Винахід відноситься до способу дугового зварювання намагнічених об'єктів при ремонтно-відновлювальних роботах і може бути використано для зварних намагнічених стиків магістральних трубопроводів. Спосіб включає видалення дефектної зони, установку зварних стиків, концентрацію магнітного поля в локальній зоні, протидії залишковим магнітному полю, зварювання стиків. На область зварювання об'єктів впливають магнітним полем по нормалі до шву і осі дуги одночасно зі зварюванням. При цьому змінне магнітне поле створюють за рахунок накладається котушки, яку покривають азбестового стрічкою і живиться з частотою 50 Гц. Крім цього амплітуда змінного магнітного поля у поверхні зварювання об'єкта становить 80-100% від залишкової намагніченості в зазорі. Винахід дозволяє забезпечити спрощення технологічного процесу і стабільну якість зварних з'єднань для намагнічених об'єктів без їх розмагнічування. 1 з.п. ф-ли, 3 мул.
Малюнки до патенту України 2344909
Винахід відноситься до області електричної стикового зварювання і може бути використано для зварних намагнічених стиків магістральних трубопроводів.
Для оцінки технічного стану лінійної частини магістральних трубопроводів і виявлення дефектних ділянок широко застосовуються внутрішньотрубної магнітні дефектоскопи, до складу яких входять рідкоземельні постійні магніти з високою питомою енергією магнітного поля, що призводить до утворення в тілі труби сильної залишкової намагніченості.
При проведенні ремонтно-відновлювальних зварювальних робіт, на виявлення в процесі контролю аварійно небезпечні ділянки, залишкове магнітне поле трубопроводу, впливаючи на зварювальну дугу, порушує стабільність її горіння і формування зварного шва. Зазначений комплекс явищ отримав назву - ефект "магнітного дуття".
Значення індукції були виміряні в процесі ремонтних робіт на трубопроводах діаметром 1220, 1020, 720 і 530 мм, більша частина яких пройшла діагностику магнітними дефектоскопами. Після видалення дефектних ділянок індукція на вільних кінцях трубопроводів, які пройшли магнітну дефектоскопію, становила 15-25 мТл. Після стикування під зварювання бездефектних вставок (котушок) індукція в обробленні збільшувалася в 3-5 разів і сягала рівня 50-120 мТл. Індукція на вільних кінцях трубопроводів, хто не пройшов дефектоскопію, становила 2-8 мТл, була розподілена по окружності труби вкрай нерівномірно, а після стикування з котушкою збільшувалася до рівня 8-20 мТл з таким же нерівномірним розподілом.
В результаті контрольної зварювання трубних з'єднань встановлено, що рівень індукції в обробленні повинен бути не більше 8-10 мТл. Наявність магнітного поля з рівнем індукції до 8 мТл зварювальник взагалі не відзначає, в діапазоні індукції 8-10 мТл зварювальник відзначає зростаючу хвилювання металу в зварювальній ванні, при індукції вище 10 мТл починається розбризкування металу із зони зварювання, а при індукції вище 30 мТл зварювання практично неможлива.
За результатами хронометражу 10-ти різних випадків розмагнічування тривалість процесу склала в середньому близько 20 хв: до 10 хв - монтаж обмотки, до 2 хв - розмагнічування та контроль рівня магнітного поля, до 8 хв - демонтаж обмотки. Монтаж і демонтаж обмотки ведуть два зварника, приєднання кабелів живлення до зварювального агрегату і пересувної електростанції - обслуговуючий їх персонал, розмагнічування і контроль - один з зварників.
При дугового зварювання змінним струмом підвищеної частоти в умовах дії виробничих магнітних полів зміну полярності струму (RU 2245231. В23К 9/09) здійснюють залежно від величини впливу, що обурює зовнішнього магнітного поля в момент досягнення критичного відхилення дуги від співвісного з електродом положення, який визначають шляхом порівняння напруги на дузі з опорною напругою в інтервалі періоду протікання струму відповідної полярності. Недоліком даного способу зварювання є складність технологічного процесу.
Як прототип прийнятий спосіб зварювання намагнічених трубопроводів при ремонтно-відновлювальних роботах (RU 2237562. В23К 31/02), що включає видалення дефектної зони, установки на його місце, рівного йому по величині бездефектного ділянки, демагнітізацію зварних стиків шляхом перемагнічування торцевої зони стику і обварка стиків, перемагничивание матеріалу торцевої зони стику здійснюють перед установкою бездефектного ділянки і зварюванням до виключення в матеріалі ефекту "магнітного дуття", шляхом концентрації магнітного поля в локальній зон торцевого зрізу трубопроводу до величини, рівної дійсної величиною залишкового магнітного поля трубопроводу, і по його значенню створюють в матеріалі торцевої зони залишкове магнітне поле, яке протидіє згаданого магнітного поля трубопроводу, після чого в стик вводять бездефектний ділянку. Недоліком даного способу зварювання є складність технологічного процесу і підвищена витрата електроенергії на демагнітізацію зварних стиків.
Завданням винаходу є розробка способу зварювання, що забезпечує спрощення технологічного процесу і стабільну якість зварних з'єднань для намагнічених об'єктів без їх розмагнічування.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі зварювання намагнічених об'єктів без розмагнічування, що включає видалення дефектної зони, установку зварних стиків, концентрацію магнітного поля в локальній зоні, протидії залишковим магнітному полю, обварка стиків, на область зварювання об'єктів впливають магнітним полем по нормалі до шву і осі дуги одночасно зі зварюванням. При цьому змінне магнітне поле створюють за рахунок накладається котушки, яку покривають азбестового стрічкою і живиться з частотою 50 Гц. Крім цього амплітуда змінного магнітного поля у поверхні зварювання об'єкта становить 80-100% від залишкової намагніченості в зазорі.
Сутність заявляється способу пояснюється кресленнями: на фіг.1 - схема зварювання трубопроводів; на фіг.2 - схема зварювання пластин і фіг.3 - зразок зварювального шва при індукції магнітного поля в зазорі між пластинами 50 мТл (вид з двох сторін).
Спосіб зварювання намагніченого трубопроводу полягає в тому, що на торцях феромагнітних труб 1 (фіг.1) видаляють дефектні зони, встановлюють їх співвісно і з зазором 2. 3 мм. На область зварювання накладають і прихоплюють котушку 2, яка покрита азбестового стрічкою і запитана від трансформатора 3. Встановлюють амплітуду змінного магнітного поля 80. 100% від залишкової намагніченості зазору, виміряної за допомогою Тесламетр. Вводять в стик електрод 4 і виробляють зварювання від апарату 5
Для реалізації процесу зварювання намагнічених виробів була зібрана магнітна система по фіг.2, в якій на ярмо 1 встановлені постійні магніти 2 з полюсними наконечниками 3, на які були покладені пластини 4 зі сталі Ст20 розмірами 170 × 140 × 10 мм з обробленими під зварювання торцями . Зазор між пластинами встановився рівним діаметру зварювального дроту 5. Магнітне поле в зазорі між пластинами становило 45-50 мТл.
Для проведення зварювання на стик пластин 4 накладалася котушка мідного гнучкого проводу 6, що складається з 210 витків, на які подавалося через трансформатор 7 напругу від мережі 220 В, 50 Гц. Для захисту дроти від температурного впливу котушка обмотана азбестового стрічкою. Сварка проводилася від апарату постійного струму 8 типу УДТУ - 251 зварювальним електродом 5 типу LB52U діаметром 4. 5 мм при струмі зварювання 160 А. зварювання проводилася при напрузі 60 В на котушці 6, при цьому амплітуда магнітного поля по осі котушки 6 у поверхні зварювальних пластин 4 становила 35 мТл.
Створюване котушкою 6 змінне магнітне поле виробляє перенамагнічіваніе металу в напрямку осі котушки 6 (якщо магнітне поле і струм паралельні, то вони не взаємодіють), а з іншого боку під дією сили Лоренца (дія магнітного поля на рухомий під кутом до поля заряд) стягує плазму дуги в шнур. Обидва ці чинники разом узяті забезпечують можливість зварювання при наявності магнітного поля в зазорі між зварюються деталями.
Перетин дроту котушки 6, кількість витків і ток повинні бути такими, щоб амплітуда індукції магнітного поля у поверхні деталей, що зварюються була порівнянна з магнітним полем в зазорі деталей, що зварюються (80. 100%).
Котушка 6 накладається на зону зварювання і, при необхідності, утримується рукою або закріплюється будь-яким способом (наприклад, за допомогою дротяних розтяжок, постійних магнітів), потім в межах вікна котушки 6 проводиться зварювання. Залежно від розмірів котушки 6 можна провести зварювання по довжині до 0,5 м без його перестановки.
Час перевстановлення котушки 6 не більше 20 сек.
Відомо, що відхилення дуги викликано накладенням зовнішнього поперечного магнітного поля на власне круговий поле дуги в контурі. У тій частині контуру, де силові лінії збігаються, створюється надлишковий тиск і дуга відхиляється в бік ослаблення поля, де силові лінії спрямовані назустріч один одному. Оскільки для харчування дуги використовують змінний струм, то результуюча електромагнітна сила, що діє на дугу, знакозмінна і дуга робить коливання в обидва боки від положення рівноваги з частотою змінного струму.
Проведені випробування (див. Фіг.3) показали, що розроблена технологія забезпечує швидку, точну зварювання, економічна, проста і може бути рекомендована для промислового застосування, при проведенні ремонту трубопроводів, що володіють залишкової намагніченістю. Результати оцінки стану металу зварного і з'єднання за критеріями фрактографіі (характер зламу) і микроанализ ділянок шва по довжині і по перетину (корінь, межа спікання, зона слабини, пора і інші показники зварювальних властивостей на вимогу таблиці 12 РД 03-614-03) свідчать про хороший стан з'єднання за запропонованим способом.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб дугового зварювання намагнічених об'єктів при ремонтно-відновлювальних роботах, що включає видалення дефектної зони, установку з зазором зварного стику, створення змінного магнітного поля в локальній зоні стику зварювання, протидіє залишковим магнітному полю намагнічених об'єктів, і зварювання стику, що відрізняється тим, що дугову зварювання здійснюють без розмагнічування для чого створюють магнітне поле по нормалі до шву і осі дуги одночасно зі зварюванням, при цьому встановлюють амплітуда змінного магнітного поля у повер хности зварювання об'єкта 80-100% від залишкової намагніченості в зазорі стику.
2. Спосіб дугового зварювання по п.1, що відрізняється тим, що для створення змінного магнітного поля на область зварювання накладають котушку, покриту азбестового стрічкою, і подають на неї напругу з частотою 50 Гц.