Способ сварки неповоротных стыков труб и устройство для его осуществления

1/06 БРЕТЕ ИСАНИЕ АТЕНТУ 5-27 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72) Андре Эдмон Минкиевич и НорберПуарье(Франция)(71) Компани Франсэз де Петроль иЭтюд Петрольер Марин(франция)(54) СПОСОБ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХСТЫКОВ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Е 1"ООСУЩЕСТВЛЕ 1 ИИ,(57) 1. Способ сварки неповоротныхстыков труб, при котором сваркувыполняют в несколько проходов,каждый проход осуществляют несколькими сварочными горелками, которыеперемещают вокруг стыка на подъеми сверху ниэ при наклоне сварочногорелки, причем каждый следующийпроход ыполняют в направлении, обратном предыдущему, о т л и ч а ющ. и й с я тем, что, с целью уменьшния врсмени, затрачиваемого насварку, при выполнении второго прохода ф варку ведут с тем же самымнаклоном сварочной горелки, что ипри, первом проходе.1109044 92/45 Тираж 1037 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам. изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ка д.4/5 Филиал ППП "Патент ул. ПГоектная жго Составитель Л,НазароваРедактор М.Келемеш Техред М,Тепер Корректор А.Ильин1109044 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее план- шайбу, в направляющих которой с воэможностью перемещения установлены каретки со сварочными горелками с копирными роликами, опорные ролики и средства крепления устройства на трубе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено тремя установочными роликами с силовыми приводами, закрепленными на планшайбе, и установленными с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных направлениях.3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждая каретка снабжена тремя парами роликов, которые установлены с.возможностью перемещения в направляющих планшайбы, выполненных в виде двух 1Изобретение относится к сварке,в частности к способам сварки неповоротных стыков труб, преимущественно имеющих снятую фаску, и можетбыть использовано для изготовлениямагистральных трубопроводов, предназ.наченных, в частности, для размещения под водой.Известен способ сварки неповорот.ных стыков труб, при котором сварку 10выполняют в несколько проходов,каждый проход осуществляют несколькими сварочными горелками, которыеперемещают вокруг стыка на подъемили сверху вниз при наклоне сварочных 15горелок, причем каждый следующийпроход выполняют в направлении,обратном предыдущему 11.Способ осуществляют устройствомдля сварки неповоротных стыков труб,содержащим планшайбу, в направляющихкоторой с возможностью перемещенияустановлены каретки со сварочнымигорелками с копирными роликами,опорные ролики и средства крепления 2устройства на трубеНедостатком известного способаявляются большие потери времени навыполнение сварки, связанные спереналадкой оборудования при выполнении каждого следующего прохода. дорожек, одна иэ которых выполненана большем, а другая - на меньшемрадиусе планшайбы, причем две парыроликов размещены на дорожке большего диаметра, а третья пара - надорожке меньшего диаметра, кареткиснабжены шарнирно уетановлеинымина них с возможностью поворота вв двух взаимно перпендикулярныхнаправлениях кронштейнами, на которых размещены сварочные горелки скопирными роликами,4. Устройство по пп.2 и З,о т л и"ч а ю щ е е с я тем, что снабженогоризонтальной балкой с роликамии домкратами, при этом ролики установлены на ней с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярнойгоризонтальной балке, посредствомдомкратов,2Цель изобретения - уменьшение времени, затрачиваемого на сварку.Для достижения поставленной цели . согласно способу сварки неповоротных стыков труб, при котором сварку выполняют в несколько проходов, каждый проход осуществляют несколькими сварочными горелками, которые перемещают вокруг стыка на подъем и сверху вниз при наклоне сварочной горелки, причем каждый следующий проход выполняют в направлении, обратном предыдущему, при выполнении второго прохода сварку ведут с тем же самым наклоном сварочной горелки, что и при первом проходе.Кроме того, устройство для сварки неповоротных стыков труб, содержащее планшайбу, в направляющих которой с воэможностью перемещения установлены каретки со сварочными горелками с копириыми роликами, опорные ролики и средства крепления устройства на трубах, снабжено тремя установочными роликами с силовыми приводами, закрепленными на планшайбе, и установленными с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных направлениях.Каждая каретка снабжена тремя парами роликов, которые установлены55 3 1109 с возможностью перемещения в направ-, ляющих планшайбы, выполненных в виде двух дорожек, одна из которых выполнена на большем, а другая - на меньшем радиусе планшайбы, причем две пары роликов размещены на дорожке большего диаметра, а третья парана дорожке .меньшего диаметра, каретки снабжены шарнирно установленными на них с возможностью поворота в двух О взаимно перпендикулярных направлениях кронштейнами, на которых размещены сварочные горелки с копирными роликами.Устройство снабжено также горизонтальной балкой с роликами и домкратами, нри этом ролики установлены на ней с воэможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной горизонтальной балке, посредством домкратов. 20На фиг. 1 представлено устройство для осуществления способа, общий вид; на фиг. 2-устройство со средствами крепления устройства на трубах, вид сбоку; на Фиг,З - устройство, вид25 сзади; на Фиг. 4 в , средства крепле; " ния устройства на трубах; на Фиг. 5 ,и 6 - установочные ролики в различые моменты их работы; на Фиг, 7 Форма разделки кромок под сварку трубс толщиной стенки менее 12 мм; на фиг. 8 - то же,что и на фиг. 7, для толщин более 12 мм; на фиг. 9 разделка со смещением кромок; на фиг, О - сварка стыка труб на подкладке; на фиг, 1 - схема осуществления способа при начале сварки снизу вверх; на Фиг. 12 - то же, сверху вниз; на фиг. 13 - каретка с тремя парами роликов; на фиг.,14 сечение А"А на фиг. 13; на Фиг. 15 - 40 узел 1 на фиг. 1; на фиг. 16 - крепление копирного ролика на кронштейне; на фиг. 17 - то же, вид сбоку; на фиг. 18 в . крепление устройства на горизонтальной балке; на фиг, 19 - 45 схема осуществления сварки.Устройство содержит планшайбу 1, имеющую опорные средства для опирания на свариваемые трубы 2 и 3. Опорные средства выполнены в виде опорных 50 роликов 4 и 5, которые .опираются на трубу 2 и размещены сзади планшайбы фиг. 41 и опорного ролика 6, остающегося на трубе 3, Ролик б,фиг. 4) установлен на компенсационный рычаг 7, закрепленный на планшайбе 1, и снабжен гидравлическим устройством для перемещения в виде силово. 044 4го цилиндра 8, Ролик б установленна оси 9, которая перпендикулярнаплоскости планшайбы 1 и.может приводиться в движение вручную или,если требуется, каким-либо пригоднымприводным средством.Устройство содержит также установочные.ролики 1 О, 11 и 12 с силовыми приводами, которые установленыс возможностью поворота в двухвзаимно перепендикулярных плоскостях.Каждый ролик закреплен на кронштейне 13 и может вращаться вокруг оси14, кронштейн 13 имеет возможностьповорота относительно осей 15 и 16.Силовой привод каждого из установочных роликов состоит из силовых цилиндров 17 и 18,УСтройство содержит средствакрепления его на трубах в виде зажимающих силовых цилиндров 19 и 20,связанных с зажимающими рычагами21 и 22 с резиновыми прокладкамина башмаках 23 и 24,Как видно из Фиг, 1, сварочныегорелки 25 - 28 расположены на двухкаретках 29 и 30, причем горелки25 .и 26 расположены вблизи от концовкаретки 29, в то время как горелки27 и 28 расположены вблизи от концовкаретки 30. Согласно фиг. 13 и 14каретки 29 и 30 имеют три несущихприспособления, каждое из которыхсодержит три пары роликов 31 и 32,ролики 31 перемещаются по направляющим 33 планшайбы 1, в то времякак ролики 32 перемещаются по направляющим 34, при этом каждаянаправляющая 34 и 33 имеет одну иту же плоскость симметрии. Каретки29 и 30 приводятся в движение соответственно двигателями 35,36 фиг.3),.которые соединены с соответствующимиредукторами, звездочки(не показаны)и цепи 37 которых приводят вдвижение .зубчатые колеса 38, которыезацепляются с зубчатыми рейками 39,жестко крепящимися к кареткам 29 иЗОДля уменьшения зазоров ролики31 и 32 могут быть установлены насмепаемом пружиной рычаге. Ролики31 и 32 каждого несущего приспособления расположены так, .что образуюттреугольную конструкцию, приспособленную для опирания на концы планшайбы 1 фиг. 13).Сварочные горелки 25 - 28 фиг.11имеют соответствующие приводящиерычаги 40, приводимые в .движение20 посредством силовых цилиндров 41. На фиг. 1 видны катушки 42 с наплавляемым материалом для сварочных горелок. Сварочные горелки снабжены копирными роликами 43 и установлены 5 на кронштейнах в виде рычагов 40, установленных шарнирно с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Копирный ролик)о имеет возможность поворота вокруг осей 44 и 45.Ролик 43(фиг. 1 6 и 1.7) вращается вокруг оси 46 в вилке 47, поворачиваемой вокруг радиальной оси 44, которая перпендикулярна оси 46 и 15 образует средства для автоматической ориентации ролика 43 так, чтобы его плоскость симметрии перемещалась в центральную плоскость 48 разделки кромок и он опирался на крвмки. Ролик 43 изготовлен из твердой стали, имеет такую Форму, что точно перемещается по разделке даже в; том случае, если опорные кромки ролика 43 близки к наружной поверх ности трубы. Кромки ролика 43 выполнены под углом 45 и наклонены так, что их биссектрисы наклонены в точках контакта с кромками под углом 45 к центральной плоскости 3 о 48. Это уменьшает опасность столкно" вения ролика с выступами сварного шва на разделение. Кроме того, Ч -образное углубление с углом 135 в центре кромок ролика 43 препятствует любому 1 контакту с очень близким или случайно чрезмерно выпуклым сварочным швом, или швом, который может, иметь рельефные выступы.Во избежение скопления грата 4 О от сварного шва на ролике 43 вилка . 41, которая также изготовлена из твердой стали, контролирует боковую поверхность ролика вблизи с очень малым зазором. Нож 49, обрезанный 45 под углом 135 и жестко прикрепленный к вилке 47, проходит. в Ч -образную канавку ролика для предотвращения от прилипания сюда грата сварочного шва. Планшайба 1 размещена на балке 50(фиг. 18)и установлена так, что ее ось параллельна оси 51 труб 2 и 3,и, кроме того, расположена в вертикальной плоскости. В заднейчасти балки 50 имеется сдвоенный5 кронштейн 52, изготовленный из листовой стали, трубы которого служат для удержания и придания жесткости планшайбе, Балка имеет ролики 53 с домкратами 54 для их перемещения.Перед сваркой кромки трубы обрабатывают под сварку, выполняют разделку в зависимости от толщины свариваемых труб. Для труб толщиной менее 12 мм удовлетворительнои является разделка 55(фиг. 7), кромки сходятся под углом 45 фили менее. Для труб толщиной 12 мм основание разделки 55;фиг. 8)может быть наклонено под углом 25 к плоскости схождения 48, верхняя часть 56 которой может быть наклонена под углом 5. Можно также сваривать трубы со смещением порядка 2 или 3 мм(фиг.9), при этом расстояние между трубами преимущественно равно нулю, но может составлять порядка 1 или дажемм, что возможно, если одна из труб была разрезана не совсем прямолинейно или если конец трубы не плоский.Сварка с разделкой кромок такого рода дает воэможность обеспечить отсутствие дефектов всех трудностей, связанных с проваром и режимом сварочной ванны. Кроме того, отсустствие зазора уменьшает вес наплавляемого металла, Трубы собирают на подкладном устройстве, состоящем иэ медной подкладки 57 и прижима 58, между которыми размещен изолятор 59, в подкладке выполнены каналы 60 для,охлаждающего и защитного газа, подаваемого через отверстие 61,Затем осуществляют сварку следую" щим образом(фиг. 11).Первый проход 62 выполняют при подьеме сварочных горелок 25 - 28, причем каждая из них имеет наклон 1о приблизительно между 5 и 30 к нормали 63, к месту сварки перед этой нормалью, проходящей .через централь-. ную ось трубы, так чтобы выполнять сварку слева, эа первым проходом следует второй проход 64 при опускании без изменения положения сварочных горелок, так чтобы выполнить сварку справа. Второй проход 64 может выполняться в присутствии СОр или аргона. Сварку можно также начинать .при движении горелок сверху вниз(Фиг, 12 ). Первый проход 65 выполняют при опускании с наклономоси сварочных горелок порядка 5 - 1 О ка нормали 63, а второй проход 661109044 8 Дая осуществления. сварки используют предлагаемое устройство, которое устанавливают на трубу посредством роликов 4 " 6 и установочных роликов 10 " )2. Обычно достаточно заставить устройство опираться на три ролика 4 - 6 для того, чтобы переместить ролики 10 и )1 в плоскость схождения труб, потому что упругость конструкции силового цилин" дра 8, который толкает ролик 6 на трубу, достаточна для поворота устройства вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока ролики 10 11 не войдут в разделку, при таком зацеплении устройство закрепляется в этом положении. Силовые цилиндры 17 могут быть приведены в действие под полным давлением и точно устанавливать планшайбу 1 относительно плоскости схождения труб, и, кроме того, шток, приводящий в действие ролик 6, может быть закреплен на соответствующем уровне посредством прекращения подачи свободного потока масла к цилиндру 8. Эта мера может быть дополнена каким-либо другим механическим закреплением. Кроме того, так как ролик Ь может свободно перемещаться на верхней части представляет собой проход при подъеме с тем же самым наклоном осисварочных горелок и производитсварку справа, Первая сварка слева( независимо от хода на подъем илина опускание 1 имеет основное преимущество, которое заключается вусилении предварительного нагреваметалла там, где оседает сварочныйшов,и в повышении скорости затверде 1вания сварочной ванны. Эти результаты даже более заметны в том случае,когда первый проход: представляетсобой проход на подъем, такой какпроход 62. Это способствует приспосабливанию какого-либо требуемогоустройства для защитного газа и,в частности, дает возможность использовать чистый СО . Провар присварке широк и глубок, причем уоснования любого вида разделок сзазором или без него между концамитруб имеет место полное расплавление. Поэтому удовлетворительныйсварной шов может быть выполнен автоматическим без какой-либо необходимости изменения угла наклона сварочных средств. трубы, его ось 9 может быть закреплена механическим тормозом 67.Как только ось сварочных горелокточно установлена в плоскости схож 5 дения труб, определяемой зацеплением роликов 10 - 12 с канавкой,ограниченной разделкой 55, устройство блокируют посредством зажимающих силовых цилиндров 19 и 20О ( фиг, 31, которые расположены назадней части планшайбы 1. Давления,создаваемые двумя цилиндрами 19 и20, уравновешены так, чтобы избежать какого-либо захватывающего 15 действия и удерживания устройствасовершенно неподвижным после того,как ролики 10 " 12 возвращают внерабочее положение, При сварке трубдля обеспечения точного слежения 20 по стыку 68 в работу устройствавключают копирный ролик 43, приэтом сварочные горелки удерживаютсяв центральной плоскости разделки,несмотря на .отклонения их формы.25;Следовательно,как только радиальныйнаклон 1 сварочных горелок относительно нормали 63 определен, допустимая глубина Е канавки, расстояниемежду наконечником сварочныхгорелок и наружной поверхностьютрубы и расстояние Гот наконечникадо образуемого сварочного шва Ь 9известны, при этом длина расплавляющейся проволоки, выходящей из наконечника, будет сохраняться постоянной. Такой сварочный процесс улучшает качество сварки, нагрев посредством сварочных горелок происходитболее правильно, соразмерно со всемиизменениями расстояний, качество сварки сохраняется постоянным. Ширинаролика 45 определяется таким образом,чтобы ролик либо перемещался припервых двух ходах по пути, находящемуся на половине толщины трубы, либотак, чтобы он при заключительныхпроходах перемещался очень близко кнаружной поверхности трубы.Очевидно, что любое смещение кро 50мок вызывает автоматическую корректировку условий сварки посредствомперемещения оси 70 сварочных горелок,при этом сварочные горелки перемещаются по направлению к разделкенижней трубы, так что проваривание5лучше, а поэтому лучше и расплавление.Преимуществопредлагаемого способазаключается в том, что обеспечиваетсявозможность использования доступныхсварочных средств, так как их качество и дефекты не оказывают какоголибо действия на качество, обеспечиваемое автоматическим направлением,выполняемым Копирным роликом при наплавке и конечных проходах, при котоРых расплавленный металл растекаетсяи две боковые поверхности разделки 5 расплавляются на ту же самую величину,