Оборудование для электрогазосварочных работ
Стальные трубопроводы наружных сетей соединяют в основном с помощью сварки.
Сварка — технологический процесс получения неразъемных соединений материалов путем их местного сплавления (сварка плавлением) или совместного пластического деформирования (сварка давлением), в результате чего возникают прочные связи между атомами (молекулами) соединяемых тел. Образующиеся сварные швы обеспечивают высокую прочность и плотность стальных трубопроводов, работающих при высоких давлениях и температурах.
К сварке плавлением относятся: дуговая (ручная, полуавтоматическая и автоматическая), электрошлаковая, электроннолучевая, газовая, импульсно-дуговая, плазменная и лазерная сварка. Полуавтоматическая и автоматическая сварка может быть под слоем флюса и в среде защитных газов. К сварке давлением относятся: контактная, ультразвуковая, холодная, газопрессовая, термитная, индукционная сварка я сварка трением.
На строительстве наружных трубопроводов наиболее широко применяют ручную дуговую и газовую сварку.
При ручной дуговой сварке тепло, выделяемое горением электрической дуги между свариваемыми концами труб и металлическим электродом, плавит основной металл труб и металлический стержень электрода, образуя ванну жидкого металла. Расплавленный металл заполняет зазор между концами труб, остывает и соединяет трубы, образуя сварной шов.
Для дуговой сварки используется как переменный, так и постоянный ток.
При выполнении сварочных работ на переменном токе, переменный ток от сети напряжением 220 или 380 В через рубильник и предохранители подается к источнику питания — сварочному трансформатору и регулятору тока. Далее ток, который понижается в трансформаторе до напряжения 60—75 В, необходимого для возбуждения дуги, подводится по сварочным проводам через зажим и держатель к трубопроводу.
При выполнении сварочных работ на постоянном токе переменный ток от сети через рубильник и предохранители подается к преобразователю, который состоит из электродвигателя и сварочного генератора, посаженных на общий вал. Далее от сварочного генератора переменный ток, преобразованный в постоянный, поступает по проводам через зажим и электрододержатель к трубопроводу. Регулируют ток реостатом.
На строительстве наружных трубопроводов широко используют различные типы сварочных агрегатов с двигателем внутреннего сгорания.
Сварочные агрегаты работают как стационарные установки, а также могут быть установлены на грузовой автомашине, автомобильном или тракторном прицепе. Агрегаты можно перемещать на небольшие расстояния на подкладных катках.
Передвижные агрегаты, предназначенные для питания дуги постоянным током при ручной дуговой сварке, состоят из сварочного генератора постоянного тока и двигателя внутреннего сгорания, установленных на раме и соединенных эластичной муфтой. Сварочный ток регулируется реостатом.
Сварочные посты переменного и постоянного тока могут быть стационарными и передвижными, однопостовыми, когда машина обслуживается одним сварщиком, и многопостовыми, когда сварочный генератор обслуживается несколькими сварщиками.
Сварочное оборудование выбирают в зависимости от возможности подключения сварочной установки к электрической сети, экономических показателей, объема сварочных работ, протяженности трубопровода и пр.
Для ручной дуговой сварки электроды изготовляют из специальной электродной проволоки, которую режут на прутки заданной длины и покрывают тонкой или толстой обмазкой. Электроды изготовляют и без обмазки, но шов, сваренный такими электродами, обладает низкими механическими свойствами, поэтому при сварке наружных трубопроводов электроды без обмазки не используют.
Высокое качество сварного шва, не уступающее по своим механическим показателям (прочности, плотности, вязкости) основному металлу, получают при сварке электродами с толстой обмазкой. Такие электроды применяют при сварке наружных трубопроводов.
При ручной дуговой сварке металл электрода переходит в шов в виде капель. Чтобы предохранить металл плавящегося электрода при переходе его в шов, а также и металл сварного шва от вредного влияния кислорода и азота, необходимо создать защитный слой. Эту роль выполняет обмазка электрода.
Газы и шлаки, образующиеся при плавлении обмазки, окружают капли металла, предохраняя их от соприкосновения с воздухом. Кроме того, шлак обмазки, покрывая незастывший металл сварного шва, защищает его от доступа воздуха.
Для получения высокого качества сварного шва необходимы тщательная подготовка стыка, правильный выбор режима сварки, типа и марок электродов, хорошая организация рабочего места сварщика, высокая его квалификация. Кроме того, большое значение имеет качество электродов, зависящее от правильного их хранения.
Хранить электроды следует в сухих помещениях, так как повышение влажности обмазки приводит к пористости наплавленного металла.
При ручной газовой сварке кромки соединяемых труб нагревают и расплавляют высокотемпературным пламенем (3050— 3150°С), получаемым при сжигании горючего газа, обычно ацетилена, в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между, кромками труб заполняют металлом присадочной проволоки. При остывании металла в месте соединения образуется сварной шов.
Газовую сварку применяют при строительстве наружных трубопроводов малых и средних диаметров (до 100 мм).
Кислород получают из воздуха с помощью специальных установок и доставляют в стальных баллонах. Кислород в баллонах находится под высоким давлением (до 15 МПа), которое необходимо снизить при подаче кислорода к газовым горелкам или резакам. Для этих целей служат кислородные редукторы.
Ацетилен получают из карбида кальция в ацетиленовых генераторах и доставляют к месту сварки в баллонах, представляющих собой стальные цилиндрические сосуды, наполненные раствором ацетилена в ацетоне. В баллонах ацетилен находится также под высоким давлением, для снижения которого используют ацетиленовые редукторы. Редукторы не только снижают давление, но и поддерживают его в неизменном состоянии в процессе работы.
Чтобы отличить ацетиленовые баллоны и редукторы от кислородных, их окрашивают в разные цвета: ацетиленовые — в белый цвет, а кислородные — в голубой.
Ацетиленовый генератор, предназначенный для производства ацетилена из карбида кальция, состоит из корпуса, разделенного горизонтальной перегородкой на две части (верхнюю — водосборник и нижнюю у газосборник), соединенные между собой циркуляционной трубкой. В нижнюю часть вварена реторта, в которой помещается загрузочная камера с карбидом кальция! Реторта закрывается крышкой с помощью рычага и специального болта. Генератор наполняют водой через открытую часть до заданного уровня. Далее вентилем открывают отверстие, и вода по трубке, закрытой сверху пробкой, поступает в реторту. Ацетилен, выделенный в результате взаимодействия карбида кальция с водой, поступает в газоотводящую трубку и далее в газосборник, вытесняя воду через циркуляционную трубку в верхнюю часть генератора. Поступление воды в реторту будет продолжаться до тех пор, пока уровень её не станет ниже уровня вентиля. По мере выделения ацетилена и возрастаний давления в газосборнике и реторте вода вытесняется из реторты по трубке в камеру, что приводит к замедлению газообразования.
Газ из газосборника поступает в осушитель, соединенный с одной стороны резиновым шлангом с газосборником, а с другой — резиновым шлангом с водяным затвором. Газ проходит водяной затвор и из него через ниппель поступает по шлангу в газовую горелку или резак. По мере отбора газа давление в газосборнике и реторте падает, при этом вода из камеры поступает в реторту, возобновляя процесс газообразования. При падении давления в генераторе до 230—270 мм вод. ст. вода в газосборнике поднимается до уровня вентиля и через отверстие вновь поступает в реторту.
При выделении ацетилена и возрастании давления до 270— 280 мм вод. ст. уровень воды в газосборнике опускается ниже уровня вентиля и поступление воды в реторту через отверстие вновь прекращается. Такими циклами работает ацетиленовый генератор прерывистого действия.
Водяной затвор защищает генератор от попадания в него взрывной волны при обратном ударе пламенем сварочной горелки или резака. Обратный удар возникает, когда в каналах горелки или резака воспламеняется ацетилено-кислородная смесь, которая распространяется навстречу потоку ацетилена из генератора, что может привести к его взрыву. В теплое время водяной затвор устанавливают снаружи генератора, в зимнее — в соединительной трубке.
Принцип работы водяного затвора заключается в том, что при проникновении через газовыпускной кран взрывчатой смеси в водяной затвор часть воды поступает из него в газоподводящуго трубку и в предохранительную трубку. При этом уровень воды в гидрозатворе снижается, конец предохранительной трубки выходит из воды, в трубку устремляется взрывчатая смесь и выбрасывается через воронку в атмосферу.
В сварочной газовой горелке смешиваются в определенных количествах кислород и ацетилен, образуя горючую смесь, которая, вытекая с заданной скоростью из канала мундштука, сгорает и дает устойчивое пламя, расплавляющее основной и присадочный металл в месте сварки. Изменяя расход горючего газа и кислорода, горелкой регулируют тепловую мощность пламени. В комплект газовой горелки входит набор сменных наконечников с мундштуками различных размеров.
Газовые ручные резаки предназначены для резки сталей. В резаках горючий газ смешивается с кислородом, образуется подогревающее пламя и чистый кислород подается к разрезаемому металлу. Такая резка называется кислородной.
В зависимости от условий выполнения сварочных работ различают сварные стыки поворотные и неповоротные. Если соединяемые трубы при сварке стыка вращают вокруг продольной оси, такой стык называется поворотным, если же трубы при сварке остаются неподвижными то такой стык — неповоротный. При сварке трубоукладчик вращает трубы поворотным ключом или с помощью стропа с талью, лебедки с канатом и других механизмов и приспособлений. Наиболее удобны для сварки поворотные стыки, так как сварной шов в этом случае по отношению к сварщику находится на период сварки стыка по всей окружности трубы в нижнем положении.
В зависимости от пространственного положения стыки бывают нижние, потолочные, вертикальные и горизонтальные на вертикальной плоскости. Нижний шов расположен по отношению к сварщику в нижнем положении, потолочный находится над головой сварщика, вертикальный — на боковом участке горизонтально уложенного трубопровода и горизонтальный — поперек тела трубы, поставленной вертикально.
Организация работ по сварке трубопроводов должна предусматривать сварку стыков, наиболее удобных для работы, и исключать сварку (или сокращать количество) труднодоступных стыков трубопроводов.
Объем сварочных работ на объекте строительства наружных трубопроводов должен быть по возможности сокращен за счет выполнения этих работ в заводских условиях. Сварка, выполняемая в заводских условиях, имеет, как правило, более высокое качество, чем сварка, производимая на объекте.