Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37

сварке под флюсом в зависимости от состава флюса преобладают высококремнистые и железомарганцевый силикаты (для флюса АН-348А), крем-нензем (для высококремнистого безмарганцевого флюса), алюмосиликаты и шпинели (для флюса АН-22). При сварке с СО2 в наплавленном металле образуются, в основном, закись железа и силикаты. Общее количество оксидов в наплавленном металле при сварке в защитных газах значительно ниже, чем при сварке под флюсом и ручной сварке. Наибольшую опасность представляют сульфидные пленки и цепочки, которые обычно располагаются по границам зерен и могут давать начало кристаллизационным трещинам. Фор ма и размер сульфидных включений, их состав зависят от химического состава металла шва. При наличии в составе стали труб титана, циркония в наплавленном металле могут образовываться нитриды, особенно в металле, в состав которого входит азот. Обычно в связи с быстрым охлаждением и низкой концентрацией азот в наплавленном металле содержится в виде твердого раствора.

Флокены выявляются в изломе образцов и имеют вид пятен круглой или овальной формы с характерным крупнокристаллическим строением, по сравнению с остальной частью излома. В середине флокена часто находится пора или шлаковое включение. Образование флокенов связано со снижением пластичности наплавленного металла под влиянием водорода.

Непровары представляют собой несплошности значительного раз.мера на границах между основным и наплавленным металлом или незаполненные металлом полости в сечении шва. Непровары образуются при загрязнении кромок, нарушении режима сварки (снижение тока, увеличение напряжения и скорости,сварки, чрезмерное увеличение угла наклона электрода "вперед"), смещении кромок от оси стыка. Появление непровара по поверхности стыка является следствием попадания сварочной ванны на недостаточно нагретый металл кромки. При сварке в среде защитных газов непровар по кромке называют несплавлением, оно возникает при нарушении работы механизма колебания электрода, при смещении оси электрода относительно оси шва, а также при большом увеличении вылета электрода, вызывающего быстрый нагрев и расплавление электрода и недостаточный нагрев основного металла. Непровары могут снизить работоспособность соединения за счет ослабления рабочего сечения шва и, кроме того, острые непровары могут создать концентрацию напряжений в сварном соединении.

Трещины считают самым опасным дефектом сварных соединений трубопроводов. Они могут быть микро- и макроскопическими, а в зависимости от происхождения - горячими и холодными. Горячие трещины представляют хрупкое межкристаллическое разрушение. Температура, при которой образуются горячие трещины, зависят от химического состава металла шва и для углеродистых конструкционных сталей соответствует 1200 - 1350°С. Горячие трещины в зависимости от их расположения в металле шва столбчатого строения и околошовной зоне бывают продольные и поперечные. Продольные трещины обычно располагаются по оси шва в месте стыка столбчатых кристаллитов или между кристаллами. Поперечные трещины располагаются между кристаллами. Иногда наблюдаются несплошности в

металле шва, которые являются комбинацией продольных и поперечных трещин. При дуговой сварке в шве встречаются трещины как выходящие, так и не выходящие на его поверхность.

Холодные трещины представляют хрупкое разрушение металла сварного соединения. Трещины образуются при температуре 100-200°С во время охлаждения конструкции, а также в течение последующих нескольких суток после сварки. Холодные трещины возникают чаще всего в сварных соединениях среднелегированных и высоколегированных сталей перлитного и мартенситного классов, претерпевающих полную или частичную закалку. Образование холодных трещин при сварке можно рассматривать как один из случаев замедленного разрушения закаленной стали под действием остаточных сварочных напряжений. Холодные трещины могут возникать иногда в шве, чаще в зоне термического влияния. Они состоят из двух учасг ков: очага разрушения и участка развития трещины. Хрупкое разрушение в зоне очага проходит по границам зерен на длине одного или нескольких зерен. Участок развития трещины имеет протяженность во много раз большую, чем очаг разрушения, трещина проходит как по границам зерен, так и по телу зерен. Трещина во время развития сопровождается пластической деформацией окружающего металла.

Дефекты, образующиеся при электроконтактной сварке трубопроводов, отличаются от описанных. Наиболее вероятными дефектами являются смещения кромок и нарушение формы сварных соединений, оксидные включения, непровар, матовые пятна в изломе, имеющие локальное отсутствие металлических связей, и перегрев.

Смещение кромок свариваемых труб происходит при сварке труб с различными допусками на диаметр. При осадке происходит резкое искривление волокон, что может привести к расслоению металла и низкой ударной вязкости.

Оксидные включения и матовые пятна появляются в результате недостаточной скорости оплавления в конце процесса, наличия коротких замыканий или перерывов в протекании сварочного тока на этом этапе, а также отсутствия осадки под током. Матовые пятна могут появиться в результате недостаточного нагрева соединяемых торцов труб в процессе оплавления.

Непровар образуется в результате малой по сравнению с требуемым усилием осадки и недостаточного нагрева торцов труб в процессе оплавления, недостаточное усилие осадки может быть связано с проскальзыванием труб в зажимах сварочной машины.

Перегрев образуется в результате увеличения времени оплавления по сравнению с заданным. Определяют этот дефект по структуре металла в зоне термического влияния. Значительный перегрев приводит к появлению зон разупрочнения и, как следствие, к снижению механических свойств металла в околошовной зоне.

10.2. Определение механических свойав сварных соединений

Механические испытания сварных соединений из труб обычно проводят на образцах, вырезанных из отдельных участков стыка (рис. 10.1). Эти испытания требуют разрушения образцов и поэтому осуществляют выборочный контроль. Подобные испытания используют в следующих случаях: для аттестации технологий сварки перед началом производства работ при сооружении магистральных газо- и нефтепроводов, включая ремонт и специальные сварочные работы; для аттестационных испытаний сварщиков с целью определения их способности выполнять качественные сварные соединения при сооружении трубопроводов. Каждый сварщик выполняет до-пускной стык на специально подготовленных "катушках". Сварщик-оператор механизированной сварки должен выполнить весь набор операций, связанных со сваркой стыка в целом или той части шва, на которую он аттестуется.

Б В Г

Рис. 10.1. Схема вырезки образцов для механических испытаний при аттестации технологии сварки и сварщиков: А, В - трубы диаметром 500 мм и более; Б, Г - трубы диметром 1020 мм и более; 1,2,3 - образцы для испытания на растяжение, на изгиб корнем шва наружу и внутрь; 4 - образцы для испытания на ударный изгиб; 5 - образцы для испытания на изгиб на "ребро" (из каждого образца - по два темплета); 1 - образцы для испытания на излом

При аттестации по требованию заказчика производится замер твердости сварного шва 1 по Викерсу bTVlO зоны термического влияния (ЗТВ) 2 и основного металла 5 в соответствии со схемой (рис. 10.2). Линии замера располагаются на расстоянии не менее 2 мм от наружной и внутренней поверхности трубы, в каждой зоне замера должно быть не менее трех отпечатков. Максимальная твердость не должна превышать 350HV для швов без последующей термообработки и 320HV для швов после термообработки.

Рис. 10.2. Схема замера твердости сварного шва

При механизированной дуговой сварке поворотных стыков под флюсом и в защитных газах, а также электроконтактной сварке оплавлением темп-леты для изготовления образцов и макрошлифов вырезают в любом месте сварного соединения, но не ближе (для дуговой сварки) 200 мм от места окончания процесса сварки.

Макрошлифы сварных соединений, выполненных двухсторонней сваркой под флюсом, в количестве не менее трех от одного стыка подвергают травлению с целью определения соответствия размеров швов (рис. 10.3).

Механические испытания сварных соединений и металла швов проводят на образцах, вырезанных из нитки трубопровода или из пробных стыков, сваренных из коротких отрезков труб шириной не менее 250 мм в условиях, аналогичных трассовым. Из каждого стыка изготавливают от 18 до 24 образцов (табл. 10.1).

Рис. 10.3. Вид макрошлифа образца при аттестации процесса сварки и сварщиков: 1 ось наружных слоев шва; 2 - ось внутреннего слоя шва; 3 - условная ось стыка; а перекрытие наружного и внутреннего слоев шва (а>3 мм при толщине стенки 12 мм

и более и а>2 мм при толщине стенки менее 12 мм; с - смещение осей наружных и внутренних слоев шва от условной оси стыка (с = ±1 мм); Нн - глубина проплавления наружных слоев шва; Hg - глубина проплавления внутреннего слоя шва; Вв - ширина

внутреннего шва

Rz3,2 R25

"Г

Rz3,2

4- 50 .-r

односторонняя сварка

двухсторонняя сварка

Рис. 10.4. Образцы для механических испытаний сварного соединения на статистическое растяжение (о), статический изгиб корнем шва внутрь или наружу (б), на ребро (в), на изгиб (г), с надрезом на излом (5), ударный изгиб (е)

Таблица 10.1

Необходимое число образцов для механических испытаний

* Испытания на ударный загиб для швов, выполненных электроконтактной сваркой, проводят после термообработки.

** Испытания на ударный загиб по ЗТВ проводят для стыков, выполненных электродуговой сваркой.

Вырезанные образцы подвергают механической обработке для получения определенной формы размеров по ГОСТ 6996-66 (рис. 10.4).

При испытании на растяжение определяют прочность металла шва или сварного соединения, на рис. 10.4 а показаны образцы для определения временного сопротивления наиболее слабого участка в стыковом соединении. Размеры образцов в зависимости от толщины стенки приведены в табл. 10.2. Общая длина образца L = 1+ 2h, где h - длина захватной части образца, зависящая от конструкции испытательной машины.

Таблица 10.2

Размеры образцов для испытания сварного соединения на растяжение

Для испытания образцов усиление шва должно быть снято. Временное сопротивление разрыву сварного соединения определяют по формуле Ств = P/s, где Р- разрушающая нагрузка; 5 - площадь поперечного сечения рабочей части образца.

Испытание на изгиб стыкового соединения состоит в загибе образца сосредоточенной силой вокруг скругленной оправки (рис. 10.4 б). Угол изгиба определяют при образовании первой трещины в растянутой зоне. Размеры образцов приведены в табл. 10.3.