Сварка при низких температурах

В России широко развиты отрасли нефте- и газодобычи, но так как большинство месторождений сырья находится в северных широтах, то возникает необходимость проведения сборочных и сварочных работ при температуре окружающего воздуха и начальной температуре свариваемого металла до -600 С.

С понижением температуры прочностные характеристики стали растут, а вязкость и пластичность уменьшаются. Поэтому при выборе стали для работы в этих условиях определяющими показателями являются: прочность при максимальной температуре эксплуатации (20-250С); вязкость и пластичность — при минимальной температуре. По хладостойкости металлические материалы, используемые при низких температурах, условно могут быть разбиты на четыре основные группы:

1. Металлы и сплавы, механические свойства которых позволяют использовать их до -600С. Их используют для изготовления изделий «северного» исполнения. К этой группе относятся качественные углеродистые и низколегированные стали ферритного и перлитного классов с ОЦК решеткой.

2. Ко второй группе относятся сплавы, сохраняющие вязкость и пластичность при охлаждении до -1000С. Это стали с 0,2-0,3 % углерода, дополнительно легированные никелем, хромом, титаном, молибденом. К этой группе относятся, например, низкоуглеродистые ферритные стали с 2-5% никеля, используемые при температурах от -600С до -1200С.

3. К третьей группе относятся сплавы, способные без ухудшения свойств выдерживать температуры до -1960С. Сюда относятся стали типа 12Х18Н10Т, 0Н9А, большинство сплавов на основе алюминия, титана, меди.

4. К четвертой группе относятся сплавы, используемые для работы ниже -1960С. К этой группе принадлежат материалы, используемые в космической технике, производстве и потреблении водорода, экспериментальной физике. Для работы при таких температурах пригодны лишь высоколегированные коррозионностойкие стали типа 10Х11Н23Т3МР, 03Х20Н16АГ6, некоторые бронзы, никелевые, алюминиевые сплавы, легированные магнием, и сплавы титана.

Для обеспечения требуемых параметров механических свойств сварных соединений рекомендуются следующие марки электродов:

при работе конструкций при температурах от -400С до -700С: ОЗС-25, ОЗС-29, ОЗС-24М, ВП-4, ВП-6, АНО-23, АНО-25, АНО-26, АНО-27, АНО-30;

в условиях эксплуатации конструкций при температурах до -1960С: ОЗЛ-44, ОЗЛ-25Б, ЦТ-10, НИАТ-5, АНВ-20 (до -2690С), АНВ-24.

Хранить сварочные материалы вне рабочего места необходимо в сухом отапливаемом помещении при температуре не ниже 150 С. К рабочему месту покрытые электроды и флюс подают непосредственно перед сваркой в плотно закрывающейся таре. Сварочную проволоку сразу же устанавливают на аппарат.

При проектировании конструкций необходимо избегать резкого изменения сечения сопрягаемых элементов и сосредоточения большого числа швов в одном месте. Это может привести к значительной концентрации напряжений и повысить вероятность хрупкого разрушения в процессе изготовления конструкции при низких температурах. Особое внимание следует обращать на доступность швов, правильный выбор режимов сварки и типа подготовки кромок. Стыковые швы, как правило, должны быть двусторонними. При односторонних стыковых швах необходимо обеспечить возможность полного провара кромок.

Сварочное оборудование должно быть специально приспособлено для работы при низких температурах. Механизмы смазывают специальными маслами. Следует применять источники питания постоянного тока.

Непосредственно перед сборкой металл в месте наложения шва очищают любым способом от ржавчины, льда, масла и других загрязнений. Прихватки, если они необходимы, выполняет квалифицированный сварщик. Желательна замена прихваток сплошным слоем малого сечения, перевариваемым в процессе выполнения шва (отсутствуют перепады температур).

Кантовать и транспортировать собранную под сварку конструкцию не рекомендуется. В случае крайней необходимости эти операции следует выполнять при закреплении деталей, исключающих их изгиб и нарушение взаиморасположения. Поступающие на монтаж элементы должны быть полностью сварены, проконтролированы и исправлены.

Сварку при низких температурах можно проводить только при отсутствии сильного ветра, снегопада и тумана или при наличии условий, предохраняющих рабочего, аппаратуру и место сварки от их влияния. Для конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей последовательность операций должна обеспечивать сварку швов с минимальным закреплением. В первую очередь сваривают швы, дающие максимальную усадку (например, поперечные стыковые швы). Начало и конец шва следует, как правило, выводить на специальные планки.

Сохраняются режимы, применяемые для сварки аналогичных соединений при нормальных температурах. При выполнении участка замыкания круговых швов всех типов и первых двух слоев при сварке многослойных швов (на всем их протяжении) необходим предварительный и сопутствующий подогрев основного металла до температуры 180-2000 С. При дуговой сварке многослойных швов на металле толщиной более 60 мм подогревать рекомендуется все слои для повышения стойкости против образования кристаллизационных трещин.

Расчистку корня шва (если она предусмотрена технологическим процессом), осуществляют выплавкой или шлифованием. Удалять металл зубилом можно только после подогрева до температуры 100-1200 С. Цель подогрева — повышение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние.

Швы малого сечения на металле толщиной более 18 мм рекомендуется сваривать с подогревом до температуры 220-2400С для повышения пластичности металла шва. Двусторонние швы рекомендуется сваривать одновременно с двух сторон.

Дефектные участки шва следует заваривать только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 180-2000 С. Желательно применять те же режимы и способы сварки, которыми выполняли ремонтируемый шов. При заварке дефектных участков вручную предпочтение заслуживают электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

При транспортировке элементов, имеющих гибкие узлы, необходимо применять приспособления, обеспечивающие жесткое закрепление их на время транспортировки и установки. Нельзя проводить правку конструкций в холодном состоянии. В случае необходимости правку выполняют только после подогрева металла. При низкой температуре не следует проводить вальцовку, калибровку и штамповку элементов со сварными соединениями.