Методика регистрации и расшифровки параметров процесса стыковой сварки оплавлением
Качество сварного соединения, выполненного стыковой сваркой оплавлением, определяется тепловым состоянием соединяемых труб, защитой от окисления соединяемых поверхностей и пластической деформацией торцов, в результате которой образуется сварное соединение. Необходимые значения указанных критериев обеспечиваются определенным сочетанием технологических параметров сварки. Многолетний опыт эксплуатации оборудования при сварке магистральных и промысловых трубопроводов, а также в других отраслях народного хозяйства свидетельствует о том, что появление дефектов в стыке прямо связано с отклонениями технологических параметров процесса от заданных величин.
Так как основные параметры стыковой сварки оплавлением, влияющие на качество соединения, программируются, то, регистрируя их отклонения от заданных значений, можно оценить качество.
В соответствии с технологической инструкцией в процессе сварки фиксируются следующие параметры: напряжение и ток в первичной цепи сварочного трансформатора, перемещение подвижного зажима сварочной машины, по которому определяют величины и скорости оплавления и осадки, напряжение на якоре двигателя редуктора следящего золотника.
Основные технологические параметры процесса записывают на электромеханических самопишущих многоканальных приборах переносного типа. Запись напряжения в первичной цепи сварочного трансформатора в процессе сварки представляет собой непрерывную пульсирующую кривую 4 (рис.1) и характеризует работу электростанции. По записи напряжения определяют стабильность и величину напряжения в процессе оплавления и начальной стадии осадки.
Рис.1. Диаграмма записи параметров сварки
Запись тока, протекающего в первичной цепи сварочного трансформатора, также представляет собой непрерывную пульсирующую кривую 3 с плавным увеличением абсолютного значения тока до момента осадки и резким его увеличением в процессе осадки под током. По кривой изменения тока контролируют перерывы в его протекании, характеризуемые провалами на кривой, и короткие замыкания, характеризуемые резким подъемом на кривой, в процессе оплавления и форсировки, а также определяют длительность осадки под током, которая равна разнице между временем до отключения тока и временем до начала осадки.
Запись перемещения подвижного зажима сварочной машины в процессе оплавления и осадки представляет собой пилообразную кривую 1, расстояние между вершинами зубьев которой соответствует одному полному обороту датчика и равно определенной величине.
Запись напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника представляет собой кривую со ступеньками 2, которые появляются в момент изменения скорости перемещения подвижной части сварочной машины.
Для определения истинных значений параметров по записи на диаграммной ленте необходимо знать ее масштаб, т.е. зависимость между величиной перемещения пера пишущего устройства в миллиметрах и величиной сигнала. Масштаб записи тока и напряжения в первичной цепи сварочного трансформатора и напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника устанавливается на заводе-изготовителе сварочной машины. Регулировка и изменение масштаба записи параметров процесса на трассе не допускаются. При этом полное отклонение пера самописца при записи напряжения соответствует 440 В, тока - 5000 А, напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника - 150 В, а масштабы соответственно равны 11 В/мм, 125 А/мм и 3,75 В/мм. Зависимость между напряжением на якоре двигателя редуктора следящего золотника и скоростью перемещения подвижного зажима сварочной машины прилагается к инструкции по эксплуатации на каждую сварочную машину. Расстояние между вершинами зубьев пилообразной кривой записи перемещения при использовании обычных реостатных датчиков равно 2,8 мм.
Нахождение истинных значений параметров, зафиксированных регистрирующим устройством, называется расшифровкой. Прежде чем начать расшифровку, необходимо на диаграммной ленте выделить характерные этапы процессов оплавления и осадки в соответствии с технологической инструкцией. Такими этапами являются:
начальный период сварки при оплавлении косых торцов, который выполняется оператором вручную;
первый программируемый по командному аппарату период оплавления;
форсировка, которая представляет собой постепенное повышение скорости оплавления;
осадка.
Указанные этапы легко выделяются с помощью кривой записи напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника.
Время протекания процессов оплавления, форсировки и осадки, а также и их скорости существенно различаются, поэтому для удобства последующей расшифровки и повышения точности определения параметров запись проводят при различных скоростях лентопротяжного механизма регистрирующего устройства. Так, регистрация параметров в процессе оплавления осуществляется на скорости 1 мм/с, а на последней ступени форсировки и осадки - 50 мм/с. Переключение скорости осуществляется автоматически на 8-й ступени форсировки. Это позволяет более точно определить длительность 9-й ступени форсировки (длительность оплавления с конечной скоростью) и величину конечной скорости оплавления.
Для перевода линейных величин на диаграммной ленте, выраженных в миллиметрах, в соответствующие временные параметры, выраженные в секундах, необходимо измеренные на диаграммной ленте отрезки (в мм) разделить на скорость лентопротяжного механизма.
Припуск на оплавление определяется умножением числа оборотов датчика на 2,8 мм. Скорость оплавления определяется делением полученного значения припуска на время оплавления.
Для определения продолжительности различных этапов сварки поступают следующим образом. На кривой записи напряжения на якоре двигателя следящего золотника находят момент окончания первого программируемого по командному аппарату периода оплавления, характеризующийся наличием первой ступеньки на кривой, свидетельствующей об увеличении скорости оплавления. От этой точки откладывают в направлении к началу процесса отрезок, равный времени первого программируемого по командному аппарату периода оплавления. Это время задано технологической инструкцией. Конец этого отрезка и будет точкой, в которой закончился начальный период сварки и начался первый программируемый период оплавления. Длительность остальных этапов оплавления определяется последовательно по моменту появления ступеньки на кривой напряжения на якоре двигателя следящего золотника.
Окончание форсировки и начало осадки определяют уже на канале записи перемещения подвижной части сварочной машины по резко изменяющейся скорости ее движения.
После завершения работы по выделению этапов на диаграммной ленте приступают к определению характерных для каждого этапа параметров процесса (см. рис.1).
При расшифровке начального периода сварки, в процессе которого происходит оплавление косых торцов, определяют время оплавления, припуск на оплавление, скорость оплавления, величину напряжения в первичной цепи сварочного трансформатора, наличие коротких замыканий или перерывов в протекании тока. Для получения времени оплавления на начальном периоде сварки необходимо на диаграммной ленте на кривой записи сварочного тока измерить отрезок от точки появления первых пульсаций тока до предварительно определенной ранее точки окончания этого этапа сварки. Припуск на оплавление устанавливают по числу полных оборотов датчика перемещения, затем определяют скорость оплавления.
При расшифровке первого программируемого по командному аппарату периода оплавления определяют припуск на оплавление, скорость оплавления, величину напряжения, наличие перерывов в протекании тока и коротких замыканий. Методика их определения ничем не отличается от изложенной выше. При этом время оплавления на этом этапе принимается то, которое было принято для определения его начала.
При расшифровке второго программируемого по командному аппарату периода оплавления определяют те же параметры, что и при расшифровке первого периода. Кроме того, по кривой записи напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника устанавливают время этого периода. Для этого на диаграмме измеряют отрезок от точки, в которой на кривой записи напряжения находится первая ступенька повышения скорости оплавления на этапе форсировки. Все остальные параметры этого этапа определяют так же, как и ранее.
При расшифровке этапа форсировки находят время повышения скорости оплавления, длительность оплавления с конечной скоростью, конечную скорость оплавления, величину напряжения первичной цепи сварочного трансформатора, наличие перерывов в протекании сварочного тока и коротких замыканий. Для получения времени повышения скорости оплавления измеряют на диаграмме кривой записи напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника отрезок от точки, где начинается первая ступенька повышения скорости, до момента переключения скорости самописца, который определяют по кривой записи перемещения подвижной части сварочной машины. Поскольку переключение скорости лентопротяжки осуществляется на 8-й ступени форсировки, то дополнительно на кривой записи напряжения на якоре двигателя редуктора следящего золотника измеряют отрезок от точки, где произошло переключение скорости лентопротяжного механизма, до ступеньки, характеризующей переключение на 9-ю ступень форсировки. Полученное время прибавляют к времени повышения скорости оплавления до момента переключения скорости лентопротяжки и таким образом получают общую длительность повышения скорости оплавления.
Длительность оплавления с конечной скоростью определяют измерением отрезка на диаграммной ленте от начала 9-й ступени форсировки, устанавливаемого по ступеньке на кривой напряжения на якоре двигателя редуктора, до момента начала осадки, определяемого по кривой записи перемещения.
Конечную скорость оплавления находят по диаграмме записи перемещения. Для вычисления значения скорости на записи перемещения (рис.2) определяют момент начала осадки (точка А). От этой точки проводят горизонтальную линию в сторону начала процесса сварки до пересечения с кривой записи перемещения в аналогичной точке на предыдущем обороте датчика перемещения (точка Б). Таким образом, между точками А и Б движок датчика сделал один оборот, а расстояние, пройденное при этом подвижной частью машины, равно 2,8 мм. Измерив расстояние между точками А и Б и разделив его на скорость лентопротяжки, которая равна 50 мм/с, получают время одного оборота датчика. Конечную скорость оплавления устанавливают путем деления 2,8 мм на полученное время.
Рис.2. Конечный этап диаграммы записи параметров сварки
При расшифровке этапа осадки определяют длительность протекания сварочного тока в процессе осадки, величину и скорость осадки. Длительность протекания сварочного тока в процессе осадка определяют по кривой изменения сварочного тока, для чего измеряют отрезок от момента начала осадки до момента выключения сварочного тока.
Величину осадки устанавливают по кривой записи перемещения. Для этого на данной кривой определяют момент начала осадки (точка А на рис.2). От точки А в сторону окончания процесса осадки отсчитывают число полных оборотов датчика перемещения (точка В). На этом участке величина осадки будет равна произведению числа полных оборотов датчика на 2,8 мм ( • 2,8). К этой величине необходимо добавить и величину осадки, зафиксированную на участке от точки В до точки Г, в которой запись перемещения становится горизонтальной, что свидетельствует о полной остановке подвижной части сварочной машины. Величина вычисляется интерполированием, исходя из того, что полный размах по вертикали записи перемещения соответствует 2,8 мм хода подвижной части сварочной машины. Таким образом, величина осадки будет равна сумме двух найденных выше величин .
Скорость осадки определяется на первых двух оборотах датчика перемещения или на первых 5,6 мм хода подвижной части сварочной машины. Для вычисления скорости осадки на кривой перемещения от точки начала осадки (точка А) отсчитывают в сторону окончания процесса сварки два полных оборота датчика (точка Д). Измерив расстояние между точками А и Д и разделив его на скорость лентопротяжки, которая равна 50 мм/с, находят время, за которое подвижная часть сварочной машины прошла путь, равный 5,6 мм. Разделив величину 5,6 мм на полученное время, определяют скорость осадки.
Браковочными признаками по зарегистрированным параметрам процесса стыковой сварки оплавлением являются:
отклонение первичного напряжения на сварочном трансформаторе в процессе оплавления и форсировки более чем на 20 В от номинального значения, равного 400 В; в процессе осадки под током допускается снижение напряжения до 30% от номинального значения;
наличие коротких замыканий или перерывов в протекании сварочного тока в процессе начального периода сварки длительностью более 2-3 с и в процессе программируемых периодов оплавления и форсировки длительностью более 0,03-0,04 с;
увеличение или уменьшение от заданных технологической инструкцией пределов общего времени сварки, длительности каждого этапа оплавления и последнего этапа форсировки, времени повышения конечной скорости оплавления, длительности осадки под током, скорости каждого этапа оплавления и скорости осадки, величины осадки;
проскальзывание труб в зажимных башмаках сварочной машины.
Проскальзывание зажимных башмаков сварочной машины относительно трубы в процессе осадки определяется по величине скорости осадки. Если проскальзывания не было, то скорость осадки заметно уменьшается к ее концу, если оно было, то скорость осадки остается высокой. Браковочным признаком является то, что среднее значение скорости на всей величине осадки будет приблизительно равно скорости осадки холостого хода. В этом случае имеет место полное проскальзывание. При частичном проскальзывании, что также является браковочным признаком, скорость осадки на участке между 6 и 9 мм будет приблизительно равна скорости осадки на участке между 3 и 6 мм.
Таким образом, полученные записи позволяют определить соответствующую величину регистрируемого параметра в любой момент процесса сварки и установить пригодность стыка для эксплуатации в трубопроводе.
