Способ контактной стыковой сварки под водой

 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке труб под водой и может быть использовано при строительстве и ремонте морских трубопроводов. Цель изобретения - повышение качества сварки за счет уменьшения влияния состава атмосферы внутри защитной камеры и повышение производительности труда. Способ включает размещение концов свариваемых деталей в защитной камере, вытеснение из камеры давлением газа воды и сварку непрерывным оплавлением. При вытеснении воды в камере устанавливают минимальное давление. При сварке суммарное давление используемого для вытеснения воды газа и газов, образующихся в процессе оплавления деталей, поддерживают на уровне,минимальном для вытеснения воды. После начала оплавления скорость сближения деталей может быть увеличена до троекратного значения скорости сближения при сварке тех же деталей на воздухе 1 з п. ф-лы, 2 ил. ж

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 23 K 11/04

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьв

4 (21) 4606602/27 (22) 21.11.88 (46) 30.03.91. Бюл. N. 12 (71) Институт электросварки им, Е.О. Патона (72) С.И. Кучук-Яценко, Б.И. Казымов, И.H, Мосендз и И,В. Зяхор (53) 621.791.762 (088.8) (56) Патент США М 3412226, кл, 219 — 85, 1968.. (54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ

СВАРКИ ПОД ВОДОЙ (57) Изобретение относится к контактной стыковой сварке труб под водой и может быть использовано при строительстве и ремонте морских трубопроводов. Цель изобретения — повышение качества сварки эа

Изобретение относится к контактной стыковой сварке труб под водой и может быть использовано при строительстве и ремонте морских трубопроводов.

Цель изобретения — повышение качества сварки за счет уменьшения влияния состава атмосферы внутри защитной камеры и повышение производительности труда.

На фиг,1 представлена схема вытеснения воды газовой средой; на фиг.2 — схема процесса оплавления.

Сущность способа сварки заключается в том, чтобы путем уменьшения давления подачи газовой среды Рг за счет образования газов, возникающих при оплавлении, уменьшить количество воды (пара), в камере. Необходимость подачи в замкнутый объ ем газовой среды объясняется большими трудностями, возникающими при герметизации камеры. Эти трудности связаны с малым объемом камеры, самые удаленные,.,!Ж,, 1637976 А1 счет уменьшения влияния состава атмосферы внутри защитной камеры и повышение производительности труда. Способ включает размещение концов свариваемых деталей в защитной камере, вытеснение иэ камеры давлением газа воды и сварку непрерывным оплавлением, При вытеснении воды в камере устанавливают минимальное давление. При сварке суммарное давление используемого для вытеснения воды газа и газов, образующихся в процессе оплавления деталей, поддерживают на уровне,минимальном для вытеснения воды. После начала оплавления скорость сближения деталей может быть увеличена до троекратного значения скорости сближения при сварке тех же деталей на воздухе. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. элементы которой находятся в 25-100 мм от эоны сварки, где температура достигает температуры плавления металла, а также шероховатостью поверхности труб, на которых устанавливаются уплотнения, при ремонте трубопровода, смещением свариваемых кромок и т.д.

Газовая среда: сжатый воздух, инертный газ, азот, практически всегда в той или иной мере содержит влагу.

Наиболее простым и дешевым средством является сжатый воздух, влажность которого может быть очень высокой. Получить качественные соединения путем прямой подачи сжатого воздуха в замкнутый объем в камеру практически очень трудно.

При сварке концы сваривэемых труб 1 и

2 размещают в зажимах 3 и 4 сварочной машины, которые, в свою очередь, размещены в камере 5. Камеру герметизируют и через впускной клапан 6 начинают подавать

1637976 защитный газ, При этом вода, имеющаяся в камере, вытеснятся из нее через выпускной клапан 7. Давление газа в камере Р» конт- ролируют с помощью датчика давления 8, а наличие или отсутствие воды — датчиком 9.

Давление защитного газа Рг должно быть больше гидростатического давления Рг др и давления утечек газа Ру, через неплотности в камере.

В способе используется физическое явление, которое присуще контактной стыковой сварке непрерывным оплавлением, а именно выделение в процессе сварки паров металлов с образованием газов и аэрозолей (дыма, так как частицы аэрозолей по всей дисперсности приближаются к дыму). Давление газов Р, = Рг + Р, где P< — давление газов, образующихся при оплавлении в некоторые периоды оплавления, может возрастАть в несколько раз, При этом, чем выше скорость оплавления, тем больше газов образуется в замкнутом объеме, тем больше будет избыточное даление Рк, тем меньше может быть давление газовой среды Рг, со снижением которого снижается ее расход, Следовательно, снижается также и содер>кание в камере влаги. Это, в свою очередь, отражается на повышении качества соединений, на повышении его стабильности.

Для того, чтобы снизить давление газовой среды Рг до минимума повышают скорость оплавления, по сравнению со скоростями, применямыми при сварке на воздухе аналогичных деталей. Этот вариант возможен, если имеется или может быть создан запас электрической мощности для питания сварочных трансформаторов.

В данном случае любое повышение скорости будет повышать интенсивность оплавления и тем самым создавать условия для понижения давления газовой среды, При этом, в ряде случаев приходится повышать давление осадки, что обусловлено сокращением в процессе повышения скорости зоны разогрева участка металла, подвергаемого пластической деформации при осадке. Однако, как показали эксперименты по сварке труб в камере, увеличение скорости более, чем в 3 раза является нецелесообразным, так как в этом случае показатели механических свойств сначала стабилизируются, а затем понижаются, Ис следования структуры позволяют объяснить полученные результаты. При черезмерно большой скорости резко уменьшается протяженность эоны разогрева, в то время, как максимальный зазор, от величины которого зависит припуск на осадку, остается неизменным, поэтому, в результате пластической деформации в соприкосновение

10 входят участки металла с более низкой температурой, т.е. низкой энергией активации.

Это создает условия для образования в зоне соединения хрупкой структуры.

Пример, Выполнение способа сварки под водой труб диаметром 219 мм с толщиной стенки 12 мм из стали 20 при сооружении морского трубопровода.

В соответствии с рекомендациями по сварке углеродистых труб, определяют onтимальный режим сварки: тс = 90 с, длительное оплавление при VHa .= 0,2 мм/с в течение

80 с, повышение скорости до V«>= 1,2 мм/с в течение 10 с, давление осадки не менее

15 4 кг/мм .

Перед сваркой промышленного стыка трубопровода под водой подготавливают торцы труб — 1 и 2 (фиг,1), подлежащие сварке. После этого трубы зажимают в зажимах

20 3 и 4 специально подготовленной сварочной машины. На концы труб, находящиеся между зажимами, устанавливают камеру 5, создающую вокруг свариваемых деталей 1 и

2 замкнутый объем и приступают к вытесне25 нию воды из камеры. Процесс вытеснения воды контролируют датчиками "наличия— отсутствия" воды. При этом давление газовой среды устанавливают минимально возможным. Величина этого давления

30 определяется глубиной производства сварочных работ, а также конструктивными особенностями камеры, и в первую очередь— ее уплотнений, и состоянием наружных поверхностей концов труб, что определяет

35 уровень утечек газа из камеры. Например, при глубине производства сварочных работ

30м минимальное давление газовой среды в камере составляет 0,35 МПа. Под действием газа, который подается через клапан 6, 40 вода вытесняется из камеры. В камере имеется предохранительный клапан 7, через который производится отвод газа при давлении, при котором возможно разрушение камеры или ее отдельных элементов.

45 При полном отсутствии воды в камере подается сигнал о том, что можно начать сварку. В начальный период оплавления, длительность которого составляет 15 с, избыточное давление, возникающее при оправлении указан50 ных труб, повышается до 0,07 МПа. В этот периоддавление газовой среды плавно понижают до 0,35-0,07 = 0,28 МПа, Затем величину давления в течение 25 с понижают с 0,07 до

0,05 МПа и сохраняют на таком уровне до

55 повышения скорости перед осадкой, т.е. в течение 40 с. В период повышения скорости, который длится 10 с, давлением газовой среды плавно умеьшают до 0,35 — 0,13 = 0,22 МПа.

После осадки давление устанавливают равным начальной величине 0,35 Mfla и поддер1637976 живают на заданном уровне до тех пор, пока температура сварного стыка не понизится до необходимого уровня, Обычно зта температура соответствует температуре, при которой не образуется закалочных структур при взаимодействии нагретого металла с водой. После этого сварочную машину вместе с камерой удаляют с трубопровода.

Механические испытания сварных соединений, выполненный описанным способом, показывают высокие и стабильн е результаты. Так ни один из 9 стыков, выполненных предлагаемым способом, с использованием сжатого воздуха, не имеет образцов, угол загиба которых ниже допустимого значения 40О.

Кроме того, проводят опытное опробование предлагаемого способа при повышении скорости оплавления, Сварку труб на заданном режиме при

Vypq = 1,2 мм/с производят при установленной мощности источника питания 500 кВт, Конечную скорость оплавления повышают до

3,5 мм/с, т.е, повы шают практически в 3 раза.

Если при V

0,13 МПа, то при Ч„,= 3,5мм/с возрастание давления составляет 0,3 МПа. При глубине производства работ 30 м и минимально необходимом давлении в защитной камере

0,35 МПа, на стадии повышения скорости оплавления давление в системе подачи газа к окончанию периода повышения скорости устанавливают равным 0,35 — 0,3 =0,05 Mila.

Таким образом, достигается снижение уровня поступления влаги в защитную камеру через систему подачи газа за счет повышения скорости оплавления в конечный период.

Механические испытания трех стыков, 5 выполненных на высокой скорости, показывают повышение показателей углов загиба.

В данном случае минимальный угол загиба составляет 60О.

Способ сварки позволяет существенно

10 улучшить качество соединений за счет снижения влияния водяных паров, нагнетаемых с защитным газом в камеру.

Формула изобретения

1. Способ контактной стыковой сварки под водой, при котором концы свариваемых деталеи размещают в защитной камере, иэ камеры вытесняют давлением газа воду и

20 производят сварку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения за счет уменьшения влияния состава атмосферы внутри замкнутого объема защитной камеры, давление газа в защитной

25 камере перед сваркой устанавливают минимальным для вытеснения воды, производят сварку оплавлением, в процессе которой суммарное давление используемого для вытеснения воды газа и газов, образующихся

30 при сварке, поддерживают на уровне минимального для вытеснения воды.

2.Способ поп,1,отл ича ющийся тем, что, с целью повышения производительности труда, после начала оплавления

35 скорость сближения деталей увеличивают до троекратного значения скорости сближения при сварке тех же деталей на воздухе.

1637976

Составитель В.Зотин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор И.Сегляник

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, yn,Ãàãàðèíà, 101

Заказ 892 Тираж 529 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5