Файл: Денисов П.Г. Сооружение буровых учеб. пособие.pdf

При недостаточной силе тока дуга горит неустойчиво, а при чрез­ мерной величине тока электрод плавится слишком интенсивно, возрастают потери металла на разбрызгивание, ухудшаются устой­ чивость дуги и формирование шва.

Сварка всех проходов многослойных швов выполняется на одних и тех же режимах. Первый проход выполняется электродами диа­ метром 3—4 мм, так как применение электрода большего диаметра затрудняет провар корня шва. Сечение первого прохода не должно превышать 30—35 мм2.

Прочность сварного соединения

Прочность сварного соединения — способность сопротивляться разрушению от действия внешних нагрузок — зависит от качества

итипа шва, а также от формы его выполнения. Металлоконструкции и коммуникации буровых установок испы­

тывают различные нагрузки. Ударные и повторно-переменные на­ грузки вызывают вибрацию конструкции или отдельных ее элемен­ тов. Поэтому сварные швы ответственных узлов (обвязки, оснований) должны обеспечивать прочность соединений при статических и ви­ брационных нагрузках.

Прочность сварного соединения неудачной формы при вибра­ ционной нагрузке резко понижается. В местах резкого изменения формы изделий от нагрузок появляется концентрация напряжений, приводящая к усталости металла и его преждевременному разруше­ нию. Концентрация напряжений может возникать и в сварных швах при неудачной форме их выполнения. Лучшей формой соединения является стыковой шов. Соединение внахлестку относится к неудач­ ной конструктивной форме. Такое соединение не обеспечивает плав­ ность передачи усилий от одного элемента соединения к другому, и в местах перехода возникает концентрация напряяшний.

Иногда стыковое соединение усиливается накладками с лобовым (перпендикулярным направлению усилия) и фланговым швами, выполненными в виде соединений внахлестку. Для конструкций, испытывающих вибрации, такое соединение применять не следует, так как накладки в сварном соединении снижают его усталостную прочность.

Тавровое соединение, выполненное односторонним швом, также не обеспечивает достаточной прочности при наличии вибраций. Для повышения прочности тавровое соединение рекомендуется сва­ ривать двусторонним швом с полным проваром и вогнутой поверх­ ностью шва. Вогнутая поверхность шва обеспечивает более плавный переход свариваемых деталей и меньшую концентрацию напряжений в шве по сравнению со сваркой выпуклыми швами.

При сварке конструкций, рассчитанных на восприятие вибра­ ций, следует стремиться к исключению резкой концентрации напря­ жений, к смягчению их плавными переходами от одного элемента конструкции к другому.

304

В процессе сварки возникают остаточные деформации, зависящие от способов выполнения швов и свойств основного и наплавляемого металлов. Деформации и коробления конструкций являются след­ ствием нарушения режима сварки — неравномерного местного на­ грева и охлаждения изделия при сварке, неправильного способа выполнения сварных швов и превышения их размеров.

С целью уменьшения деформации следует соблюдать зазоры в сты­ ковых швах, правильный тепловой режим сварки и определенную

обратноступенчатым способом. Способы выполнения швов по длине показаны на рис. 171.

Одноступенчатая сварка приводит к меньшим остаточным дефор­ мациям. Швы разбивают на участки с учетом того, чтобы при окон­ чании сварки последующего участка начало предыдущего имело определенную температуру. Температурный перепад на границах между двумя ступенями должен составлять 200—300° С, что дости­ гается изменением длины участка сварки.

Шов стыковых и угловых соединений большого сечения выпол­ няют несколькими слоями. Каждый слой средней и верхней части может быть сварен как за один проход, так и за два и более проходов. Слой шириной 14—16 мм сваривать за один проход затруднительно, поэтому применяют многопроходный способ сварки. При сварке толстого металла выполнение каждого слоя за один проход может

привести к значительным деформациям, а также к образованию трещин в первых слоях. Образование трещин вызывается тем, что первый слой шва перед наложением второго успевает полностью или частично остыть. Вследствие большой разницы в сечениях наплав­ ленного слоя и свариваемого металла все деформации, возникающие при остывании неравномерно нагретого металла, концентрируются в металле шва. Запас пластичности металла первых слоев может оказаться недостаточным, что приводит к трещинообразованию.

Для предотвращения образования трещин заполнение разделки при сварке толстого металла производится так, чтобы каждый по­ следующий слой накладывался на еще не успевший остыть преды­ дущий слой.

При сварке в вертикальном положении перенос электродного металла в сварочную ванну осуществляется перпендикулярно силе тяжести. Поэтому при вертикальной сварке сила сварочного тока должна быть на 15—20% меньше силы тока при нижней сварке, а диаметр электрода не должен превышать 4—5 мм.

Сварка вертикальных швов выполняется снизу вверх или сверху вниз. Наиболее удобной является сварка снизу вверх. Сварка сверху вниз обычно применяется для тонкого металла. Для улучшения условий формирования шва при вертикальной сварке поддерживается возможно короткая дуга, а поперечные колебания электрода умень­ шаются.

Сварка горизонтальных швов сложнее сварки вертикальных швов. При сварке стыковых швов с разделкой кромок скос кромок делается с одной верхней стыкуемой детали. Поперечные переме­ щения конца электрода совершаются под углом около 45° по отноше­ нию к оси шва, что облегчает отложение наплавленного металла.

Сварка потолочных швов является наиболее трудной, так как сила тяжести в этом случае препятствует переносу металла с элек­ трода в сварочную ванну. Для обеспечения переноса металла с элек­ трода в шов и удержания металла в ванне объем сварочной ванны должен быть небольшим. Поэтому потолочная сварка выполняется электродами диаметром не более 4 мм при короткой дуге и силе сва­ рочного тока на 20—25% меньше, чем при нижней сварке.

Пониженные режимы и неудобство выполнения сварки в пото­ лочном положении резко снижают производительность труда свар­ щика. Поэтому там, где это возможно, изделия следует располагать таким образом, чтобы швы сваривались в нижнем положении.

Электроды для дуговой сварки

Свариваемые детали буровых состоят из среднеуглеродистых и легированных сталей повышенной прочности (трубопроводы высо­ кого давления, основания) и из низкоуглеродистых сталей (желоба, емкости и др.).

Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей применяются обычно электроды типа Э-42, Э-42А с качественными

306

шлакозащитными покрытиями марок ОММ-5, ЦМ-7, ЦМ-9 и др. Марка электрода зависит от состава покрытия. Такие электроды обеспечивают гарантируемый предел прочности наплавленного ме­ талла не менее 42 кгс/мм2. Сварка этими электродами производится переменным и постоянным током во всех пространственных поло жениях. Они обеспечивают хорошее горение дуги на прямой поляр­ ности.

Среднеуглеродистые и легированные стали в основном сваривают качественными электродами марки УОНИ-13/45, которые пригодны для сварки швов в любых пространственных положениях и дают наплавленный металл высокого качества. Этими электродами сварка выполняется постоянным током обратной полярности, т. е. к свари­ ваемой детали подводят отрицательный ток, а к электроду — поло­ жительный.

Электросварочное оборудование

Для питания дуги электродуговой сварки применяются свароч­ ные установки постоянного и переменного тока. К установкам по­ стоянного тока относятся специальные преобразователи (генераторы постоянного тока), приводимые в действие электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания.

К сварочным установкам переменного тока относятся трансфор­ маторы переменного тока. Сварочные трансформаторы при соору­ жении буровых применяют в тех случаях, когда к строительной площадке подведена электроэнергия. В большинстве случаев при сооружении буровых используют передвижные электросварочные генераторы постоянного тока с двигателями внутреннего сгорания.

Существует несколько конструкций таких сварочных агрегатов, различаемых по типам генераторов и двигателей внутреннего сго­ рания.

В основном в условиях буровых применяются сварочные агрегаты следующих типов: АСБ-300-2 и АСБ-300-7 с бензиновыми

двигателями и АДД-300-3 с дизельным двигателем, технические характеристики которых приводятся в табл. 36.

Продолжительность работы сварочных генераторов (ПР) харак­ теризуется отношением продолжительности рабочего периода (горе­ ния дуги) к продолжительности общего цикла, т. е. ко времени го­ рения дуги и времени перерывов на смену электродов. Это отношение выражается в процентах и необходимо для оценки повторно-кратко­ временного режима работы, на который рассчитан генератор.

Рис. 172. Электрическая схема сварочного гене­ ратора типа ГСО-ЗОО-5 (со стороны коллектора).

N — полюса с намагничива­ ющей (шунтовой) обмоткой; S — полюса с последователь­ ной размагничивающей об­ моткой; S, — добавочный

полюс.

,ffßumxa

Сварочные генераторы имеют крутопадающую характеристику, позволяющую резко снизить напряжение в цепи при коротких замы­ каниях и предельных повышениях силы тока. Время на восстано­ вление первоначального напряжения после короткого замыкания составляет около 0,05 с. Сварочный ток в зависимости от применя­ емых электродов и толщины свариваемого металла регулируют рео­ статом, включенным в цепь намагничивающей обмотки генератора.

На рис. 172 показана электрическая схема сварочного генера­ тора ГСО-ЗОО-5.

При повороте маховичка реостата по часовой стрелке сопротивле­ ние реостата уменьшается, а сила тока возбуждения, напряжение холостого хода и сила сварочного тока соответственно увеличиваются. При повороте же маховичка против часовой стрелки сопротивление реостата увеличивается, а сила тока возбуждения, напряжение холостого хода и сила сварочного тока уменьшаются.

Генератор и мотор сварочных агрегатов смонтированы на одной раме и помещены в металлический кожух, предохраняющий от атмо­ сферных влияний. Для работы в полевых условиях с целью их транс­ портировки сварочные агрегаты обычно устанавливают на колесный прицеп или сани.

308