Технологические способы и оборудование для выполнения наплавки

Содержание
1. ОСОБЕННОСТИ СПОСОБОВ РЕМОНТА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ 4
2. Основные требования к разработке технологии гипербарической
наплавки 8
3. Технологическое оборудование 10
4. Порядок проведения гипербарической наплавки 15
Список литературы: 18

Введение
Наиболее ответственной частью трубопроводных магистральных систем являются подводные переходы, при обеспечении надежности которых одной из основных задач является не только диагностика технического состояния, но и выбор возможных способов их ремонта под водой. В последние годы в России наблюдается возрастающее внимание к исследованиям и разработке технологий и технических средств по ремонту подводных переходов после длительных сроков эксплуатации в речных и морских акваториях.
Для этой цели широко используют процессы подводной сварки трех видов: мокрую, сухую в кессоне (при атмосферном давлении) и сухую гипербарическую в камере (при давлении, равным давлению на глубине ее погружения). Основное назначение гипербарической сварки (в специфической атмосфере газовой среды и избыточном давлении), по сравнению с мокрой, состоит в исключении контакта с водой зоны сварки, что дает существенное преимущество для получения равнопрочных сварных соединений независимо от внешних условий и глубины выполнения работ. В известной и доступной научно-технической литературе приводятся разнообразные и противоречивые данные различных исследований по обеспечению качества сварных соединений, выполняемых под водой. Большая часть этих соединений получена с использованием стандартных источников питания с жесткой вольтамперной характеристикой и оснащенных аналоговыми системами управления.
Имеющийся мировой и отечественный опыт свидетельствует, что при выполнении сварки на глубинах до 30 м поведение сварочной дуги не имеет принципиальных отличий по сравнению с процессом в обычных атмосферных условиях (при нормальном давлении).
Необходимо отметить, что в настоящее время за рубежом в ряде компаний существуют специальные исследовательские подразделения для совершенствования и оценки в реальных подводных условиях разрабатываемых ремонтно-восстановительных технологий (в основном для глубоководных трубопроводов без привлечения водолазов).
Практическая реализация режимов гипербарической наплавки с управляемой формой импульса тока в различных пространственных положениях связана с необходимостью решения ряда сложных электротехнических и конструкторско-технологических задач. При этом расстояние между сварочным источником питания (находящимся на берегу или на палубе плавсредства) и местом выполнения работ может составлять 80–100 м.
Рассмотри в данном реферате способ наплавки в сухой камере.
Особенности способов ремонта подводных переходов

Регламентированные и применяемые в настоящее время методы ремонта дефектных участков подводных переходов с применением сварки имеют ряд особенностей и ограничений (табл. 1).
Таблица 1. Особенности процессов
Вид сварки Особенности выполнения процесса
Сухая в кессоне Выполняется при давлении, близком к атмосферному, внутри огруженного металлического короба (кессона) с
открытой верхней частью (шахтой), который герметично закреплен на элементе конструкции
Сухая в камере(гипербарическая) Выполняется в искусственной атмосфере внутри глубоководной камеры, герметично закрепленной на элементе конструкции, и при давлении, равном давлению на глубине ее погружения
Например, сварку можно выполнять различными способами (рис.1). Для реализации сухой сварки проектируют и изготавливают индивидуальные металлические короба (кессоны, камеры), предназначенные для ремонта обычно только одного типоразмера по диаметру труб и имеющие, как правило, минимальное внутреннее пространство.
160972512382500
4018280131445б
0б
1678549149225а
0а
Рис. 1. Виды подводной сварки:
а – в кессоне; б – в камере (гипербарическая сухая)
Камеры (массой от 8 до 20 т) проектируют и изготавливают под заказ. Они, как правило, входят в состав водолазного комплекса плавсредств, в который включают также гидравлические подъемники и центраторы, необходимые для перемещения труб в вертикальной и горизонтальной плоскостях при их фиксации и герметизации по торцам камеры. Установка таких камер на ремонтируемом изделии является сложной и длительной операцией, требующей подчас очень высокой точности (рис. 2). Шахта устанавливается вертикально и крепится к воротнику кессона болтами, с последующей фиксацией на растяжках к берегу.
2260600200279000
Рис. 2.
Кессоны комплектуют: набором герметизирующих элементов под различные диаметры труб; оборудованием для зачистки, резки и под гонки труб; герметизированным универсальным источником питания для сварки плавящимся или неплавящимся электродом; герметичными емкостями для хранения инструмента и приспособлений; электроинструментом; оборудованием для зачистки, термообработки и контроля сварных соединений и т.д.
Камеры оснащают также стационарными системами непрерывного действия для удаления сварочных аэрозолей, пожаротушения, контроля за составом газовой смеси, а также гидравлической системой для фиксации и перемещения на небольшие расстояния ремонтируемой трубы в случае необходимости ее центровки при монтаже.
Кратность воздухообмена должна быть не менее 100 м3/ч.
При этом расстояние между сварочными источниками питания (находящимися на берегу или на палубе плавсредства) и местом выполнения работ может составлять до 80–100 м. Для источников питания с жесткой вольт-амперной характеристикой (ВАХ) это приводит к уменьшению интенсивности саморегулирования дуги.
Так, для обеспечения устойчивости процесса восстановительной наплавки, выполняемой в любом пространственном положении на мягких режимах (< 80 А), сварочное оборудование должно иметь дистанционное цифровое управление (управляемый перенос электродного металла). Для того, чтобы оно отвечало данному требованию, необходимо использовать в нем элементную базу, не содержащую аналоговые компоненты. В настоящее время сформировалось и успешно осуществляется направление исследований, позволяющее значительно расширить технологические возможности электродуговых процессов благодаря реализации адаптивных алгоритмов цифрового управления процессом сварки. Такой подход позволяет исключить постоянную подстройку режимов при длительной работе, то есть каждая составляющая часть используемого сварочного оборудования должна быть оснащена микроконтроллером и «завязана» в цифровую промышленную цепь.
С учетом характера поверхностных повреждений (дефектности) подводных переходов технологическая выборка определенной формы (круговой или эллиптической) должна выполняться механическим способом. В момент выполнения наплавки выборку (ослабленное место в стенке трубы) необходимо рассматривать как жестко закрепленную по контуру тонкостенную мембрану, то есть режим наплавки, выполняемой вручную во всех пространственных положениях покрытыми электродами или механизированной сваркой, должен обеспечить относительно небольшую остаточную деформацию (проседание) ремонтируемого участка.
Технология ремонтной гипербарической наплавки, выполняемой любым способом должна обеспечивать:
– минимальную глубину проплавления основного металла трубы в ослабленном месте и его минимальное перемешивание с наплавляемым;
– минимальные усадочные усилия при многослойной наплавке для исключения потери пространственной устойчивости восстанавливаемого участка (выборки) трубы;
– равномерную высоту и рельеф наплавленного слоя.
Основные требования к разработке технологии гипербарической наплавки

1. Технология выполнения ремонтных работ зависит от глубины, конструкции ремонтируемого узла, организационно-технологических возможностей фирмы, удаленности ремонтируемого объекта от мест, где производятся камеры, требований заказчика к срокам проведения работ.
2. Механизированная сварка применяется ограниченно в основном из-за несовершенства конструкций сварочных полуавтоматов и источников питания.
3. Технология гипербарической сварки (ручная или механизированная) в камере будет и в дальнейшем использоваться для сборки и ремонта под водой ответственных гидротехнических сооружений, таких как высоконапорные трубопроводы, отдельные элементы стационарных оснований и т.д.
4. Предполагается увеличение объемов выполнения ремонтных работ с использованием новых покрытых электродов и порошковых проволок с улучшенными сварочно-технологическими свойствами. Обычные сварочные материалы не всегда могут быть рекомендованы для сварки в камере из-за невозможности обеспечения качественного формирования сварочной ванны во всех пространственных положениях.
5. Точка пересечения ВАХ стандартных источников питания и дуги в гипербарических условиях меняет свое положение по отношению к ее положению при сварке в нормальных условиях при атмосферном давлении. Дуга в этих условиях характеризуется большим градиентом падения напряжения и высокой степенью обжатия; поджиг дуги осложняется, сварка должна выполняться короткой дугой. Для поддержания постоянной длины дуги необходимо увеличивать напряжение.
6. Современные достижения в области микроэлектроники и вычислительной техники существенно продвинули технологические возможности разрабатываемого на их базе сварочного оборудования нового поколения различного назначения.
Технологическое оборудование

Универсальная установка УНТ-1 (рис.3).
71120122555000Предназначен для удаления поверхностных дефектов послойно (за несколько проходов) механическим способом (абразивными кругами или шарошками) для получения необходимой формы и параметров кармана (местного утонения стенки трубы).
Рис.3
Посадочный узел имеет малогабаритную машинку для выборки фрезерованием поверхностных поражений или сварочную горелку для выполнения восстановительной наплавки. Эти операции выполняются во всех пространственных положениях. Источник питания и аппаратура управления находятся вне рабочей зоны.
Установка крепится на штатные бандажи (направляющие пояса, например, сварочного аппарата М-300). Перемещение каретки 2 с посадочным узлом может выполняться в трех плоскостях с помощью трех различных мотор-редукторов (М-Р): вдоль оси трубы (М-Р суппорта червячный), вокруг трубы (М-Р каретки цилиндрический) и вертикально за счет механизма перемещения (М-Р планетарный). При этом перемещение каретки можно осуществлять в трех режимах: со сварочной скоростью, с маршевой скоростью и на шаг раскладки наплавляемых валиков (осуществляется специальным автоматизированным устройством управления).
В данной установке при наплавке для подачи сварочной проволоки применяется так называемая система «тяни-толкай». В качестве тянущего механизма используется механизм подачи проволоки, находящийся непосредственно на самой горелке, а толкающего – механизм подачи проволоки, находящийся в сварочном полуавтомате.
Приведенная система компоновки позволяет не только бесперебойно подавать порошковую проволоку (имеющую пониженное содержание азота) в зону сварки (погрешность скорости подачи не более 1,0 %), но и снизить вес установки (< 3 0 кг) благодаря размещению кассеты с проволокой непосредственно на полуавтомате, а не на ней.
Полуавтомат сварочный типа ПАРС Н511 (рис.4)
Рис.4
Предназначен для полуавтоматической дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах (MIG/MAG) изделий из малоуглеродистых и низколегированных сталей протяженными и прерывистыми швами в различных пространственных положениях, а также сварки и наплавки порошковыми проволоками (диаметром до 3,2 мм). В качестве защитного газа может использоваться углекислый газ по ГОСТ 8050–76, аргон по ГОСТ 10157–73 или смеси газов (Ar+CO2, Ar+O2, и др.). Полуавтомат оснащен цифровой системой управления, выполненной в виде трех отдельных блоков. Управление производится с единого синергетического пульта (ПУ-501), имеющего двухстрочный жидкокристаллический индикатор (экран сообщений). Система управления позволяет в режиме реального времени управлять периферийным оборудованием, входящим в состав полуавтомата, производить его тестирование перед сваркой, запоминать и хранить в памяти рабочие настройки (10 вариантов режимов сварки), измерять величину тока и напряжения в процессе сварки [1; 3]. Информация о состоянии оборудования, параметрах настройки и режимах сварки выводится на экран пульта. Полуавтомат может располагаться от источника питания на расстоянии до 80 м . Основные технические характеристики приведены в таблице 2.
Таблица 2 Основные технические характеристики
Наименование параметра Величина
Номинальное напряжение питающей сети, В340…400
Потребляемая мощность, кВа (не более) 15
Род сварочного тока постоянный
Номинальный сварочный ток при ПВ=80%, А. 300/500
Режим работы Повторно
кратковременный
Длительность цикла, мин. 5
Диаметр электродной проволоки, мм0,8 …3,2
Количество ведущих роликов 4
Скорость подачи электродной проволоки, м/мин. 1-20
Точность поддержания скорости подачи, % (не менее) 1,0
Расход защитного газа, л/мин 5-40
Габариты механизма подачи (ВхШхД)
Габариты источника питания (ВхШхД) 280х305х545 470х360х380
Масса механизма подачи без электродной проволоки, кг.
Масса электродной проволоки в кассете, кг. 11,5
15
Полуавтомат состоит из выпрямителя (Ф-302И, Ф-502, ВДУ-516), горелки сварочной, переносного механизма подачи проволоки (БПП-511), 190 пульта управления (ПУ-501), силовых и сигнальных кабелей. В механизме подачи проволоки БПП-511 расположен мотор-редуктор с электродвигателем постоянного тока, который обеспечивает плавное регулирование скорости подачи, с четырьмя ведущими роликами; электропневмоклапан; необходимые разъемы и плата управления. Питание подающего механизма осуществляется от выпрямителя. Пульт управления включает в себя плату управления и индикатор. Обмен информацией и управление устройствами, входящими в состав полуавтомата осуществляется по внутренней специальной сети PARS-net. Во время процесса сварки регуляторами устройства управления автоматически стабилизируется скорость подачи проволоки в зону сварки и заданное напряжение на дуге. Пульт управления предназначен для управления и диагностики модулей полуавтомата, настройки параметров и управления ходом сварки. При подаче питания установка входит в режим настройки. В этом режиме происходит настройка параметров сварки и управление блоком подачи проволоки. Пульт управления полуавтоматом ПАРС Н-511 позволяет осуществить следующие функции: выбор способа сварки; выбор материала, защитного газа и диаметра сварочной проволоки, настройку параметров режима сварки, выбор и изменение параметров меню (номер режима) и т. д. Кроме того, пульт управления содержит меню тестирования. При нажатии кнопки на горелке полуавтомат переходит в режим сварки. В этом режиме происходит индикация измеренного тока и напряжения, регуляторами на пульте управления можно производить коррекцию скорости подачи проволоки и сварочного напряжения. Управление меню осуществляется с помощью кнопок. Настройка полуавтомата осуществляется по двум вариантам – при включенной и отключенной синергетике. При отключенной синергетике оператору необходимо самому настроить блок параметров (скорость подачи проволоки, напряжение, жесткость выпрямителя и др.). В синергетическом режиме необходимо выбрать тип защитного газа и диаметр проволоки. При 191 изменении скорости подачи система автоматически настроить рабочие параметры, которые дополнительно можно подкорректировать. В зависимости от этого варьируется содержание меню.
Порядок проведения гипербарической наплавки

При выполнении электросварочных работ необходимо соблюдать требования ГОСТ 12.3.003-86 ССБТ «Работы электросварочные. Общие требования безопасности».
Переносные электроинструменты и другое вспомогательное оборудование должны удовлетворять требованиям ГОСТ и ТУ.
Перед выполнением наплавочных работ давление в магистральном трубопроводе должно быть снижено до давления, равного давлению газовой среды внутри подводной камеры.
До начала выполнения наплавки обычно рекомендуют проведение предварительного подогрева поверхности выборки дефектного участка. Контроль температуры предварительного и сопутствующего подогрева должен выполняться в точках, равномерно расположенных по периметру границы выборки. Работы по наплавке следует начинать сразу после достижения температуры ≥150 °С.
Наплавочные операции проводить при постоянном контроле состава газовой среды (СО2, О2, Н2, N и проч.), влажности, температуры и давления в камере, которые должны удерживаться в пределах пороговых значений.
Ручную дуговую наплавку следует выполнять электродами с основным видом покрытия (типа Э42, Э46А и Э50А). При этом прочность наплавленного металла не должна превышать прочность металла ремонтируемой секции трубы, т.е. марка электродов должна назначаться с учетом его возможного деформационного старения.
При выборе электродов следует принимать ту марку, которая не только удовлетворяет требованиям к марке трубной стали, но и дает наименьшее количество выделений (пыли, фтористых и марганцовистых соединений).
Наплавку выполнять электродами меньшего диаметра по сравнению с электродами, применяемыми для аналогичных операций в нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении на воздухе.
Наплавка ведется на постоянном токе обратной полярности (плюс на электроде) короткой дугой. Заполняющие и облицовочный слои следует выполнять узкими валиками (ниточными проходами), возможная ширина которых должна быть не более 1,0– 1,5 диаметра электрода.
Многослойная наплавка каждого из слоев выполняется по встречно-симметричной схеме, т.е. направление ниточных валиков в каждом последующем слое должно быть противоположно предыдущему, с перекрытием каждого из валиков до 2,0 мм. Количество валиков не регламентируется; их количество в каждом из слоев определяется шириной кармана.
Перед наложением контурного шва необходимо зачистить механическим способом (шлифовкой) начало и окончание (кратер) выполненных ниточных валиков (швов). Шов должен выполняться электродами диаметром ≤ 3,2 мм с поперечными колебаниями и обеспечением плавного перехода к основному металлу трубы, перекрывая основной металл на расстояние до 3,0 мм от граничной линии выборки; шов может иметь ширину до 8,0–10,0 мм. Наплавку ремонтируемой зоны длиной до 300 мм допускается выполнять за один-два этапа, при длине до 500 мм − за три этапа. При этом общая длина выборки должна условно разбиваться на равные части для последующего поэтапного удаления дефектов и выполнения наплавки. Допускается выполнять контурный шов после завершения наплавки отдельно по каждой из выделенных зон. Отремонтированные участки подлежат зачистке механическим способом для достижения ровной поверхности с шероховатостью не более Rz32 и с плавным переходом к основному металлу трубы. Высота наплавки может составлять 0,5–1,5 мм. Операционный контроль при наплавке осуществляется в общей системе технического контроля в соответствии с технологическими инструкциями.
Список литературы:

1. Гладков Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке: учебное пособие. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.
2. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения: Учебник для вузов.
Часть 1. Конструирование. – М.: ООО «Недра – Бизнесцентр», 2006. – 555 с.
3. Зорин Е.Е., Ланчаков Г.А., Степаненко А.И. Работоспособность трубопроводов (Сопротивляемость разрушению). Ч. 2. – М.: Недра, 2002. – 360 с.
4. Инструкция по классификации стресс-коррозионных дефектов по степени их опасности. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007.
5. СТО Газпром 2-2.3-137-2007 «Инструкция по технологиям сварки при строительстве и ремонте промысловых и магистральных газопроводов.» Ч. 2.
М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. – 178 с.
6. Кононенко В.Я. Подводная сварка и резка. – Киев: Унiверситет «Украiна», 2011. – 264 с.
7. Трух С.Ф., Юшин Д.А., Долиненко А.В. и др. Сравнительные характеристики ряда полуавтоматов для сварки в защитных газах // Сварочное производство. – 2004. – № 7. – С. 21–24.
8. Чернышов Г.И., Попов А.Л., Антонов А.А. и др. Технологические напряжения в сварных соединениях. – М.: Изд-во МГОУ, 2004. – 254 с.