Меню Рубрики

Механизированная сварка методом stt при монтаже нефтегазопроводов

Механизированная сварка методом stt при монтаже нефтегазопроводов

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПРОЦЕССОМ STT II, применительно к сварке труб.

РУКОВОДСТВО ПО СВАРКЕ

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА STT

Аббревиатура STT расшифровывается как ’’ Surface Tension Transfer ’’ — это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой один из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварки в среде защитных газов с одним важным отличием — расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения (относительно больших) сварочной ванны, которая втягивает в себя жидкую каплю (относительно низкие силы поверхностного натяжения) на конце проволоки. Электромагнитное сжимающее давление при Пинч-эффекте дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдаетс яприобычной сварке короткими замыканиями. Этот вид переноса позволяет значительно сократить разбрызгивание и дымообразование в отличие от традиционных методов. Процесс прост в использовании, обеспечивает хороший контроль сварочной ванны и позволяет значительно снизить вероятность образования несплавлений. Он не требует от сварщика высокой квалификации для того, чтобы выполнить качественное сварное соединение. Кроме этого, простота процесса STT сокращает время обучения сварщиков.
Компанией Lincoln Electric специально для этого процесса разработан 225-ти амперный инверторный источник питания Invertec STT II, реализующий технологию управления формой сварочного тока. При сварке за счет регулирования определенным способом формы выходного тока (что-то вроде импульснодуговой сварки) добиваются выше указанных преимуществ. Invertec STT II отличается от обычных сварочных источников. Он не является ни источником с жесткой характеристикой, ни источником с крутопадающей характеристикой. Аппарат имеет обратную связь, которая отслеживает основные этапы переноса капли и мгновенно реагирует на процессы, происходящие между электродом и сварочной ванной, изменяя величину и форму сварочного тока.
Invertec STT II во многом отличается от обычных машин. Основными параметрами сварки STT являются: 1) Скорость подачи сварочной проволоки; 2) Пиковый ток; 3) Базовый ток; 4) Длительность заднего фронта импульса. Источник не осуществляет регулировку напряжения дуги. Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается самой машиной. Это приводит к тому, что величина тепла, вводимого в сварочную ванну, не зависит от скорости подачи проволоки. Помимо этого, улучшаются условия контроля за формированием сварочной ванны. Этап Пинч-эффекта также автоматически контролируется источником.
Процесс STT особо рекомендуется для выполнения корневых швов при сварке труб с зазором, а также для сварки тонколистового металла. Он позволяет сваривать все стали, начиная с простой углеродистой стали, кончая сплавами с высоким содержанием никеля.

СВАРКА КОРНЕВОГО ШВА НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ

Сварка корневых швов труб традиционно является наиболее сложным этапом при сооружении трубопроводов. Этот этап предъявляет определенные требования к самому процессу сварки. Используя сварку STT, с ее возможностью управлять механизмом переноса и отличным контролем за формированием сварочной ванны, удается значительно облегчить выполнение корневого шва.
Режимы сварки STT не являются столь критичными, как это наблюдается при обычной сварке в среде защитных газов, и находятся в широком диапазоне. Если при обычной сварке трубы, заданной марки и типоразмера, для получения качественного соединения используются конкретные значения напряжения дуги и скорости подачи сварочной проволоки (сварочного тока), то процесс STT имеет различные варианта режимов для этих целей. При сварке аппаратом Invertec STT II используется проволока большего диаметра по сравнению с той, которая применяется при аналогичных работах с источником, имеющем жесткую характеристику.
При сварки труб процессом STT используется стандартная разделка кромок в соответствии со стандартом API. Однако, часто при использовании данной технологии устанавливается увеличенный зазор, составляющий 2,0 ÷ 2,5 мм. Процесс менее чувствителен к плохой сборке, чем обычные методы сварки.
Вылет электрода составляет 9,5 ÷ 15,9 мм. Обычной ошибкой при сварке является слишком большой вылет. Для лучшего контроля за вылетом электрода необходимо, чтобы контактный наконечник выступал от торца сопла сварочной горелки на расстоянии 6,4 мм.

ТЕХНИКА СВАРКИ

Полуавтоматическая сварка STT корневого шва неповоротных стыков труб ведется на спуск. Процесс начинается в верхней части трубы в положении 12-ти часов. Возбуждение дуги производится на одной из кромок. Затем дуга переносится на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. На этом участке трубы сварка осуществляется с дугообразными колебаниями небольшой амплитуды. Дугу следует располагать внутри сварочной ванны в первой 1/4 или 1/3 от ее переднего фронта. Не располагайте дугу на передней кромке сварочной ванны. В позициях от 12-ти до 1-го часа сварка производится углом назад. При этом угол наклона электрода составляет 45 градусов. Совершая дугообразные колебания, не задерживайтесь на кромках трубы. Прямолинейные колебания с кромки на кромку приводят к увеличению проплавления.
Кажется, что при расположении дуги в сварочной ванне, нельзя добиться необходимого проплавления, как это наблюдается при обычной полуавтоматической сварке в защитных газах, где увеличение проплавления происходит при размещении дуги на передней кромке ванны. Однако, при сварке STT большая глубина проплавления достигается, если дуга горит внутри сварочной ванны.
С позиции 1-го часа амплитуду колебаний можно уменьшить и затем совсем прекратить их, продолжая двигаться вдоль стыка и располагая дугу внутри сварочной ванне в первой трети от ее переднего фронта. Угол наклона электрода на этом участке уменьшают на 10 градусов.
В позиции 4:30-5:00 колебания можно возобновить и увеличить угол наклона электрода. Это зависит от зазора и притупления свариваемых кромок. При прекращении сварки прерывайте дугу на одной из кромок. По внешнему виду наплавленного валика можно судить о необходимости корректировки сварочных параметров.
Существуют различные комбинации величин пикового и базового тока, которые позволят получить вам необходимую форму корневого шва. Увеличение разбрызгивания наблюдается при слишком низком значении пикового тока.

ТЕХНИКА СВАРКИ КОРНЕВОГО ШВА НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

При сборке соединения необходимо, чтобы начало и конец каждой прихватки были сошлифованы, для обеспечения плавного перехода от корневого шва к прихватке. Данный процесс не позволяет полностью проплавить прихватку.

Возбуждение дуги производится на кромке трубы. После формирования сварочной ванны переместите ее с кромки на середину стыка, удерживая дугу в ее передней части.

Как только сварочная ванна пересекла зазор стыка перенесите ее на противоположную кромку. Сварк углом незад на спуск производится с небольшими дугообразными колебаниями с кромки на кромку.

С позиции 12 часов до 1-го часа сварка осуществляется с колебаниями. В позиции 1-го часа колебания прекращаются. Располагая дугу в передней части сварочной ванны, с позиции 1-го часа до 5-ти сварку производят без колебаний. При необходимости с 5-ти до 6-ти часов колебания возобновляются. В позициях с 5-ти — 6-ти часов сварочная горелка располагается перпендикулярно поверхности трубы.

В позиции 6-ти часов, прекращая процесс сварки, выведите дугу на одну из кромок и оборвите ее. Не останавливайте процесс на самом шве, т.к. это может привести к образованию поверхностной пористости

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СВАРОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА STT НА ФОРМУ КОРНЕВОГО ШВА.

— При заданной скорости подачи сварочной проволоки форму корневого шва (наружный и обратный валик) можно независимо контролировать.
— Пиковый ток управляет длиной сварочной дуги, которая влияет на форму корневого шва.
— Базовый ток регулирует общее тепловложение, которое влияет на форму обратного валика.
— Регулировка длительности заднего фронта импульса ’’ TAILOUT ’’ — это дополнительная регулировка тепловыделений на дуге. В большинстве случаев при сварке корневых швов регулятор ’’TAILOUT’’ устанавливают в позицию ’’0’’.

Типичные режимы сварки корневого шва для трубы с толщиной стенки 5/16’’ (7,9 мм) и более:

— Диаметр сварочной проволоки: 1,14 мм.
— Тип сварочной проволоки: L-56.
— Защитный газ: 100 % CO2
— Расход газа: 12 л/мин.
— Скорость подачи: 140 дюймов /мин
— Пиковый ток: 350 А.
— Базовый ток: 50 А.
— Величина TAIOUT: 0
— Зазор: 2,4 мм.
— Притупление: 1,6 мм.

УСТАНОВКА ПРИХВАТОК

При установке прихватки возбуждение дуги производится на одной из кромок. Затем дуга переносится на противоположную кромку, формирую при этом сварочную ванну. Прихватка выполняются требуемой длины. Прерывание дуги должно обязательно производиться на одной из кромок, а не в зазоре.
Начало и конец каждой прихватки необходимо сошлифовать, чтобы обеспечить плавный переход от корневого шва к прихватке. Процесс STT не позволяет полностью проплавить прихватку.
В процессе сварки корневого шва при заходе и выходе с прихватки колебания прекращаются, чтобы обеспечить хорошее сплавление.

ОСНОВНЫЕ СВАРОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Скорость подачи сварочной проволоки — влияет на скорость наплавки. Более высокая скорость подачи предопределяет более высокую скорость сварки.
Пиковый ток — управляет длиной дуги и формой наплавленного валика. Увеличение пикового тока приводит к увеличению длины дуги и формированию более плоской внешней поверхности шва. Высокие значения пикового тока могут привести к образованию вогнутой поверхности. Величина пикового тока обычно выше базового и лежит в диапазоне от 250 до 400 А.
Базовый ток — определяет общее тепловложение и форму обратного валика. Если базовый ток очень высокий, то в верхней части трубы будет наблюдаться чрезмерное проплавление, а в потолочном положении — провал. Значение базового тока ниже пикового и составляет 25 — 100 А.
Горячий старт — регулирует время действия стартового тока, превышающего на 25 — 50 % установленное значение, для облегчения зажигания и компенсации влияния на процесс холодной детали. Шкала регулятора стартового тока проградуирована до 10. Максимальное значение шкалы соответствует четырем секундам.
Длительность заднего фронта импульса — увеличивая длительность заднего фронта импульса увеличивает тепло вводимое в сварочную ванну без изменения длины дуги. Это особенно рекомендуется при сварке высоколегированными проволоками нержавеющих сталей. При увеличении данного параметра необходимо понизить базовый и/или пиковый ток, чтобы выдержать необходимую форму наплавленного валика.
Расход газа — расход газа в данном процессе обычно ниже, чем при обычной сварке в среде защитных газов, т.к. размер ванны меньше.
Сварка STT относится к так называемым ’’холодным’’ процессам. Общее количество тепла выделяемое дугой значительно ниже, чем при обычной полуавтоматической сварке в среде защитных газов. Однако это не приводит к образованию таких дефектов, как несплавления, потому, что маленький размер сварочной ванны не позволяет ей убежать и она постоянного находится под контролем сварщика.
Высокий расход газа может значительно охладить сварочную ванну. Обычно он составляет 12 л/мин. Расход газа увеличивают в том случае, если сварка происходит в полевых условиях при ветровых нагрузках или когда контактный наконечник выступает от торца сопла на расстоянии более 6,4 мм.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ КОРНЕВОГО ШВА НА СПУСК

скорость подачи проволоки, дюйм/мин

— При использовании в качестве защитного газа смесей аргона необходимо уменьшить пиковый ток и увеличить базовый.

РАЗДЕЛКА КРОМОК

НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СВАРКЕ STT

В качестве защитного газа при сварке углеродистых сталей используется 100 % СО2. Могут быть использованы также различные смеси аргона. Однако, большое содержание аргона в этих смесях приводит к струйному переносу.
Сварку нержавеющих сталей ведут в среде:
1. 90% He — 7.5% Ar — 2.5% CO2
2. 55% He — 42.5% Ar — 2.5% CO2
3. 98% Ar — 2.0% O2 или 96% Ar — 4 % CO2
Если применяются смеси аргона, то величина пикового тока значительно ниже, чем при использовании чистого СО2.
В основном сварка корневых швов процессом STT ведется на спуск. Кроме этого, возможна сварка на подъем. При этом процесс проходит на низких скоростях подачи и характеризуется невысокой производительностью.
Заполняющие и облицовочные слои могут быть также выполнены с помощью STT. Однако, низкие скорости наплавки замедляют процесс сварки.
Технология сварки неповоротных стыков трубопроводов может иметь различные варианты. Один из них : корневой шов — полуавтоматическая сварка STT; заполняющие и облицовочные швы — полуавтоматическая сварка порошковой самозащитной проволокой Innershield NR-207.
Все режимы сварки представленные в данной инструкции носят рекомендательный характер. В реальных условиях с учетом индивидуальных особенностей сварной конструкции они могут быть другими. Если форма, размеры и качество выполненного шва удовлетворяют установленным требованиям и Вас устраивает производительность процесса, значит режим выбран правильно.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ТРУБ

скорость подачи проволоки, дюйм/мин

растояние от торца контактного наконечника до изделия, мм

средняя величина сварочного тока, А

длительность заднего фронта импульса

— Углеродистая сталь. Толщина стенки трубы — 9,5 мм. Проволока типа L-56 диаметр 1,14 мм. Защитный газ — 100 % CO. Расход газа — 12 л/мин.

корневой сварка на подъем

заполняющий сварка на подъем

облицовочный сварка на подъем

— Нержавеющая сталь. Толщина стенки трубы — 9,5 мм. Нержавеющая проволока диаметр 1,14 мм. Защитный газ — 98% Ar + 2% O2 Расход газа — 12 л/мин. — Нержавеющая сталь. Толщина стенки трубы — 3,2 мм. Нержавеющая проволока диаметр 0,9 мм. Защитный газ — 90% Нe + 7.5 Ar — 7,5 CO2 (98% Ar + 2% O2 — более холодная сварочная ванна) Расход газа — 12 л/мин.

СВАРКА STT ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Как уже было отмечено, процесс STT является одной из разновидностей сварки в защитных газах в режиме коротких замыканий. Если при сварке порошковой проволокой имеет место струйный перенос металла, то это не означает, что источник STT нельзя использовать для этих целей. На самом деле сварка может быть осуществлена, но это уже будет не процесс STT. При этом наблюдается значительное снижение вариаций сварочных параметром для получения шва требуемой формы, размеров и качества.

СВАРКА ОЦИНКОВАННЫХ ТРУБ

Трубы с толстым цинковым покрытием (например гальванизированные) гораздо лучше свариваются с помощью STT, чем обычной сваркой в среде защитных газов. Это возможно благодаря тому, что в процессе STT дуга концентрируется в довольно узкой зоне и сварочная ванна, имеющая небольшие размеры, не выходит вперед дуги. При обычном процессе ванна расплавленного металла забегает вперед дуги и захватывает часть оцинкованной поверхности. Цинк начинает испаряться со дна сварочной ванны и выходить на ее поверхность. Если ванна затвердеет перед тем, как все пузырьки цинка выйдут наружу (это исключается при сварке на очень низких скоростях), то это приведет к образованию пор. Иногда поры видны на внешней поверхности шва (вырывы), но обычно (особенно на угловых швах таврового соединения) их трудно обнаружить визуально.
В процессе сварки STT ванна, меньшая по размеру, локализована вокруг дуги и при этом происходит прожигание цинкового слоя с помощью дуги вместо его расплавления сварочной ванной. Объем расплавленной стали в сварочной ванне — небольшой.

СВАРКА ТРУБ С МАСЛЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ

Благодаря малому размеру ванны и ее локализации вокруг дуги, процесс STT позволяет получить качественные сварные шва при сварке труб, имеющих масленое покрытие.

ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА СВАРОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА STT

Время реакции источника или, другими словами, время требуемое для изменения сварочного тока с одного значения на другое для Invertec STT II измеряется в микросекундах. Это во много раз меньше времени реакции обычных сварочных источников питания трансформаторного типа с тирристорным управлением.
На передней панели источника представлена упрощенная форма сварочного тока. Передний и задний фронт пикового импульса представлены в виде прямых. На самом же деле они имеют некоторую кривизну, величина которой зависит от времени реакции источника.
Время реакции (или dIw/dt) является функцией входного напряжения. При уменьшении входного напряжения, оно увеличивается. В связи с этим, если входное напряжение ниже 460 В , то необходимо поднять пиковый ток Ip, чтобы компенсировать влияние низкого напряжения сети питания. Повышение Ip приводит к увеличению скорости возрастания сварочного тока Iw. При этом форма пикового импульса становиться более острой, чтобы компенсировать его пологую форму при низком входном напряжении.
Кроме этого, увеличение пикового тока приводит к повышению тепловложений в изделие, чтобы возместить то тепло, которое теряется при пологой форме пикового импульса. Длительность пикового импульса следует измерять от момента при котором сварочный ток начинает увеличиваться, а не тогда, когда он достигает пикового значения.

ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

источник

Процесс STT (Surface Tension Technology) сварки

Технология STT сварки была разработана американской фирмой Lincoln Electric. Создание сварочных систем, способных управлять переносом капли за счет изменения формы сварочного тока, является стратегически приоритетным направлением исследовательской деятельности и практических разработок компании Линкольн Электрик в области полуавтоматической сварки. По мнению специалистов компании, несмотря на почти вдвое большую стоимость таких систем по сравнению с оборудованием традиционного типа, в условиях жестких и постоянно растущих требований к качеству сварных соединений их использование экономически более целесообразно. Это подтверждается заметным ростом интереса к такому оборудованию со стороны представителей различных отраслей промышленности.

Сварочный процесс STT (сокращение от английского термина «Surface Tension Transfer» – перенос за счет сил поверхностного натяжения) был разработан компанией Линкольн Электрик в результате активных исследований в области управляемого переноса металла при сварке.

Традиционный и наиболее широко применяемый метод полуавтоматической сварки предполагает использование источника питания с жесткой вольтамперной характеристикой, сплошной сварочной проволоки и углекислого газа в качестве защитного. Оборудование обеспечивает установку сварочного напряжения, и скорости подачи проволоки — эти два параметра сварочного режима, в конечном счете, определяют качество получаемого сварного соединения. При этом, в достаточно широком диапазоне сварочных режимов, устанавливается так называемый «процесс переноса наплавляемого металла сериями коротких замыканий». Источник питания, выходное напряжение которого не зависит от величины протекающего в сварочном контуре тока, каждый раз стремится восстановить дуговой промежуток между сварочной ванной и подаваемой проволокой, самопроизвольно закорачиваемый с определенной частотой. В процессе переноса металла имеет место хаотичный характер изменения сварочного напряжения и тока. Процесс отделения образуемой на торце электрода капли расплавленного металла, и ее переход в сварочную ванну происходит при высоком уровне сварочного тока. Это обусловливает определенную нестабильность процессов, происходящих в дуговом промежутке, и характерное разбрызгивание при сварке.

Процесс STT – преемник обычного процесса механизированной сварки в среде защитного газа, реализующего метод переноса короткими замыканиями. Однако STT принципиально отличается от него возможностью прямого управления условиями переноса наплавляемого металла в сварочную ванну. Эта возможность обеспечивается быстродействующей инверторной схемой источника питания, специальным электронным микропроцессорным модулем, принудительно задающим необходимый уровень сварочного тока и контуром обратной связи, динамично отслеживающим изменения напряжения на дуге. В течение всего цикла переноса капли в сварочную ванну величина сварочного тока жестко зависит от фазы формирования и перехода последней. Идентификация фазы переноса осуществляется за счет обработки величины напряжения постоянно снимаемого с дугового промежутка.

Рассмотрим подробнее влияние основных параметров сварочного режима на процессы, происходящие в дуговом промежутке. Как уже было отмечено, перенос наплавляемого металла происходит сериями коротких замыканий. На рисунках 5.22 и 5.23 представлены диаграммы кривых тока и напряжения, характерные для традиционного полуавтомата и источника STT. Каждое замыкание проволоки в сварочную ванну – цикл переноса – удобно разбить на несколько характерных этапов:

Рисунок 5.22 – Типичные формы кривых сварочного тока и напряжения при традиционном способе полуавтоматической сварки

Рисунок 5.23 – Формы кривых сварочного тока и напряжения при полуавтоматической сварке методом STT

Подготовка капли (Т7-Т0-Т1). Продолжительный этап действия базового тока на уровне 50 – 100 А и подготовка капли к моменту короткого замыкания. На этом этапе под действием сил поверхностного натяжения форма капли приближается к правильной сфере, создавая тем самым благоприятные условия для плавного объединения со сварочной ванной. Управление величиной базового тока несет в себе две основные функции. Во-первых, он должен обеспечить дугу количеством энергии, достаточным для преодоления потерь на излучение и поддержание определенного объема расплавленной на конце электрода капли. Если базовый ток слишком низок, это приводит к кристаллизации верхней части капли и уменьшению ее объема. Более того, это может привести даже к полной кристаллизации капли и, как следствие, к нестабильности всего процесса и утыканиям проволоки в дно сварочной ванны. Во-вторых, от уровня базового тока зависит степень общего разогрева свариваемого изделия. Действие базового тока похоже на влияние сварочного напряжения при обычной полуавтоматической сварке. При повышении обоих параметров сварочный шов теряет выпуклость, приобретает более низкую и плавную форму. Это происходит за счет увеличения разогрева зоны дуги и повышения текучести металла. Однако, увеличение базового тока более 120 А приводит к значительному повышению разбрызгивания. Оптимальная величина базового тока зависит от типа защитного газа (понижается с переходом на смеси аргона), материала, диаметра и скорости подачи сварочной проволоки. Установка оптимального для тех или иных условий базового тока в процессе работы, а именно его соответствие заданной скорости подачи проволоки, имеет принципиальное значение для качества всего соединения.

Начальный период короткого замыкания (Т1-Т2). В момент Т1 происходит замыкание капли на сварочную ванну. Если при этом величина сварочного тока составляет 150 – 200 А, как в случае с обычным полуавтоматическим процессом, капля мгновенно отрывается, обычно разрушаясь и разлетаясь в стороны, что приводит к разбрызгиванию. Кроме того, ток такой величины, пытаясь пройти через узкую перемычку, образовавшуюся между каплей и ванной, приводит к выплеску металла. При действии источника STT образование контакта происходит при значительно более низком уровне сварочного (базового) тока, что исключает эти негативные явления. Капля спокойно залипает на сварочную ванну, образуя пятно контакта. Датчик контура обратной связи источника питания Invertec STT в момент Т1 подает микропроцессору сигнал о возникновении короткого замыкания (напряжение упало до значения, близкого к нулю). источник понижает ток с базового уровня до 10 А на время 0,75 миллисекунд. В течение этого времени происходит развитие пятна контакта, врастание капли в сварочную ванну и образуется надежная перемычка между ванной и электродной проволокой.

Период пинч-эффекта (Т2-Т3). Пинч-эффектом называют возникновение вокруг электрического проводника центростремительных сжимающих сил, пропорциональных квадрату протекающего по проводнику тока. Строго говоря, этот эффект присутствует в сварочном контуре всегда когда сварочный ток не равен нулю. Однако только на рассматриваемом этапе влияние пинч-эффекта на перенос наплавляемого металла в сварочную ванну имеет принципиальное значение. По истечении времени действия начального периода короткого замыкания (0,75 мс, момент Т2) микропроцессор резко повышает величину сварочного тока. На этой короткой первой стадии происходит стремительный рост электромагнитных сил оссимметричного сжатия жидкой перемычки и образование на ней шейки. Уровень, до которого источник повышает ток на первой стадии, зависит от диаметра применяемой проволоки (повышается с увеличением диаметра) и устанавливается сварщиком с помощью двухпозиционного тумблера на лицевой панели аппарата. На второй стадии пинч-эффекта повышение сварочного тока происходит значительно более плавно. Источник «готовится» к моменту разрушения шейки и отделения капли от электродной проволоки. Необходимо отметить, что во время короткого замыкания напряжение между электродной проволокой и сварочной ванной не равно нулю, поскольку при температуре плавления (1550ºС) металл имеет высокое электрическое сопротивление. Образование шейки связано с уменьшением поперечного сечения перемычки и ростом электрического сопротивления этого участка проводника. На этой стадии снова вступает в действие контур обратной связи, снабжающий микропроцессор информацией о сварочном напряжении. Скорость изменения сопротивления определяется косвенно путем последовательных замеров изменения напряжения в единицу времени. Когда эта скорость достигает определенного значения, источник получает от датчика напряжения дуги сигнал, свидетельствующий о том, что шейка готова к разрушению (момент Т3). В этот момент источник прекращает плавное наращивание тока и резко снижает его до уровня порядка 5 А. Отделение капли (момент Т4) происходит без разбрызгивания, присущего традиционному полуавтомату с жесткой внешней характеристикой. Силы поверхностного натяжения уже слитых воедино капли и ванны «втягивают» каплю вглубь, формируя сварочный шов.

Рост капли (Т5-Т6). В течение всего этого этапа действует, так называемый, пиковый уровень сварочного тока, устанавливаемый сварщиком на лицевой панели аппарата. После отделения капли от электродной проволоки дуговой промежуток восстанавливается и резко повышается напряжение. Для продолжения процесса необходимо быстро сформировать новую каплю на торце электрода. С этой целью источник питания, получая сигнал о восстановлении дуги, мгновенно повышает ток до пикового уровня и наращивает плазменный столб. Пиковое значение тока определяет скорость нарастания плазмы и увеличения дугового промежутка. На торце электрода формируется расплавленная капля. Одновременно с этим усиливается давление дуги на сварочную ванну, вызывая ее сжатие и еще большее удлинение дуги. Утонение жидкой прослойки под дугой приводит к увеличению глубины проплавления. Оптимальная длительность действия пикового тока устанавливается процессором в диапазоне 1 – 2 мс. Его действие в течение более длительного периода может привести к значительному увеличению разбрызгивания вследствие слишком большого объема образуемой капли. Таким образом, пиковый ток непосредственно влияет на длину дуги и обеспечивает необходимое проплавление. Уровень пикового тока довольно высок — чаще всего порядка 350 – 400 А. На таком токе обычный полуавтомат мог бы вести сварку проволокой диаметром 1,2 мм на скоростях сварки порядка 5 м/мин. Однако, в случае STT такой высокий уровень тока действует только после отделения капли и ее переноса в ванну, что значительно повышает качество сварного шва.

Переход на базовый ток (Т6-Т7). После окончания действия пикового тока, когда создана капля необходимого объема, источник экспоненциально понижает ток до базового уровня. Резкое снижение тока в данном случае неприемлемо, поскольку мгновенный сброс действия дуги может привести к возникновению возмущений. При работе с последней версией аппарата – Invertec STT II – сварщик имеет возможность регулировать скорость снижения тока на этом этапе специальной рукояткой на лицевой панели источника (функция Tailout), достигая при этом наибольшей стабильности процесса сварки и наилучшей формы сварного шва. Кроме того, замедление падения тока приводит к увеличению общего тепловложения в сварочную ванну без изменения длины дуги, что важно, например, при сварке высоколегированных и нержавеющих сталей. Повышение тепловложения способствует улучшению сплавления с основным металлом и позволяет повысить скорость сварки. С переходом тока на базовый уровень вновь созданная капля начинает приобретать правильную сферическую форму и весь цикл переноса повторяется.

Как было отмечено выше, в настоящее время для реализации описанного процесса используется сварочный источник марки Invertec STT II. Его нельзя отнести ни к одной группе аппаратов для сварки с традиционными вольтамперными характеристиками. Правильнее считать его источником с высокоскоростным управлением величиной сварочного тока, оптимизированным специально для переноса сериями коротких замыканий. Как и традиционный сварочный полуавтомат, система на базе Invertec STT II состоит из собственно источника питания, блочно независимого механизма подачи сварочной проволоки с комплектом соответствующих контрольных и силовых кабелей и стандартной горелки для полуавтоматической сварки на 200 или 300 Ампер. Кроме того, стандартная комплектация источника питания включает специальный раздвоенный провод длиной до 15 м, предназначенный для организации контура обратной связи от сварочной дуги к источнику питания. Одна из линий контура закрепляется на токоподводе механизма подачи, а другая с помощью небольшого зажима закрепляется на свариваемой детали. В процессе подбора режима сварщик должен установить необходимую скорость подачи проволоки, определяющую производительность наплавки, и выполнить ряд облегчающих работу и понижающих вероятность образования дефектов функциональных установок. К таковым относятся: 2-х / 4-х шаговый режим работы, точечный режим, скорость подачи проволоки до зажигания дуги, ускорение при переходе на рабочую скорость, длительность предварительной и послесварочной подачи защитного газа, длительность задержки между прекращением подачи и сбросом сварочного потенциала. Все эти установки выполняются на механизме подачи проволоки один раз перед началом работы. Настройка источника питания Invertec STT II выглядит иначе, чем у обычного полуавтомата с жесткой характеристикой. Поскольку процесс сварки полностью подконтролен микропроцессору, сварщик лишь задает параметры и форму токовых импульсов, возникающих в контуре при переносе капли: устанавливается величина базового (0 – 125 А), пикового (0 – 450 А) токов, а так же длительность заднего фронта импульса роста капли. Кроме того, перед началом работы простым переключением двух тумблеров источник настраивается на материал свариваемого изделия (углеродистая / нержавеющая сталь) и диаметр используемой сварочной проволоки (1,0 мм и менее 1,2 мм и более). Функция «горячего старта», традиционно присутствующая на аппаратах инверторного типа производства Линкольн Электрик, поможет сварщику достичь качественного зажигания дуги и обеспечит хорошее проплавление в начале шва.

Процесс STT основан на принципиально новом технологическом подходе к оборудованию для сварки и выполняемым им задачам. При вешней схожести с традиционной полуавтоматической сваркой, сказанное выше о работе систем с технологией STT убеждает в наличии большого количества отличий, имеющих важное прикладное значение, в частности, для решения вопроса создания качественного корневого шва при сварке труб различного диаметра.

Корневой шов — главная составляющая всего соединения. Качество и производительность при выполнении корневого шва определяет темп строительства всей магистрали. На сегодняшний день существуют и активно применяются на практике несколько традиционных способов создания корневого шва методом дуговой электросварки. К ним относятся: ручная сварка корня покрытыми электродами с основным и целлюлозным типом покрытия, а так же автоматическая сварка корня сплошной проволокой в среде защитного газа головками, расположенными внутри трубы. Последний метод является наиболее производительным и дорогостоящим, и требует дополнительных затрат на переточку заводской кромки трубы под сварку изнутри. Процесс STT способен устранить этот недостаток. Теплофизические свойства дуги и сварочной ванны, характерные для процесса переноса металла за счет сил поверхностного натяжения, позволяют вести сварку корня снаружи с получением гарантированного проплавления и обратного валика требуемых размеров во всех пространственных положениях. При этом процесс STT способен, при определенном навыке сварщика, в достаточно больших пределах отрабатывать изменения параметров разделки. Исследования показали, что процесс справляется с задачей сплавления кромок и создания обратного валика при увеличении ширины разделки до 4,0 мм и смещении кромок до 3,0 мм даже в потолочном положении.

Другим достоинством метода STT при выполнении корневого прохода на трубах большого диаметра является размер наплавляемого шва. За один проход наплавляется слой металла, соответствующий двум проходам (корневому и горячему) при использовании электродов с целлюлозным типом покрытия (рисунок 5.24). Во-первых, это обстоятельство ощутимо сокращает время сварки. Во-вторых, позволяет вывести внутренний центратор сразу после сварки корня, поддерживая, таким образом, высокий темп строительных работ. При этом внешняя поверхность корневого шва свободна от шлака (требуется лишь незначительная зачистка проволочной щеткой), и не имеет так называемых «карманов» — зашлакованных продольных канавок, расположенных по краям шва в местах сплавления с основным металлом, характерных для все той же сварки целлюлозными электродами. Мы производим сравнение именно с этим типом электрода, поскольку оба метода имеют близкие скорости сварки. Выполнение корневого шва электродами с основным типом покрытия не имеет указанных недостатков, но более чем в два раза медленнее STT. Главное преимущество сварки основным электродом – относительно низкое содержание диффузионного водорода в металле шва. Однако, сварочный процесс STT, выполняемый полуавтоматически проволокой сплошного сечения в среде защитного газа, по данным компании-производителя, превышает этот показатель качества (рисунок 5.25). Исследования, проведенные при аттестации метода, подтверждают это обстоятельство.

Рисунок 5.24 – Поперечное сечение корневого шва, выполненного с помощью целлюлозного электрода (лево) и методом STT (право)

Рисунок 5.25 – Содержание диффузионного водорода в металле шва, выполненного различными методами, мл/100г

Среди других особенностей процесса STT следует выделить сокращение общего тепловложения в свариваемую деталь, крайне низкий уровень разбрызгивания и дымообразования. При этом большинство сварщиков отмечают легкость управления сварочной ванной. Процесс не требует особых навыков, а во многих случаях просто менее трудоемок. Высокие показатели качества и стабильности наплавки достигаются при защите дуги и сварочной ванны наиболее дешевым углекислым газом, поскольку метод оптимизирован именно для типа переноса металла сериями коротких замыканий, характерного для СО2.

Одно из достоинств метода STT – возможность его использования для механизированной сварки. Как отмечалось ранее, системы автоматической сварки стыков трубопроводов позволяют достичь наивысших показателей качества и производительности работ.

Автоматическая сварка предъявляет повышенные требования к качеству подготовки кромок и сборке стыка. Эти требования не всегда возможно выполнить. Поэтому, для труб малого и среднего диаметров (условно менее 558 х 12,7) целесообразно использовать узкую J-образную разделку с углом скоса кромок порядка 5º и притуплением 1,5 мм. Сборка стыка осуществляется без зазора. Все слои выполняются с использованием проволоки сплошного сечения диаметром 1,2 мм. Корневой шов выполняется в смеси 75%Ar/25%CO2 от источника Invertec STT II. Специальная форма разделки, применение двухкомпонентной смеси газов и особенности технологии STT обеспечивают при этом полное проплавление и формирование обратного валика. Заполняющие слои выполняются в чистом CO2, облицовочный слой — в смеси 75%Ar/25%CO2 от классического источника питания с падающей вольтамперной характеристикой. Для работы по такой технологии используется специально разработанная для сварки корневого шва снаружи головка, управляемая микропроцессором.

Для труб большого диаметра (условно свыше 558х12,7) было предложено использовать стандартную заводскую разделку с углом скоса кромок 30º и стандартным притуплением. Сборка стыка выполнялась с зазором порядка 2,0 — 2,5 мм. В этом варианте сварочная технология STT призвана обеспечить выполнение качественного корневого шва при наличии существующих погрешностей подготовки кромок и сборки без использования подкладных колец. Выполнение остальных проходов при сварке всего стыка аналогично первому случаю, за исключением использования порошковой газозащитной проволоки для заполняющих слоев, обеспечивающей лучшее проплавление и при сварке труб большой толщины.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Adblock
detector