Механизированная сварка методом stt при монтаже нефтегазопроводов

Механизированная сварка труб с использованием процесса STT

Аббревиатура STT расшифровывается как “Surface Tension Transfer” — это так называемый механизм переноса капли с помощью сил поверхностного натяжения. Он представляет собой одну из разновидностей процесса переноса короткими замыканиями, который реализуется при дуговой сварке в среде защитных газов с одним важным отличием — расплавленный металл переносится за счет сил поверхностного натяжения сварочной ванны, которая как бы втягивает в себя жидкую каплю металла с конца проволоки. Электромагнитное сжимающее давление (Пинч-эффект) дополнительно помогает капле отделиться, но не является основным механизмом переноса, как это наблюдается при обычной 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 способа STT сокращает время обучения сварщиков. Компанией “Lincoln Electric” специально для этого процесса разработан 2250 амперный инверторный источник питания “Invertec STT II”, реализующий технологию управления сварочным током. При сварке за счет регулирования выходного тока (аналогичной импульсно-дуговой сварки) добиваются вышеуказанных 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 сварочного тока. “Invertec STT II” во многом отличается от обычных машин.

Сварка с использованием процесса STT предназначена для односторонней механизированной сварки корневого слоя шва стыков труб проволокой сплошного сечения в среде углекислого газа труб диаметром 325-1220 мм с толщинами стенок до 20 мм включительно, а также для сварки всех слоев шва стыков труб аналогичных диаметров с толщиной стенки до 8 мм включительно.

Процесс STT рекомендуется для выполнения корневого слоя швов при сварке труб с зазором, а также для сварки тонколистового металла. Он позволяет сваривать все стали, начиная с простой углеродистой, кончая сплавами с высоким содержанием никеля

– скорость подачи сварочной проволоки;
– пиковый ток;
– базовый ток;
– длительность заднего фронта импульса.

Напряжение, требуемое дугой, автоматически устанавливается источником питания. Это приводит к тому, что количество 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.

Сварка корневого шва неповоротных стыков труб

Сварка корневого слоя швов стыков труб традиционно является наиболее сложным этапом сварочно-монтажных работ при сооружении трубопроводов. Применение сварки методом STT, с его возможностью управлять механизмом переноса и контролем за формированием сварочной ванны, удается значительно облегчить выполнение корневого слоя шва.

Режимы сварки процессом STT имеют более широкий диапазон по сравнению с обычной сваркой в среде защитных газов.

Если при обычной сварке труб (заданной марки и типоразмера) для получения качественного соединения используются конкретные значения напряжения дуги и скорости подачи сварочной проволоки (сварочного тока), то при процессе STT могут использоваться различные варианты режимов для этих целей. При сварке аппаратом “Invertec STT II” может применяться проволока большего диаметра по сравнению с той, которая применяется при аналогичных работах с источником, имеющим жесткую характеристику.

При сварке труб процессом STT используется V- образная разделка кромок в соответствии со стандартом API (рис.4).

Рис. 4. Разделка кромок для сварки процессом STT

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 STT

Механизированную сварку процессом STT корневого слоя шва неповоротных стыков труб ведут на спуск (рис.5). Процесс начинают в верхней части трубы в положении 12-ти часов. Возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. На этом участке трубы сварку осуществляют с дугообразными колебаниями небольшой амплитуды. Дугу следует располагать внутри сварочной ванны в первой 1/4 или 1/3 от ее переднего фронта. Дугу нельзя располагать на передней кромке сварочной ванны. В позициях от 12- ти до 10-го часов сварку производят с наклоном электрода назад под углом 45°. Совершая дугообразные колебания, не следует задерживаться на кромках трубы. Прямолинейные колебания с кромки на кромку приводят к увеличению проплавления.

Читать еще: Как сделать лестницу на второй этаж своими руками в деревянном доме видео

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 при горении дуги внутри сварочной ванны.

С позиции 10-ти часов амплитуду колебаний можно уменьшить и затем совсем прекратить их, продолжая двигаться вдоль стыка и располагая дугу внутри сварочной ванны в первой трети от её переднего фронта. Угол наклона электрода на этом участке уменьшают на 10°. В позиции 4:30-5:00 часов колебания можно возобновить и увеличить угол наклона электрода. Это зависит от зазора и притупления свариваемых кромок. При прекращении сварки дуга прерывается 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 позволяют получить необходимую форму корневого шва. Увеличение разбрызгивания наблюдается при слишком низком значении пикового тока.

Влияние сварочных параметров процесса STT на форму корневого слоя шва

При заданной скорости подачи сварочной проволоки форму корневого слоя шва (наружный и обратный валик) можно независимо контролировать.

Пиковый ток управляет длиной сварочной дуги, которая влияет на форму корневого шва (рис.6). 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 “О”.

При выполнении прихватки возбуждение дуги производят на одной из кромок. Затем дугу переносят на противоположную кромку, формируя при этом сварочную ванну. Прихватку выполняют требуемой длины. Прерывание дуги обязательно производят 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 прекращают, чтобы обеспечить хорошее сплавление.

Механизированная сварка методом stt при монтаже нефтегазопроводов

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

РУКОВОДСТВО ПО СВАРКЕ

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА STT

СВАРКА КОРНЕВОГО ШВА НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ

ТЕХНИКА СВАРКИ

ТЕХНИКА СВАРКИ КОРНЕВОГО ШВА НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБОПРОВОДОВ

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СВАРОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА STT НА ФОРМУ КОРНЕВОГО ШВА.

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

ОСНОВНЫЕ СВАРОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ КОРНЕВОГО ШВА НА СПУСК

скорость подачи проволоки, дюйм/мин

пиковый ток, Ампер

базовый ток, Ампер

вылет электрода, мм

скорость сварки, м/мин

расход газа, л/мин

РАЗДЕЛКА КРОМОК

НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СВАРКЕ STT

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ ТРУБ

скорость подачи проволоки, дюйм/мин

скорость сварки м/мин

растояние от торца контактного наконечника до изделия, мм

Читать еще: Алюминиевые или биметаллические радиаторы отопления плюсы и минусы

средняя величина сварочного тока, А

длительность заднего фронта импульса

корневой на спуск

корневой сварка на подъем

заполняющий сварка на подъем

облицовочный сварка на подъем

корневой сварка на спуск

СВАРКА STT ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

СВАРКА ОЦИНКОВАННЫХ ТРУБ

СВАРКА ТРУБ С МАСЛЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ

ВЛИЯНИЕ ВХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА СВАРОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА STT

ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Технологии и Разработки

Технологические особенности сварочного 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 наблюдается при обычной сварке короткими замыканиями. Области его применения в целом аналогичны тем, что характерны для обычных аппаратов полуавтоматической сварки короткими замыканиями. В качестве защитных газов используется 100 % углекислый газ и его смеси с аргоном для сварки низкоуглеродистых сталей, а также смеси с гелием для сварки нержавеющих сталей.

Основными преимуществами этого метода являются:

уменьшение разбрызгивания;
стабильность процесса сварки (стабильность дуги при изменении вылета электрода во время сварки);
более низкие уровни излучения дуги и дымообразования;
пониженное тепловложение при сварке тонколистового металла.

Уменьшение разбрызгивания приводит к сокращению времени зачистки перед окончательной отделкой изделия. Кроме того, увеличивается время эксплуатации сопла сварочной горелки до следующей зачистки, особенно при использовании 100% углекислого газа. Такой метод управления облегчает работу сварщика, освобождая его от жесткого контроля вылета электрода в процессе сварки и угла наклона сварочной горелки. При этом он гарантируется получение качественного шва с низким уровнем разбрызгивания. Снижение уровня излучения дуги и дымообразования достигается за счет общего среднего укорочения дуги и минимизации разогрева электрода.

Компанией Lincoln Electric специальнодля этогопроцесса 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 импульсно дуговой сварки) добиваются вышеуказанных 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.

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

В процессе сварки управляемая источником величина тока зависит от состояния дугового промежутка. Источник определяет, существует ли напряжение между электродом и деталью или электрод закорочен на сварочную ванну. Весь цикл разбит на несколько этапов:

1.Базовый ток (Т0 – Т1): Постоянный уровень сварочного тока перед этапом короткого замыкания, лежащий в диапазоне 50 – 100 А.

2.Начальный период короткого замыкания (Т1 – Т2): При замыкании электрода на сварочную ванну (на базовом уровне тока) специальный датчик напряжения дуги подает источнику сигнал о возникновении короткого замыкания. Источник понижает ток с базового уровня до 10 А на время 0,75 миллисекунд. Этот временной интервал необходим для залипания капли, образовавшейся на конце электрода, к поверхности сварочной ванны.

3.Этап Пинч-эффекта (Т2 – Т3): По истечении указанного времени источник увеличивает ток. Увеличение тока проходит в две стадии и с различными скоростям. На первой стадии происходит резкое повышение тока, что приводит к образованию шейки на конце электрода за счет электромагнитного сжимающего давления, возникающего при Пинч-эффекте. Необходимо отметить, что во время короткого замыкания напряжение между электродом и деталью не равно нулю, т.к. расплавленный металлимеет высокое электрическое сопротивление. На второй стадии происходит более плавное нарастание тока.

Читать еще: Как снять с петель входную металлическую дверь

4.Расчет скорости изменения напряжения дуги dv/dt (Т2 – Т3): В процессе образования шейки происходит изменение напряжения между электродом и изделием. При этом источник постоянно измеряет напряжение и рассчитывает скорость его изменения. Когда величина dv/dt достигает определенного значения, сигнализирующее источнику, что вот-вот произойдет отрыв капли (этот расчет включен в этап Пинч-эффекта), протекающий по электроду ток уменьшается до 50 А в течении нескольких микросекунд. (Это происходит перед отрывом капли, Т4 – момент времени отделения капли при низком значении сварочного тока).

5. Рост капли (Т5 – Т6): Этот этап следует сразу же после разрыва перемычки между электродом и сварочной ванной. Сварочный ток увеличивается до пикового значения и действует в течении всего этапа. При этом происходит быстрое расплавление конца электрода, рост новой капли и увеличение дугового промежутка. (Геометрия капли на конце электрода неправильная).

6.Переход на базовый ток (Т6 – Т7): В этот период сварочный ток уменьшается от пикового до базового. С окончанием этого этапа заканчивается сварочный цикл и начинается новый.

Процесс формирования капли

Таким образом, STT обеспечивает более высокое качество при выполнении швов во всех пространственных положениях благодаря низкому тепловложению, незначительному окислению металла шва и лучшему проплавлению даже при низком качестве сборки под сварку.Улучшение проплавления связано с тем, что при STTвыполняется прецизионный контроль сварочного тока на всём протяжении цикла сварки. По этой же причине практически полностью отсутствует разбрызгивание металла, а следовательно, снижается расход электрода, и воздействие дуги концентрируется на основном металле. В результате применения более сжатой дуги предупреждается образование наплывов на швах с зазором в вершине разделки при сварке труб и сосудов высокого давления.Благодаря снижению общего тепловложения уменьшается деформация материала и снижается опасность прожогов, так как энергии дуги хватает только на выполнение шва. Это особенно важно при сварке деликатных материалов, например, нержавеющей стали. Такой точный контроль тепловложения позволяет сваривать детали даже из тонколистового металла с гальваническим покрытием, не опасаясь повредить это покрытие с обратной стороны шва.

Снижение рабочих затрат достигается за счёт замены электродов малого диаметра более дешёвыми электродами большого диаметра, применения CO2 в качестве защитного газа и экономии наплавляемого металла благодаря снижению разбрызгивания. Применение сварочной проволоки большого диаметра способствует сокращению времени сварки и повышает эффективность работы сварщика.Значительное снижение затрат также связано с использованием более дешёвого углекислого газа при сварке стали и её сплавов.Низкий уровень разбрызгивания ведёт к значительной экономии средств благодаря сокращению затрат на механическую обработку поверхностей стыка шва перед выполнением последнего прохода, а также снижению расхода электрода, металл которого практически полностью остаётся в сварочной ванне.Кроме того, увеличивается интервал обслуживания горелки, так как на сопле горелки образуется меньше нагара.

Улучшаются и условия работы сварщика: уменьшается разбрызгивание металла, снижается дымообразование, излучение сварочной дуги слабее, чем при обычной сварке короткими замыканиями.

Процесс STT идеально подходит для следующих областей применения:

корневые швы по открытому зазору– сварка труб и деталей из листового металла;
сварка нержавеющих сталей и никелевых сплавов – нефтехимическая отрасль и пищевая промышленность;
детали из тонколистового металла – автомобильная промышленность;
кремнистая бронза – автомобильная промышленность;
оцинкованная сталь – печные дымоходы;
полуавтоматическая и роботизированная сварка.

Для получения детальной информации или проведения презентации работы источника питания Invertec STT II, свяжитесь с представителями нашей фирмы.

Сайт создан imshaman@ .com