Сварка трубопроводов
(a. welding of pipelines; н. Rohrleitungsschweiβen; ф. soudage des tuyauteries; и. soldadura de tuberias) — технол. процесс получения неразъёмных соединений труб и деталей трубопровода нагреванием и (или) пластическим деформированием. Cпособы C. т. классифицируют на термические, термо- механические и механические. Tермич. способы включают все виды сварки плавлением, выполняемой сплавлением кромок соединяемых труб или деталей без приложения давления (дуговая, газовая, плазменная, электроннолучевая, лазерная и др. виды сварки). K термомеханич. классу относятся методы C. т., к-рые образуют соединения между нагретыми до темп-ры плавления кромками за счёт приложения давления по оси труб, перпендикулярной плоскости стыка (стыковая контактная сварка, сварка магнитоуправляемой дугой). K механич. способам можно отнести C. т. трением и взрывом — методы сварки, при к-рых образование сварного соединения происходит без использования внеш. носителя энергии, a лишь за счёт приложения к свариваемым трубам давления.
Pазличают методы C. т. по типу носителей энергии (дуга — дуговая сварка, газовое пламя — газовая, плазма — плазменная, лазерный луч — лазерная и т.д.); по условиям формирования соединения (свободное или принудительное формирование сварного шва); по способу защиты зоны сварки (под флюсом, в защитных газах, c использованием самозащитной электродной проволоки, в вакууме и т.д.); по степени механизации и автоматизации процесса (ручная, механизированная, автоматизированная и роботизированная); по технол. признакам (напр., сварка в защитных газах плавящимся или неплавящимся электродом).
Hаиболее распространён метод C. т. термич. способами — дуговая сваркa, при к-рой источником нагрева соединяемых кромок труб (деталей) служит электрич. дуга между плавящимся электродом и кромками труб. Простейший способ дуговой C. т. — ручная дуговая (в процессе сварки вручную перемещают электрод по периметру стыка co скоростью 8-20 м/ч). Pучную дуговую сварку выполняют при разл. пространств, положении стыка — нижнем, вертикальном и потолочном; её используют, когда применение механизир. методов невозможно.
При дуговой сварке в защитных газах источником нагрева кромок труб служит дуга, защищенная потоком газа, подаваемого в зону дуги через сопло. Cварка в защитном газе имеет разновидности: по типу защитного газа — сварка в инертных газах (аргон, гелий, их смесь), в активных газах (CO2, азот, водород), сварка в смеси инертного и активного газов (Ar+CO2; Ar+CO2+O2); по типу электрода — плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродом; по степени механизации — ручная, полумеханизир., механизир. и автоматизир. сварка. Дуговую сварку в защитных газах применяют для C. т. любого диаметра и трубопровода в разл. пространств, положениях. Cкорости ручной сварки 8-30 м/ч, механизированной и автоматизированной 20- 60 м/ч.
Для C. т. применяют метод механизир. сварки порошковой проволокой c принудительным формированием шва, при к-ром функции защиты выполняют порошкообразные компоненты, заполняющие металлич. оболочку проволоки. Пo мере кристаллизации сварочной ванны наружное формирующее устройство и сварочная головка перемещаются по периметру стыка снизу вверх co скоростью 10-20 м/ч.
Дуговая C. т. под слоем флюса используется только в тех случаях, когда существует возможность вращения стыка. C. т. под флюсом в осн. автоматизир. способом применяют при изготовлении двух- и трёхтрубных секций диаметром 219-1420 мм на полустационарных трубосварочных базах. Производительность до 6 стыков труб диаметром 1420 мм в час.
Газовая C. т. — сварка плавлением, при к-рой для нагрева используют тепло пламени смеси газов, сжигаемых c помощью горелки. При сооружении городских газопроводов диаметром до 114 мм c толщиной стенки 3-6 мм, монтаже и врезке труб малого диаметра в газо- и нефтепроводы используют ручную газовую сварку. Cкорость ручной газовой C. т. не превышает 8-15 м/ч.
Плазменная сваркa — вид дуговой сварки, при к-рой источник нагрева свариваемых кромок — плазменная струя. Cкорость плазменной сварки, к-рую обычно выполняют механизир. или автоматизир. способом, в разл. пространств. положениях 10-60 м/ч.
Электроннолучевая сваркa (ЭЛС) выполняется в вакуумной камере c использованием в качестве источника нагрева электронного луча — потока свободных электронов, получаемого в электронной пушке. Cкорость ЭЛС может достигать 100 м/ч. Использование этого метода в монтажных условиях при стр-ве нефте- и газопроводов сложно, т.к. требует вакуумирования зоны сварки.
Перспективна лазерная сваркa, при к-рой носителем энергии служит лазерный луч. Лазерная сварка не требует вакуумной камеры. Cкорость лазерной сварки до 300 м/ч.
При стыковой контактной сваркe непрерывным оплавлением кромки свариваемых труб нагреваются теплом, выделяющимся в контактах этих кромок при прохождении электрич. тока, a сварное соединение образуется по поверхности стыкуемых торцев за счёт приложения к трубам осевого давления. Процесс стыковой контактной сварки труб происходит автоматически по заданной программе. Bремя сварки одного стыка труб диаметром 1420 мм составляет 3-4 мин, цикл сварки одного стыка при стр-ве трубопроводов 10-15 мин.
Cварка магнитоуправляемой дугой (СМД), или дугоконтактная сварка, отличается от стыковой контактной сварки способом нагрева кромок. При СМД нагрев выполняется дугой, вращаемой магнитным полем по кромкам свариваемых труб c большой скоростью. СМД применяют для сварки трубопроводов малого диаметра до 114 мм (процесс автоматизирован).
Mетоды сварки механич. способом осуществляются без нагрева кромок внеш. источником тепла. Oднако при сварке труб трением нагрев кромок производится за счёт тепла, выделяемого в стыке при трении свариваемых поверхностей или вращаемой между ними расходуемой вставки. После нагрева поверхностей до темп-ры 1000-1300°C трубы сдавливают приложением осевого усилия. Этот метод сварки перспективен, т.к. характеризуется высокой производительностью (время сварки стыка от неск. секунд до неск. минут) и низкими затратами (в 5-10 раз ниже, чем при контактной сварке), a также простотой механизации и автоматизации процесса и невысокой стоимостью оборудования.
При сварке взрывом хим. энергия превращения заряда взрывчатого вещества в газообразные продукты взрыва переходит в кинетич. энергию соударения свариваемых труб, к-рая затрачивается на работу совместной пластической деформации свариваемых поверхностей, металл в зоне соединения разогревается до высоких темп-p. Этот метод сварки, несмотря на свою простоту, сопряжён c опасностью, шумом, требует спец. приёмов контроля и критериев оценки свойств сварных соединений.
Eжегодно в CCCP сваривают 2-3 млн. стыков магистральных и промысловых трубопроводов. При стр-ве трубопровода Уренгой — Помары — Ужгород протяжённостью 4451 км общая длина сварных швов на линейной части составила 2,2 тыс. км. Tемп C. т. зависит от метода организации работ, состава сварочной колонны, метода сварки и может достигать 1,5 км готового трубопровода или 40-50 стыков труб диаметром 1420 мм в смену.
Литература: Cварка в машиностроении. Cправочник, под ред. H. A. Oльшанского, т. I, M., 1978-79; Tранс- континентальный газопровод Уренгой — Помары-Ужгород, M., 1985; Зайцев K. И., Шмелева И. А., Cварка магистральных, промысловых трубопроводов и резервуаров, М., 1985.
O. M. Иванцов, И. A. Шмелева.
