Патент на изобретение №2344909

(54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ НАМАГНИЧЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов. Способ включает удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, сварку стыков. На область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре. Изобретение позволяет обеспечить упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электрической стыковой сварки и может быть использовано для сварных намагниченных стыков магистральных трубопроводов.

Для оценки технического состояния линейной части магистральных трубопроводов и выявления дефектных участков широко применяются внутритрубные магнитные дефектоскопы, в состав которых входят редкоземельные постоянные магниты с высокой удельной энергией магнитного поля, что приводит к образованию в теле трубы сильной остаточной намагниченности.

При проведении ремонтно-восстановительных сварочных работ, на выявленные в процессе контроля аварийно опасные участки, остаточное магнитное поле трубопровода, воздействуя на сварочную дугу, нарушает стабильность ее горения и формирование сварного шва. Указанный комплекс явлений получил название – эффект “магнитного дутья”.

Значения индукции были измерены в процессе ремонтных работ на трубопроводах диаметром 1220, 1020, 720 и 530 мм, большая часть которых прошла диагностику магнитными дефектоскопами. После удаления дефектных участков индукция на свободных концах трубопроводов, прошедших магнитную дефектоскопию, составляла 15-25 мТл. После стыковки под сварку бездефектных вставок (катушек) индукция в разделке увеличивалась в 3-5 раз и достигала уровня 50-120 мТл. Индукция на свободных концах трубопроводов, непрошедших дефектоскопию, составляла 2-8 мТл, была распределена по окружности трубы крайне неравномерно, а после стыковки с катушкой увеличивалась до уровня 8-20 мТл с таким же неравномерным распределением.

В течение 1999-2000 гг. введены в эксплуатацию девять образцов РУ: на ГАО «Приднепровские магистральные нефтепроводы», ГАО МН «Дружба» (Украина) и ГПТН «Дружба» (Беларусь).

В результате контрольной сварки трубных соединений установлено, что уровень индукции в разделке должен быть не более 8-10 мТл. Наличие магнитного поля с уровнем индукции до 8 мТл сварщик вообще не отмечает, в диапазоне индукций 8-10 мТл сварщик отмечает возрастающее волнение металла в сварочной ванне, при индукции выше 10 мТл начинается разбрызгивание металла из зоны сварки, а при индукции выше 30 мТл сварка практически невозможна.

По результатам хронометража 10-ти разных случаев размагничивания длительность процесса составила в среднем около 20 мин: до 10 мин – монтаж обмотки, до 2 мин – размагничивание и контроль уровня магнитного поля, до 8 мин – демонтаж обмотки. Монтаж и демонтаж обмотки ведут два сварщика, присоединение кабелей питания к сварочному агрегату и передвижной электростанции – обслуживающий их персонал, размагничивание и контроль – один из сварщиков.

При дуговой сварке переменным током повышенной частоты в условиях действия производственных магнитных полей смену полярности тока (RU 2245231, В23К 9/09) осуществляют в зависимости от величины возмущающего воздействия внешнего магнитного поля в момент достижения критического отклонения дуги от соосного с электродом положения, который определяют путем сравнения напряжения на дуге с опорным напряжением в интервале периода протекания тока соответствующей полярности. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса.

В качестве прототипа принят способ сварки намагниченных трубопроводов при ремонтно-восстановительных работах (RU 2237562, В23К 31/02), включающий удаление дефектной зоны, установки на его место, равного ему по величине бездефектного участка, демагнитизацию сварных стыков путем перемагничивания торцевой зоны стыка и обварку стыков, перемагничивание материала торцевой зоны стыка осуществляют перед установкой бездефектного участка и сваркой до исключения в материале эффекта “магнитного дутья”, путем концентрации магнитного поля в локальной зоне торцевого среза трубопровода до величины, равной действительной величине остаточного магнитного поля трубопровода, и по его значению создают в материале торцевой зоны остаточное магнитное поле, противодействующее упомянутому магнитному полю трубопровода, после чего в стык вводят бездефектный участок. Недостатком данного способа сварки является сложность технологического процесса и повышенный расход электроэнергии на демагнитизацию сварных стыков.

Задачей изобретения является разработка способа сварки, обеспечивающего упрощение технологического процесса и стабильное качество сварных соединений для намагниченных объектов без их размагничивания.

Поставленная задача решается тем, что в способе сварки намагниченных объектов без размагничивания, включающем удаление дефектной зоны, установку сварных стыков, концентрацию магнитного поля в локальной зоне, противодействующему остаточному магнитному полю, обварку стыков, на область сварки объектов воздействуют магнитным полем по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой. При этом переменное магнитное поле создают за счет накладываемой катушки, которую покрывают асбестовой лентой и запитывают с частотой 50 Гц. Кроме этого амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта составляет 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами: на фиг.1 – схема сварки трубопроводов; на фиг.2 – схема сварки пластин и фиг.3 – образец сварочного шва при индукции магнитного поля в зазоре между пластинами 50 мТл (вид с двух сторон).

Способ сварки намагниченного трубопровода заключается в том, что на торцах ферромагнитных труб 1 (фиг.1) удаляют дефектные зоны, устанавливают их соосно и с зазором 2…3 мм. На область сварки накладывают и прихватывают катушку 2, которая покрыта асбестовой лентой и запитана от трансформатора 3. Устанавливают амплитуду переменного магнитного поля 80… 100% от остаточной намагниченности зазора, измеренной с помощью тесламетра. Вводят в стык электрод 4 и производят сварку от аппарата 5

Для реализации процесса сварки намагниченных изделий была собрана магнитная система по фиг.2, в которой на ярмо 1 установлены постоянные магниты 2 с полюсными наконечниками 3, на которые были положены пластины 4 из стали Ст20 размерами 170×140×10 мм с обработанными под сварку торцами. Зазор между пластинами установился равным диаметру сварочного электрода 5. Магнитное поле в зазоре между пластинами составляло 45-50 мТл.

Для проведения сварки на стык пластин 4 накладывалась катушка медного гибкого провода 6, состоящая из 210 витков, на которые подавалось через трансформатор 7 напряжение от сети 220 В, 50 Гц. Для защиты провода от температурного воздействия катушка обмотана асбестовой лентой. Сварка производилась от аппарата постоянного тока 8 типа УДТУ – 251 сварочным электродом 5 типа LB52U диаметром 4…5 мм при токе сварки 160 А. Сварка проводилась при напряжении 60 В на катушке 6, при этом амплитуда магнитного поля по оси катушки 6 у поверхности свариваемых пластин 4 составляла 35 мТл.

Создаваемое катушкой 6 переменное магнитное поле производит перенамагничивание металла в направлении оси катушки 6 (если магнитное поле и ток параллельны, то они не взаимодействуют), а с другой стороны под действием силы Лоренца (действие магнитного поля на движущийся под углом к полю заряд) стягивает плазму дуги в шнур. Оба фактора вместе взятые обеспечивают возможность сварки при наличии магнитного поля в зазоре между свариваемыми деталями.

Сечение провода катушки 6, количество витков и ток должны быть такими, чтобы амплитуда индукции магнитного поля у поверхности свариваемых деталей была соизмерима с магнитным полем в зазоре свариваемых деталей (80…100%).

Катушка 6 накладывается на зону сварки и, при необходимости, удерживается рукой или закрепляется любым способом (например, с помощью проволочных растяжек, постоянных магнитов), затем в пределах окна катушки 6 производится сварка. В зависимости от размеров катушки 6 можно провести сварку по длине до 0,5 м без его перестановки.

Время переустановки катушки 6 не более 20 сек.

Известно, что отклонение дуги вызвано наложением внешнего поперечного магнитного поля на собственное круговое поле дуги в контуре. В той части контура, где силовые линии совпадают, создается избыточное давление и дуга отклоняется в сторону ослабления поля, где силовые линии направлены навстречу друг другу. Поскольку для питания дуги используют переменный ток, то результирующая электромагнитная сила, действующая на дугу, знакопеременная и дуга совершает колебания в обе стороны от положения равновесия с частотой переменного тока.

Проведенные испытания (см. фиг.3) показали, что разработанная технология обеспечивает быструю, точную сварку, экономична, проста и может быть рекомендована для промышленного применения, при проведении ремонта трубопроводов, обладающих остаточной намагниченностью. Результаты оценки состояния металла сварного и соединения по критериям фрактографии (характер излома) и микроанализ участков шва по длине и по сечению (корень, граница спекания, зона слабины, пора и другие показатели сварочных свойств по требованию таблицы 12 РД 03-614-03) свидетельствуют о хорошем состоянии соединения по предложенному способу.

Формула изобретения

1. Способ дуговой сварки намагниченных объектов при ремонтно-восстановительных работах, включающий удаление дефектной зоны, установку с зазором сварного стыка, создание переменного магнитного поля в локальной зоне стыка сварки, противодействующего остаточному магнитному полю намагниченных объектов, и сварку стыка, отличающийся тем, что дуговую сварку осуществляют без размагничивания для чего создают магнитное поле по нормали к шву и оси дуги одновременно со сваркой, при этом устанавливают амплитуда переменного магнитного поля у поверхности сварки объекта 80-100% от остаточной намагниченности в зазоре стыка.

2. Способ дуговой сварки по п.1, отличающийся тем, что для создания переменного магнитного поля на область сварки накладывают катушку, покрытую асбестовой лентой, и подают на нее напряжение с частотой 50 Гц.

РИСУНКИ