Предварительный и сопутствующий подогревы

Необходимость подогревать стыки установлена по результатам опытов, проведенных в научных и исследовательских учреждениях. Основные требования определены в положениях и отраслевых стандартах. Главная задача такой обработки — обеспечить равномерный прогрев свариваемых поверхностей. При небольшой толщине стенок температура не высокая, повышается до 150^оС при работе с низколегированной сталью с добавлением кремния и марганца, до 350^оС при работе с термостойкой сталью. Если для обработки после сварки используются электрические нагреватели, проблемы не возникают. Для сварки толстостенных труб с большим диаметром для газопроводов используются специальные индукционные установки, степень нагрева определяется инфракрасными приборами зимерения.

Цель проведения предварительного и сопутствующего подогрева

Основная цель подогрева — повысить качество швов за счет улучшения условий сварки. Трубы прогреваются до начала работы (предварительно). Если сварка многослойная, требуется сопутствующий подогрев при остывании места соединения до температуры, которая ниже определенной нормативами, после перерыва в работе. В течение всего процесса стык прогревается, если работа проводится при минусовых температурах.

Цели подогревов:

• осушение поверхностей;

• обеспечение равномерной температуры в месте соединения;

• образование запаса тепла;

• предотвращение слишком быстрого охлаждения;

• снижение напряжения;

• повышение пластичности материала.

При сварке труб соединения прямые, прогреть прямой стык несложно. При толщине стенок до 18 мм места соединения прогреваются пропановыми горелками кольцевого типа. Однако это не лучший способ, так как распространение тепла неравномерное, кромки загрязняются. Оптимальный вариант для технологических трубопроводов — электрические нагреватели и индукторы на 50-250 Гц.

Максимальная температура предварительного и сопутствующего подогрева

Российские нормативы ограничивают применение для прогрева пламени газа, рекомендуют применять тот же метод, который используется для обработки швов после сваривания. При выборе степени нагрева необходимо учесть марку стали, температуру среды, толщину стенок. При соблюдении данных правил снижается напряжение и предотвращается водородное растрескивание.

Максимальная температура зависит от:

• содержания в стали углерода;

• содержания легирующих добавок;

• температуры среды;

• параметров зоны сварки;

• скорости выполнения работы;

• диаметра электрода.

Точного значения максимальной температуры не существует, все зависит от состава стали или другого металла. При высоком содержании углерода и легирующих добавок параметр выше. Если прогрев предварительный, требуется проверка степени нагрева.

Требования к предварительному подогреву при исправлении дефектов стального литья сваркой

При изготовлении, механической обработке, ремонте литых деталей по ОСТ 5.9285-78 и ОСТ 5.9277-77 дефекты корректируются сваркой без разработки технологических карт, если:

• глубина до 20% от толщины стенки;

• масса наплавки до 1% при весе детали до 100 кг, 0,5% при весе до 500 кг, 0,2% при весе от 500 кг.

Для работы со сталью по ОСТ 5.9285-78 и чугуном по ОСТ 5.9277-77 составляются технологические карты с учетом требований стандартов и технических нормативов конкретного предприятия.

Степень предварительного нагрева определяется по таблице 1 ОСТ 5.9137-83, зависит от марки стали и сварочного материала, способа заварки.

Когда возникает необходимость в предварительном подогреве стыков

Правильная температура очень важна для качественной сварки, от точности зависит прочность шва. Ели степень нагрева низкая, шов твердый, хрупкий, при слишком высокой снижается прочность. Оптимальный вариант — индукционный прогрев до 50^оС (если шов внутренний корневой). В некоторых ситуациях может повышаться или снижаться.

Прогрев требуется, если:

• нужно повысить вязкость при снижении скорости выполнения работы;

• существует риск образования трещин из-за недостаточного рассеивания водорода;

• у соединения высокое напряжение;

• требуется повышение степени нагрева с целью предотвращения хрупкого излома;

• необходимо обеспечить ударную вязкость;

• требуется повышения качества шва при минусовой температуре;

• зимой нужно очистить шов от влаги, ржавчины.

Кроме предварительного прогрева иногда требуется подогрев после сварки. Подобное случается при работе с легированными, быстро остывающими сталями. Эффективность термического воздействия зависит от равномерности, точности распределения тепла. Основная проблема — погрешности на этапе определения оптимального параметра степени нагрева.

Как проводится контроль температуры предварительного и/или сопутствующего подогрева при сварке газопроводов

До 1995 года применялся прогрев пламенем газа пропановых горелок, но иностранные подрядчики использовали специальное дорогое индукционное оборудование. При диаметре труб из низколегированной стали 219–925 мм и толщине стенок 8-12 мм применяется сварка СRС, требующая прогрева до 100^оС на всех этапах проведения работы.

Для создания стыков РДС в газопроводах диаметр 425–920 мм и толщину стенок 36–53,5 мм требуются электрические комбинированные нагреватели. Для создания одного стыка тратится до 12-и часов, сварщики работают в 2 смены, индукционное оборудование не способно обеспечить равномерность прогрева. Уникальный опыт — прогрев труб с диаметром 1420 мм и толщиной стенок 27 мм при монтаже Северо-Европейского газопровода в 2007 году.

Независимо от способа прогрева требуется постоянный контроль над температурой. Оптимальным вариантом считаются промышленные инфракрасные приборы, измеряющие степень нагрева сплавов и металлов бесконтактным методом. Погрешности минимизируются использованием коротких волн.