Сварка трубопроводов

свойствам и неразрушающему контролю; уменьшение зависимости качества сварки от ошибок опера­

тора; снижение физической нагрузки на сварщика/оператора;

возможность быстрого обучения операторов; снижение объемов используемого оборудования и рабочей

силы для сварки труб большого диаметра с большой толщиной стенки.

Эти преимущества привели к использованию автоматическо­ го сварочного оборудования CRC-Evans при сооружении более 45 000 километров трубопроводов по всему миру. Диаметр труб варьировался от 400 до 1520 мм с толщиной стенки до и более 50 мм. Система была апробирована в экстремальных природных условиях: при температурах до —40 °С на Аляске, в Канаде и Рос­ сии; в субтропическом климате Мексики и Венесуэлы; в пустынях Техаса, Ирана и Саудовской Аравии; при оффшорном строитель­ стве в Мексиканском заливе, Северном море и Индийском океане.

Система автоматической сварки CRC-Evans является специ­ ально разработанной системой для двусторонней сварки непово­ ротных стыков труб при сооружении линейной части магистраль­ ных трубопроводов в среде защитного газа проволокой малого ди­ аметра.

Трубы должны быть изготовлены в соответствии с требовани­ ями API, стандарт 5L. Согласно стандарту API требуется, чтобы кромки трубы имели фаску в 30 ° и 1,6-мм зазор со стороны корня шва (рис. 3.54). Подобная конфигурация разделки имеет ряд недо­ статков в случае использования автоматической сварки.

Во-первых, если труба не имеет идеально круглой формы, режущий инструмент вызывает вариации по толщине притупле­ ния кромки со стороны корня шва.

Во-вторых, внутренний центратор, используемый в большин­ стве случаев при сварке трубопроводов, может выровнять кромки трубы по окружности, исказив при этом исходную плоскую по­ верхность среза разделки. Эти два фактора, как правило, не вызы­ вают каких-либо особых сложностей при ручной сварке, однако они могут привести к серьезным проблемам при применении автоматической сварки в защитном газе.

Третьим недостатком АРТразделки является просто ее неэко­ номичность по причине большого объема металла шва, необходи-

Рис. 3.54. Подготовка кромок для сварки с использованием системы CRC-Evans в сравнении со стандартной заводской разделкой

мого для ее заполнения. Даже при использовании ручной дуговой сварки для труб с большой толщиной стенки зачастую применяют модифицированную разделку с целью уменьшения объема на­ плавляемого металла.

Недостатки стандартной разделки API устраняются при авто­ матической системе сварки. CRC-Evans добивается этого путем использования новой комбинированной конфигурации разделки, которая производится машинной обработкой торцов труб. При этом гарантируется абсолютная перпендикулярность кромки по отношению к оси трубы. Торцы трубы выравниваются по окруж­ ности идентично тому, как они будут выглядеть при использова­

нии центратора. Таким образом, достигается практически идеаль­ ная сборка стыка для сварки. Подобная новая конфигурация раз­ делки требует значительно меньшего количества металла шва для ее заполнения. Эффект экономии сварочного материала увеличи­ вается с ростом толщины стенки трубы.

Сварку производят в режиме короткого замыкания. Другими признаками системы являются отсутствие зазора при сборке сты­ ка и сварка корня шва с внутренней стороны трубы. Совокупность этих факторов повышает скорость и качество сварки следующим образом:

отсутствие зазора при сварке уменьшает количество необхо­ димого металла шва, сокращает время на сборку стыка и практи­ чески исключает прожог при сварке;

сварка корня изнутри существенно уменьшает влияние неточ­ ностей при сборке стыка и, как следствие, предотвращает внут­ ренний подрез. Это также позволяет выполнять сварку "горячего" прохода практически одновременно со сваркой корня, что увели­ чивает скорость сварки и обеспечивает формирование прочного соединения при удалении внутреннего центратора.

3.6.2. Оборудование сварочного комплекса CRC-Evans AW

Комплекс "CRC-Evans AW" состоит из следую­ щих основных единиц оборудования:

станков для обработки кромок труб под специальную разделку; внутренней кольцевой пропановой горелки для предваритель­

ного подогрева концов труб; установки внутренней сварки (для сварки изнутри трубы),

представляющей собой самоходный внутренний центратор с мно­ гоголовочным сварочным автоматом, встроенным между рядами жимков;

агрегата энергообеспечения установки внутренней сварки; автоматов наружной сварки с направляющими поясами; агрегатов энергообеспечения постов наружной сварки с за­

щитными палатками; передвижной мастерской для наладки и ремонта оборудова­

ния и хранения запасных частей;

вспомогательного оборудования.

Станок для обработки кромок трубы (pipe facing machine — PFM) (рис. 3.55, 3.56) используют для изготовления комбинирован­ ной фаски трубы с постоянной и высокой точностью. Станок со­ стоит из двух основных частей: зажимной секции и секции механической обработки. Зажимная секция включает в себя два набора башмаков с гидравлическим приводом, которые связаны таким образом, что могут раздвигаться одновременно и равномер­ но. Башмаки обеспечивают фиксацию станка по отношению к трубе. Башмаки также выравнивают концы трубы по окружно­ сти и гарантируют идеальную перпендикулярность станка по от­ ношению к оси трубы.

Секция механической обработки PFM состоит из вращаю­ щейся наружной платформы и гидравлического мотора, связанно­ го с гидравлической системой. Радиальные консоли, на которых закреплены режущие головки, смонтированы на наружной плат­ форме и позволяют путем использования до 6-ти карбидных рез­ цов обрабатывать практически любую конфигурацию фаски. На­ ружная платформа вращается и подается внутрь трубы с помощью гидравлического мотора. Энергия для PFM поступает от дизельно­ го или электрического двигателя, который приводит в движение гидравлический узел питания.

Обычно используют две PFM. Каждая машина подвешена на трубоукладчике и имеет свой собственный гидравлический блок питания. Операция по обработке фаски занимает, как правило, 2 —5 мин в зависимости от толщины стенки и квалификации оператора. Обслуживающий персонал состоит из PFM-оператора и машиниста трубоукладчика. Подсобный рабочий необходим при обработке кромок труб большого диаметра.

Операция по обработке кромки начинается тогда, когда за­ жимная секция PFM вставляется внутрь трубы до тех пор, пока кромка трубы не коснется конических ведущих роликов на ради­ альных консолях. Оба набора башмаков затем раздвигаются для фиксации машины в трубе. Наружная платформа начинает вра­ щаться и быстро продвигается в сторону торца трубы до тех пор, пока режущие головки не дойдут на расстояние примерно 6 мм от торца. Затем производится подача в режущем режиме до окон­ чания обработки новой фаски. Вращение наружной платформы прекращается, и она подается в обратном направлении до осво-

бождения радиальных консолей. Зажимные башмаки затем воз­ вращаются в исходное положение, и машина перемещается к сле­ дующему торцу трубы.

Внутренний центратор/сварочная станция (Internal Welder) (рис. 3.57, 3.58). Этот узел соединяет два конца трубы, фиксирует их и производит автоматическую сварку корня шва изнутри. Зажимная секция состоит из трех центрирующих элементов и двух наборов зажимных башмаков, все с пневматическим при­ водом. Сварочные головки расположены между двумя рядами за­ жимных башмаков таким образом, что в раздвинутом состоянии центрирующие элементы находятся в плоскости вращения сва­ рочных головок.

В процессе сборки внутренний центратор/сварочная станция точно устанавливается относительно торца трубы путем раздвижения всех трех центрирующих элементов и прижатия их к кром­ ке. Затем первый набор зажимных башмаков раздвигается внутри конца трубы и фиксирует машину на месте. Центрирующие эле­ менты затем возвращаются в исходное положение, и следующая секция трубы устанавливается на свое место с кромками, тесно прижатыми к первому концу трубы. Затем Ёторой набор зажим­ ных башмаков раздвигается, завершая, таким образом, точную сборку стыка. После этого начинается сварка корня шва.

Сварочная секция машины состоит из 2-х, 4-х или 6-ти свароч­ ных головок, смонтированных симметрично относительно враща­ ющегося кольца, которое приводится в движение электрическим 24-вольтовым мотором. Для труб диаметром от 24 до 38 дюймов применяются 4 сварочные головки, для труб от 40 до 60 дюймов — 6 сварочных головок. Каждая сварочная головка включает катуш­ ку массой 1,47 кг со сварочной проволокой диаметром 0,9 мм, мо­ тор для подачи проволоки, сварочный наконечник и керамический конус для подачи защитного газа. Помимо этого, имеются два щит­ ка для защиты от сварочных брызг с целью предотвратить блоки­ ровку подачи газа и повреждение механических частей. В каче­ стве защитного газа применяется смесь 75 %Аг + 25 %С 02.

Скорость подачи проволоки обычно составляет около 9,14 м/мин, сварочные катушки требуют замены после выполнения 24 — 45 швов в зависимости от диаметра трубы.

В процессе сварки машина с 4-мя сварочными головками на­ чинает сварку двумя головками в позициях 1200 и З00, если смот-

реть с открытого конца трубы. Эти головки производят сварку в направлении "сверху вниз" со скоростью 760 мм/мин до позиции З00 и 600 соответственно. Одновременно другие головки перемеща­ ются в позиции 1200 и 900. Когда первые две головки заканчивают сварку, вторые две начинают сварку с 1200 до 900 и с 900 до 600 соот­ ветственно. Процесс сварки на машине с шестью головками аналоги­ чен, причем три головки производят сварку одновременно.

Внутренним центратором/сварочной станцией управляют с контрольного блока на конце приводной штанги. Энергию для сварки и сжатый воздух также поставляют через приводную штангу. Энергия, необходимая для подачи проволоки и вращения головок, поступает от аккумуляторов, установленных непосред­ ственно на станции. Защитный газ также подают из баллонов, ус­ тановленных на сварочном тракторе. После завершения сварки корневого шва зажимные башмаки возвращаются в исходное по­ ложение и внутренний центратор/сварочная станция самостоя­ тельно перемещается внутри трубы и автоматически останавлива­ ется у открытого конца. При сварке на барже возможно примене­ ние приводной лебедки для увеличения скорости операции. При сварке на суше система перемещается при помощи электродвига­ теля, питаемого от аккумуляторных батарей.

Аппараты для наружной сварки (External Welders) (рис. 3.59, 3.60), использующиеся в системе CRC-Evans, могут быть в трех базовых конфигурациях: для сварки "горячего" прохода, заполня­ ющих слоев и облицовочного слоя. Аппараты различаются по ско­ рости сварки и форме наконечников.

Аппараты перемещаются по 120-мм ленте из пружинной ста­ ли, которая фиксируется на трубе перед началом сварки стыка. Лента размещается на расстоянии 95 мм от плоскости, в которой расположен корень разделки и устанавливается точно по окруж­ ности с помощью специального шаблона, который затем удаляется.

Каждый сварочный аппарат имеет три части: тележку для пе­ ремещения по трубе, контрольный пульт управления и сварочную секцию. Тележка состоит из шарнирного основания, которое может быть отрегулировано под конкретный диаметр трубы, 24-вольтового мотора с редуктором и эксцентрикового зажимно­ го механизма для установки аппарата на ленте. Помимо этого, имеются три ведомых и одно ведущее колесо с насечкой, которое прижимается к краю ленты и обеспечивает перемещение аппара­