О фь

В

С Ъ IA к о

tn ea

РЪ

iФ It д, < е1 ь Ф

C) Ct1 в

N C0 ф

Н 4 4 ф 8

«4

С>

1 з

1 х

X К х а ф aat

Caa Q

ОЪ х

Ф х

С» о х о к х я, х е

Cl В

1 о

И. 41

Цhоgo

1«Я CJ оояи

Ф

ЛВ

1:с

СЧ

Ф х

4 о

1 1

Ф 1

1 Ch !

О)

1 1 а4 1 1

g 1,о

> 1 .оь 1сь

О яaat

Я Х 61 < 3 саvх

Е

1 о х t

О Я (° IC ф CN 3 окхх.ы

1 1а

2@55oP5

I 1 и f 1

t:u .О1а оэît.оо

1 Ь КИХ еаь 51=5

ll43554

1143554

g4,ф6 7Ю 10

Составитель И.Мельцов

Техред С.Мигунова Корректор О.Луговая

Редактор Е.Лушникова .

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 815/12 Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5