sudare manson

16
Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin Elaborarea tehnologiei de sudare a unui manson de otel pe o conducta de transport gaze natural Elaborarea tehnologiei de sudare în general, presupune stabilirea condiţiilor în care are loc execuţia îmbinării sudate pornind de la pregătirea pentru sudare, alegerea materialelor de adaos, stabilirea parametrilor tehnologici de sudare, stabilirea prelucrărilor post sudare, alegerea echipamentelor de sudare şi a dispozitivărilor, etc. Stabilirea tehnologiei de sudare este specifică fiecărui procedeu în parte. Elaborarea unei tehnologii de sudare urmăreşte în general două aspecte importante şi anume aspectul calitativ, asigurarea calităţii impuse îmbinării sudate la cel mai înalt grad, respectiv aspectul economic, preţul de cost cât mai redus. Aceasta presupune cunoaşterea în primul rând a comportării la sudare a metalului de bază, cunoaşterea performanţelor procedeului de sudare utilizat, a parametrilor tehnologici de sudare şi a recomandărilor tehnologice specifice, cunoaşterea performanţelor echipamentelor de sudare şi exploatarea acestora. Se cere să se efectueze elaborarea tehnologiei de sudare a unui manson de otel pe tubulatura unei conducte magistrale de transport gaze naturale cu următoarele caracteristici: Diametrul exterior: DN= 800; Grosimea de perete a conductei: t = 12,7 mm; Presiunea de utilizare : p=60 bar; Grosime perete manson: t m =16 mm ; Lungime manson: L m =1200 mm ; Oţel X60N; Ploiești, 2012 pag. 1

Upload: laurentiu-tanase

Post on 07-Dec-2014

171 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Sudare Manson

TRANSCRIPT

Page 1: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Elaborarea tehnologiei de sudare a unui manson de otel pe o conducta de transport gaze natural

Elaborarea tehnologiei de sudare în general, presupune stabilirea condiţiilor în care are loc execuţia îmbinării sudate pornind de la pregătirea pentru sudare, alegerea materialelor de adaos, stabilirea parametrilor tehnologici de sudare, stabilirea prelucrărilor post sudare, alegerea echipamentelor de sudare şi a dispozitivărilor, etc. Stabilirea tehnologiei de sudare este specifică fiecărui procedeu în parte. Elaborarea unei tehnologii de sudare urmăreşte în general două aspecte importante şi anume aspectul calitativ, asigurarea calităţii impuse îmbinării sudate la cel mai înalt grad, respectiv aspectul economic, preţul de cost cât mai redus. Aceasta presupune cunoaşterea în primul rând a comportării la sudare a metalului de bază, cunoaşterea performanţelor procedeului de sudare utilizat, a parametrilor tehnologici de sudare şi a recomandărilor tehnologice specifice, cunoaşterea performanţelor echipamentelor de sudare şi exploatarea acestora.

Se cere să se efectueze elaborarea tehnologiei de sudare a unui manson de otel pe tubulatura unei conducte magistrale de transport gaze naturale cu următoarele caracteristici:

Diametrul exterior: DN=800;

Grosimea de perete a conductei: t = 12,7 mm;

Presiunea de utilizare : p=60 bar;

Grosime perete manson: tm=16 mm;

Lungime manson: Lm=1200 mm;

Oţel X60N;

Se cere:

- Tehnologia de realizare a mansonului;

- Parametrii de sudare (procedura);

- Consum de electrozi.

La sudarea conductelor din tevi de otel precum si la sudarea mansoanelor pentru a

reusi realizarea unei suduri de calitate trebuie avuta in vedere alegerea unor materiale de

sudare (electrozi) in concordanta cu tipul otelului din care este fabricata atat teava cat si

mansonul.

In functie de tipul materialelor si al otelului, atat a tevii dar si a mansonului, se vor

alege si parametrii de sudare (viteza de avans a electrodului, intensitatea curentului, tensiunea

arcului electric).

Ploiești, 2012 pag. 1

Page 2: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Materialul din care este fabricata conducta precum si al mansonului este X60N –

L415N (conform EN 10208 – 1:1999 Tevi petroliere).

Tabelul 1: Compozitia chimica a materialului:

C Si Mn P S V Nb Ti

0,24 0,45 1,40 0,025 0,015 0,1 0,05 0,04

Tabelul 2: Caracteristicile mecanice ale materialelor:

Limita de curgere Limita de rupere Alungire Stare livrareRt 0,5=415 MPa Rm=520 MP 20% Normalizat

Tehnologia de realizare a mansonului

Procesul tehnologic de reparare a tubulaturii unei conducte prin aplicarea unui manşon de strângere tip B cuprinde următoarea succesiune de operaţii:

Verificarea calităţii componentelor semicilindrice ale manşonului (confecţionate din semifabricate de tip tablă, platbandă sau ţeavă, prin aplicarea soluţiilor tehnologice) şi marcarea poziţiei acestora pe tubulatură.

Fig.1. Definirea formei şi dimensiunilor tablei sau platbandei semifabricat din care se realizează prin curbare o componentă semicilindrică pentru un element de adaos utilizat la repararea conductelor

Ploiești, 2012 pag. 2

Page 3: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Fig.2. Configuraţia marginilor elementelor

semicilindrice care alcătuiesc manşoanele sau

învelişurile cu care se remediază defectele de pe tubulaturile conductelor

Poziţionarea corectă şi montarea manşonului în vederea sudării se face cu ajutorul unui dispozitiv de tip jug, prezentat în figura 3. Pentru lungimea manşonului prezentat în figura 2, este necesară folosirea a mai mult de două astfel de dispozitive (juguri). Jugul se îndepărtează de pe manşon imediat ce a fost executat al II-lea cordon de sudură. Imaginea din figura 4.8 este prezentată având un caracter informativ, nefiind vorba despre un dispozitiv de tip jug, aici fiind prezentat un tip mult mai complicat.

Ploiești, 2012 pag. 3

Page 4: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Fig.3. Clemă tip jug pentru montaj-sudare elemente manşon

Fig .4. Aplicarea unui manşon de strângere tip B pe tubulatura unei conducte cu defecte

Realizarea îmbinărilor sudate longitudinale (ISL) între componentele semicilindrice ale manşonului, cu respectarea tuturor prescripţiilor privind realizarea îmbinărilor sudate; prescripţiile tehnologice privind sudarea se adoptă în funcţie de soluţia aleasă pentru realizarea îmbinărilor sudate longitudinale între componentele semicilindrice ale manşonului.

Sudarea manşonului pe tubulatură prin realizarea îmbinărilor sudate circulare (ISC) dintre manşon şi tubulatură, cu respectarea tuturor prescripţiilor privind realizarea îmbinărilor sudate; prescripţiile tehnologice privind sudarea se adoptă în funcţie de condiţiile în care se execută lucrările de mentenanţă (cu sau fără scoaterea din exploatare a conductei).

Verificarea calităţii îmbinărilor sudate şi remedierea eventualelor imperfecţiuni sau defecte ale acestora.

Procesul tehnologic tipizat pentru fabricarea componentelor manşoanelor pentru repararea conductelor

Prin tipizarea proceselor tehnologice trebuie înţeles generalizarea unor soluţii tehnologice la cât mai multe piese, putând fi efectuată la nivel intern (de întreprindere, concern, ramură industrială etc.) o normalizare a tehnologiilor.

Tipizarea presupune:

gruparea pieselor pe familii de piese; proiectarea piesei reprezentative a familiei, numită piesa complexă. Piesa complexă

poate fi o piesă reală sau fictivă; proiectarea unui proces tehnologic-tip, optim pentru piesa complexă;

Ploiești, 2012 pag. 4

Page 5: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

procesul tehnologic optim pentru fiecare piesă reală din familie se poate deduce uşor din procesul tehnologic tip al piesei complexe;

este necesară utilizarea unui anumit sistem de codificare (cum ar fi de exemplu cotarea literară a pieselor din familie).

În concluzie, tipizarea proceselor tehnologice, cere un proces tehnologic unic pentru piese asemănătoare.

Avantajele proceselor tehnologice tip s-au dovedit a fi:

proiectare rapidă, uşoară şi eficientă; se scurtează mult timpii de proiectare a tehnologiilor şi S.D.V.-urilor; execuţia S.D.V.-urilor este optimizată astfel prin câştigul de experienţă obţinut

anterior.

Proiectarea bazării şi fixării pentru operaţiile din filmul tehnologic

Operaţiile de prelucrare din filmul tehnologic se execută ţinând cont de următoarele etape:

Îndreptarea se realizează prin introducerea tablei printre cilindrii maşinii de îndreptat;

Trasarea, unde este cazul, se realizează pe masa de trasat, folosind ca suprafaţă de bazare una din feţele semifabricatului;

Debitarea se realizează prin tăiere cu foarfecă ghilotină sau prin procedee moderne pe maşini de debitat programabile, cu cap fix şi/sau înclinabil, folosindu-se ca suprafaţă de bazare una din feţele semifabricatului; în acest caz se obţine şi prelucrarea marginilor (obţinerea şanfrenului pentru sudură);

Prelucrarea mecanică a marginilor (rabotarea) se realizează prin prinderea tablei pe masa maşinii de rabotat, aceasta realizându-se cu ajutorul dispozitivelor pneumatice pentru fixarea tablei;

Curbarea se realizează prin introducerea tablei printre cilindrii maşinii de curbat.

Întocmirea succesiunii operaţiilor, aşezărilor şi fazelor la fabricarea manşoanelor pentru repararea conductelor

Procesul tehnologic de realizare din semifabricate de tip tablă sau platbandă a componentelor semicirculare ale elementelor de adaos pentru repararea conductelor este simplu, având operaţiile prezentate în tabelul 3, cu cele două variante tehnologice tipizate propuse fabricanţilor de astfel de repere.

Operaţia tehnologică principală a acestui proces este operaţia de curbare a tablei sau platbandei semifabricat (cu marginile prelucrate prin rabotare), care se poate realiza pe maşini speciale de curbare cu role; principalele indicaţii privind proiectarea acestor operaţii

Ploiești, 2012 pag. 5

Page 6: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

tehnologice sunt prezentate în continuare. De asemenea, această operaţie se regăseşte la multe dintre reperele utilizate la construcţiile sudate destinate efectuării lucrărilor de reparare sau cuplare a conductelor destinate transportului gazelor naturale.

Pentru realizarea reperului semimanşon, se porneşte de la semifabricat tablă, iar succesiunea principalelor operaţii tehnologice este următoarea:

Îndreptat semifabricat tablă; Debitat conform desen de execuţie; Realizare şanfren pentru sudare; Curbare; Control final.

Tabelul 3. Filmul tehnologic tipizat pentru realizarea componentelor semicirculare ale elementelor de adaos pentru repararea conductelor

OperaţiaAşezarea

FazaDenumirea fazei

Schiţa aşezăriiUtilaje,

SDV-uri

I A 1Îndreptat tabla

Maşină de îndreptat cu role

II A

2Debitat cu margine de 90˚ Maşină de

debitat, programabilă, cu cap înclinabil

3

Realizat şanfren la 30˚ cu umăr pe marginile 1-2 şi 3-4

III A4

Curăţat-desprins zgura

Polizor unghiular

5 Polizat

Ploiești, 2012 pag. 6

Page 7: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

OperaţiaAşezarea

FazaDenumirea fazei

Schiţa aşezăriiUtilaje,

SDV-uri

IV A 6Vălţuit la forma de semicilindru

Maşină de curbat cu role

V A 7Control final

Șablon, masă de verificare

Parametrii de sudare

Pentru aplicarea mansonului pe conducta se foloseste o sudare manuala cu arc electric folosind electrozi inveliti bazici cu diametrul de 3,25 mm . Simbolizarea acestora fiind 111.

Etapele parcurse pentru stabilirea tehnologiei de sudare sunt prezentate în cele ce urmează.

1.Alegerea dimensiunilor efective ale rostului la sudarea cu electrozi inveliti se face în principal în funcţie de tehnologia de sudare respectiv modul de transfer utilizate la realizarea stratului de rădăcină. Accesul la rădăcină este posibil doar dintr-o singură parte, iar la rădăcină nu se admit defecte (clasă de calitate superioară).

Fig. 5. Forma şi dimensiunile rostului

Calculul ariei rostului:

Ploiești, 2012 pag. 7

Page 8: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Ar=tm∙ b+( tm−c )2 ∙ tgα2=16 ∙3+ (16−1,5 )2 ∙ tg

602

=81 , 64 m m2

Calculul ariei cusăturii in zona de lungime a mansonului:

Ac=k ∙ A r=1,15 ∙81 ,6 4=93 , 89≅ 94 m m2

k=1,05 …1,4

Fig. Sudura verticala in doua straturi a capetelor mansonului

Calculul ariei cusăturii in zona de capat a mansonului:

Ar=( t¿¿m+t c) ∙tgα2=(16+12,7)∙ tg

9 02

=30 ,31 m m2 ¿

Ac=k ∙ A r=1 , 4 ∙ 30 , 31=42 , 44≅ 43 m m2

k=1,05 …1,4

Obs. Coeficientul k ţine cont de secţiunea cusăturii regăsită în supraînălţarea acesteia. Valorile mici ale coeficientului corespund grosimilor mari de material, iar valorile mari grosimilor mici de material, respectiv pentru îmbinările simetrice.

2.Diametrul electrodului se alege în funcţie de grosimea metalului de bază, modul de transfer, poziţia de sudare, forma rostului, etc. Diametrul electrodului cel mai utilizat şi care acoperă o plajă mare de necesităţi tehnologice la sudare este diametrul de 3,25 mm folosit si la sudarea radacinii dar si la straturile de umplere.

4.Stabilirea numărului de treceri depinde în principal de natura metalului de bază (sensibil sau insensibil la supraîncălziri), de modul de transfer utilizat (arii de treceri mai mici la transfer prin scurtcircuit, respectiv arii de treceri mari la transfer prin pulverizare), de poziţia

Ploiești, 2012 pag. 8

Page 9: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

de sudare, forma rostului, tipul îmbinării, etc. Pe baza acestor factori se stabileşte aria trecerilor; poate lua valori cuprinse în domeniul 5 – 40 mm2. Pentru calculul numărului de treceri se va utiliza relaţia:

nt−1=Ac−A tr

Atu

unde:nt – numărul de treceri;Ac – aria cusăturii;Atr – aria stratului de rădăcină;Atu – aria trecerilor de umplere.

Obs. La stabilirea ariilor Atr respectiv Atu se va urmării ca rezultatul împărţirii să fie un număr întreg sau apropiat de un întreg (se admite o toleranţă de ± 0,1 ).

Pentru stratul de de rădăcină se va considera o arie a treceri egala cu 20 mm2. Dacă considerăm numărul de trecerilor de umplere egal cu 4 ( o trecere pentru rădăcină şi trei pentru straturile de umplere) atunci va rezulta următoarele:

Pentru sudura longitudinala:

Atr=20 m m2

nt=4

4−1=94−20A t u

⇒ A t u=25 m m2

Pentru sudura de capat:

2−1=43−20A t u

⇒ At u=23 m m2

5.Stabilirea parametrilor de sudare. Stabilirea corelaţiei curent de sudare – viteză de avans

electrod se face din nomograme de tipul I s=f (vae ) trasată pentru anumite condiţii concrete de

lucru, din tabele tehnologice (sau şabloane) funcţie de condiţiile concrete de lucru.

Viteza de sudare, vs , depinde de grosimea metalului de bază (grosimea sudurii de colţ), modul de transfer, tehnica de sudare (număr mare sau număr mic de treceri), poziţia de sudare, varianta de sudare etc. Domeniul de valori este cuprins între 10-15 cm/min, la sudarea manuală cu electrod învelit. Pentru calculul vitezei de sudare se poate folosi una din următoarele relaţii:

a). Cu ajutorul ratei depunerii AD:

Ploiești, 2012 pag. 9

Page 10: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

vs=A D

A t ∙ ρ∙ 100[cm /min]

AD=m∙vae=f ( I s , ds )

unde:AD – rata depunerii [gr/min];At – aria trecerilor [mm2];ρ – densitatea otelului 7,85 gr/cm3;m – masa unui electrod [gr/m];vae –viteza de avans a electrodului [m/min].

b). Cu ajutorul vitezei de avans a electrodului:

vs=vae

A e

At

∙100[cm /min]

c). Cu ajutorul monogramelor sau şabloanelor tehnologice în funcţie de aria trecerii, diametrulelectrodului, viteza de avans a electrodului (curentul de sudare respectiv modul de transfer).

Obs. Viteza de sudare trebuie să se încadreze în intervalele de valori prezentate mai sus. Dacă această condiţie nu este îndeplinită se va modifica aria trecerii sau viteza de avans a electrodului(curentul de sudare).

Prin interpolarea datelor citite pe diagrama corespunzătoare diametrului de 3,25 mm pentru electrozi inveliti, s-a obtinut o relaţie de corespondenţă între curentul de sudare şi viteza de

avans a electrodului de forma vae=f ( I s ).

Curentul de sudare: I s = 120...130 A

vae=0,184 ∙10−6 ∙ I s3−81,327 ∙ 10−6 ∙ I s

2+44,436 ∙ 10−3 ∙ I s+1,91107=21,95 cm /minut

Viteza de sudare:

vs=vae ∙

π ∙ dae2

4A tr

[cm/min]

vs=21,95 ∙

3,14 ∙ 3,252

420

=9,1 cm/min

Ploiești, 2012 pag. 10

Page 11: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Tensiunea arcului:

U a=14+0,05 ∙ I s[V ]

U a=14+0,05 ∙ 120=20 V

Consum de electrozi

Electrozii folositi pentru sudura sunt electrozi bazici cu diametrul de 3,25 mm si lungimea de 35 cm. Masa unui electrod este de 89 de grame.

Normarea consumului de electrozi înveliti :

Masa electrozilor înveliti consumati se compune din masa sârmei electrod si masa învelisului:

me = msârma + mînvelis  g                                                      

Considerând o pierdere de 5 % din consumul de sârma prin capetele aruncate si din 2 % prin împroscari si stropi rezulta:

msârma = 1,07 · mMD  g 

în care mMD este masa materialului depus calculata cu relatia:

mMD = r · å Aj  · lj 

în care: Aj este sectiunea materialului depus la un cordon de sudura, în cm2;

             lj- lungimea cordonului, în mm;

             r- densitatea materialului depus, în g/cm2.

            Din ultimele doua relatii rezulta consumul de sârma electrod:

            msârma = 1,07 · r · å Aj · lj 

tinând seama de raportul:

r = mînvelis / msârma  

            Consumul de electrozi înveliti devine:

            me = 1,07 · (1 + d) · r å Aj  · lj  g  

Ploiești, 2012 pag. 11

Page 12: Sudare Manson

Facultatea IME , Proiect de an la disciplina MTAFSCTH Tanase Constantin

Sudura cap la cap cu prelucrarea rostului :

pentru electrozi cu Φ = 3,25 mm se va calcula:

           mMD = r Ft · lA = 7,85 · 0,325 · 1200 = 3061.5 g

            msârma  = 1,07 · 3061.5 = 3275.8 g                              δ = 0,462

me = (1 + δ) · msârma = (1 + 0,462) · 3275.8 = 4789.22 g

Ploiești, 2012 pag. 12