Спосіб одностороннього зварювання труб

Изобретение относится к области электродуговой сварки труб и может быть использовано при изготовлении прямошовных труб для нефте- и газопроводных магистралей в нефтехимическом и тяжелом машиностроении. Односторонняя сварка ограничена протеками жидкого металла и нарушением формирования внешнего и внутреннего валиков. Одной из сил, способствующих вытеканию жидкого металла из ванны, является направленная вниз электромагнитная сила, действующая на радиальную составляющую сварочного тока, протекающего по жидкому металлу. Поэтому для обеспечения качественного формирования сварных швов при односторонней сварке, необходимо уменьшать направленную вниз электромагнитную силу. Известен взятый за прототип способ дуговой сварки [1], при котором токоподвод к изделию осуществляют в двух точках и разделяют ток на два, протекающий в направлении и противоположном направлению сварки, с регулированием величины тока, протекающего в направлении сварки, в зависимости от величины сварочного тока и диаметра трубы. Однако регулирование растекания тока позволяет уменьшить направленную вниз электромагнитную силу в определенных пределах, что ограничивает обеспечение качественного формирования швов при односторонней сварке на флюсовой подушке. В основу изобретения поставлена задача разработать способ односторонней сварки труб, в котором использование новых условий осуществления действий позволит за счет уменьшения направленной вниз электромагнитной силы сварочного контура повысить механические свойства и качество формирования сварных швов при односторонней сварке на флюсовой подушке. Поставленная задача решается за счет того, что при односторонней сварке труб с токоподводом к изделию в двух точках и регулированием тока, протекающего в направлении сварки, внутри трубы в непосредственном контакте соосно стыку устанавливают ферромагнитную трубу с вырезанным под 90° сегментом, диаметр которой выбирают в зависимости от диаметра трубы согласно выражению D =(0,240,35)01, где Dт - диаметр свариваемой трубы. Расположение внутри свариваемой трубы ферромагнитной трубы малого диаметра в контакте со свариваемой и предлагаемым соотношением диаметров обеспечивает выведение силовых линий электромагнитного поля из сварочной ванны и уменьшение направленной вниз электромагнитной силы сварочного контура. Это является результатом того, что силовые линии электромагнитного поля, стремясь замкнуться через обладающий большей магнитной проницаемостью ферромагнитный замкнутый контур трубы, выходят из сварочной ванны, жидкий металл которой является немагнитным. Электромагнитное поле сварочного тока в ванне значительно уменьшается вследствие чего направленная вниз электромагнитная сила F = jB и магнитное давление Рм = В2/m и резко падают. Жидкий металл сварочной ванны находится под действием направленных вниз сил давления дуги, электромагнитного давления, гидростатического давления жидкого металла и направленных вверх сил поверхностного натяжения и давления флюсовой подушки. Поэтому снижение электромагнитного давления обеспечивает изменение магнитогидродинамических явлений в сварочной ванне, удержание жидкого металла и качественное формирование швов при односторонней сварке на флюсовой подушке. Все существующие способы удержания жидкого металла от протекания основаны на создании направленных вверх сил, удерживающих жидкий металл в сварочной ванне. Предлагаемое изобретение основано на эффективном способе воздействия на жидкий металл ванны за счет уменьшений направленных вниз электромагнитных сил и магнитного давления путем расположения внутри свариваемой трубы ферромагнитной трубы малого диаметра с вырезанным сегментом, по которому осуществляется контакт труб. Следовательно, данный способ обнаруживает свои свойства - уменьшение направленных вниз электромагнитных сил и магнитного давления только при определенных условиях, а именно, при диаметре внутренней ферромагнитной трубы в зависимости от диаметра свариваемой трубы D = (0,24-0,35)Dт. Значит эти условия являются существенными. А расположение внутри свариваемой трубы в непосредственном контакте ферромагнитной трубы малого диаметра в заявленной зависимости обеспечивает удержание жидкого металла сварочной ванны от протекания и качественное формирование швов при односторонней сварке на флюсовой подушке. При использовании ферромагнитной трубы с вырезанным сегментом более 90° уменьшается количество силовых линий магнитного поля, замыкающихся в ферромагнитном теле внутренней трубы. Электромагнитное поле в сварочной ванне увеличивается, возрастает направленная вниз электромагнитная сила, и формирование швов нарушается. При использовании ферромагнитной трубы с вырезанным сегментом менее 90° ее невозможно одновременно использовать в качестве флюсовой подушки, ширина которой должна быть оптимальной. Поэтому технологически использование воздействия ферромагнитной трубы на электромагнитное поле сварочного контура затрудняется и не обеспечивается качественное формирование обратного валика при односторонней сварке на флюсовой подушке. При диаметре внутренней трубы более 0,35 Dт ферромагнитное тело трубы удаляется от сварочной ванны, и силовые линии электромагнитного поля сварочного контура не выходят из ванны. Это приводит к увеличению электромагнитного поля и направленной вниз электромагнитной силы, под воздействием которой жидкий металл вытекает из сварочной ванны, вследствие чего нарушается формирование сварных швов. При диаметре внутренней трубы менее 0,24 Dт жидкий металл сварочной ванны трудно удержать от протеков, так как слой флюса под стыком уменьшается и нарушается формирование швов при односторонней сварке. Кроме того при этом невозможно использовать внутреннюю трубу в качестве корпуса для флюсовой подушки, и процесс односторонней сварки становится нетехнологичным. Способ односторонней сварки труб осуществляется следующим образом. Собранную трубу надевают на ферромагнитную трубу (см. чертеж) диаметром в зависимости от диаметра свариваемой трубы D = (0,240,35)Dт с вырезанным под 90° сегментом и жестко закрепляют на ней в контакте с сегментом. В пневмошланг, расположенный в ферромагнитной трубе, подают давление и поджимают флюсовую подушку к свариваемой трубе. Электрод закорачивают на трубу, засыпают флюсом и начинают процесс односторонней сварки. Пример. Производилась односторонняя сварка на флюсовой подушке прямо-шовных труб диаметром 426, 478, 530 и 630мм с толщиной стенки 9мм из стали 09Г2С с расположенной внутри ферромагнитной трубой различного диаметра. В качестве источника питания использовали сварочный выпрямитель ВМГ-5000. Токоподвод осуществляли в начале и конце трубы. Автоматическая сварка производилась двумя электродами, один из которых проволочный Св08Г2С диаметром 4 мм, а другой ленточный Ст08Кп сечением 45x0,5мм на режиме; величина тока 2200-2400А, напряжение на дуге 28-30В, скорость сварки 70 м/ч. Сварка производилась под стекловидным флюсом АН-348АМ, который использовали и во флюсовой подушке. Результаты проведенных исследований влияния диаметра внутренней ферромагнитной трубы на качество формирования сварных швов представлены в таблице. В результате проведенных исследований установлено, что расположение внутри свариваемой трубы в непосредственном контакте ферромагнитной трубы с соотношением диаметров D=(0,24-0,35)Dт является оптимальным. Использование предлагаемого способа по сравнению с существующими обеспечивает следующие преимущества: - уменьшение электромагнитного давления на жидкий металл сварочной ванны и отсутствие протеков жидкого металла; - качественное формирование сварных швов при односторонней сварке на флюсовой подушке; - улучшение механических свойств сварных соединений; - повышение производительности процесса за счет замены двухсторонней сварки на одностороннюю. Внедрение предлагаемого способа односторонней сварки при изготовлении труб для газо- и нефтепроводных магистралей позволяет обеспечить качественное формирование сварных швов при односторонней сварке на флюсовой подушке с использованием стандартных сварочных флюсов.