การเชื่อมท่อเหล็กผนังหนาขนาดใหญ่

การเชื่อมท่อขนาดใหญ่และผนังหนา (มากกว่า 21 มม.) แบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ มักใช้ร่องรูปตัว U หรือร่องผสม เนื่องจากการทำร่องแบบที่ 1 และร่องผสมนั้นใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก ทำให้ประสิทธิภาพการเชื่อมท่อลดลง การทำร่องรูปตัว V นั้นง่าย ประหยัดเวลาและแรงงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อทำการเชื่อมร่องรูปตัว V บนท่อขนาดใหญ่และผนังหนาแบบอัตโนมัติ การเลือกพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมที่ไม่เหมาะสมจะนำไปสู่ข้อบกพร่องในการเชื่อมได้
เนื่องจากระดับความแข็งแรงของท่อเหล็กที่ใช้ในการก่อสร้างท่อส่งเพิ่มขึ้นเป็นระดับ X70 และ X80 รวมถึงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาของผนังท่อที่เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมแบบอัตโนมัติจึงเริ่มถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างท่อส่งอย่างค่อยเป็นค่อยไปตั้งแต่ปี 2546 เทคโนโลยีการเชื่อมท่อแบบอัตโนมัติมีศักยภาพสูงในการประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างท่อส่งขนาดใหญ่และผนังหนา เนื่องจากมีข้อดีคือประสิทธิภาพการเชื่อมสูง ความเข้มข้นของแรงงานต่ำ และกระบวนการเชื่อมได้รับผลกระทบจากปัจจัยมนุษย์น้อย
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการเชื่อมท่ออัตโนมัติของประเทศเรายังอยู่ในช่วงพัฒนา และปัญหาบางอย่างในการเชื่อมต่อ เช่น การเชื่อมไม่สนิทที่ฐาน การเชื่อมไม่สนิทที่ผนังด้านข้าง และร่องที่ซับซ้อน ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์: มักใช้ร่องแบบที่ 1 สำหรับการเชื่อมท่ออัตโนมัติขนาดใหญ่และผนังหนา อุปกรณ์เสริม เช่น เครื่องขึ้นรูปร่องท่อหรือร่องวัสดุผสม และเครื่องขึ้นรูปร่องปลายท่อ ยังไม่สมบูรณ์ ดังนั้นการศึกษาเทคโนโลยีการเชื่อมอัตโนมัติสำหรับท่อขนาดใหญ่และผนังหนาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ท่อส่งก๊าซธรรมชาติสายที่สองจากตะวันตกไปตะวันออก ช่วงเชื่อมต่อจงเหว่ย-จิงเปียน มีความยาวรวมประมาณ 345 กิโลเมตร บริษัท ชิง คอนสตรัคชั่น เอ็นจิเนียริ่ง คอร์ปอเรชั่น ได้นำเครื่องเชื่อมแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ CRC ที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับท่อเหล็กเข้ามาใช้ โดยนำไปใช้กับท่อที่มีความหนาผนัง 21.0 เมตร ในส่วนที่ 1B ของท่อเชื่อมต่อนี้
วิธีการเชื่อม อุปกรณ์ และวัสดุ
วิธีการเชื่อมใช้การเชื่อมแบบ STT (การเชื่อมราก) ร่วมกับเครื่องเชื่อมอัตโนมัติ CRC-F260 สำหรับการเชื่อมร้อน การเติม และการปิดผิว อุปกรณ์การเชื่อม: เครื่องเชื่อม Lincoln STT, Lincoln DC-400, เครื่องเชื่อมอัตโนมัติ CRC-F260 ก๊าสปกคลุม: ก๊าสปกคลุมสำหรับการเชื่อมรากแบบ STT คือ 100% CO2, ก๊าสปกคลุมสำหรับการเชื่อมอัตโนมัติเต็มรูปแบบคือ 80% Ar + 20% CO2
ร่องคอมโพสิตหรือร่องโปรไฟล์มักใช้ในการเชื่อมแบบอัตโนมัติ และร่องโปรไฟล์ยังสามารถใช้ในท่อส่งที่มีความหนาของผนังน้อยได้อีกด้วย คุณลักษณะทั่วไปคือช่องว่างในร่องมีขนาดเล็ก ความหนาของผนังท่อส่งก๊าซสายที่สองจากตะวันตกไปตะวันออกคือ 21.0 มม. และความกว้างด้านบนของร่องรูปตัว Y อยู่ที่ประมาณ 22 ม. ความกว้างนี้ใกล้เคียงกับขีดจำกัดการแกว่งของปืนเชื่อม CRC-P260 ร่องประเภทนี้เป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับการเชื่อมแบบอัตโนมัติ พารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมของการทดสอบการเชื่อมแบบอัตโนมัติถูกกำหนดขึ้นจากประสบการณ์
พารามิเตอร์ข้างต้นถูกนำมาใช้ในการทดสอบการเชื่อมแบบอัตโนมัติ ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าการเชื่อมแบบอัตโนมัติมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น การหลอมรวมไม่สมบูรณ์ระหว่างชั้น การหลอมรวมไม่สมบูรณ์ของผนังด้านข้าง รูพรุนหนาแน่น และความสูงที่มากเกินไปในส่วนการเชื่อมด้านบน
ระหว่างการทดสอบการเชื่อม เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 210-235 แอมป์ แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 21-23 โวลต์ ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 420-480 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 1215 นิ้ว/นาที พบว่าแทบไม่มีชั้นเชื่อมปรากฏขึ้นบนรอยเชื่อม F1, F2 และ F3 ไม่มีการหลอมรวมระหว่างช่องว่าง ไม่มีการหลอมรวมที่ร่อง และมีรูพรุนหนาแน่น การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าความกว้างของร่องเชื่อม F1, F2, F3 นั้นเล็ก และมีการป้องกันด้วยแก๊สอย่างเพียงพอ ดังนั้นจึงไม่มีรูไนโตรเจนเกิดขึ้น ความกว้างของร่องที่เล็กทำให้การแกว่งของปืนเชื่อมมีน้อยและความถี่ในการแกว่งสูง ภายใต้เงื่อนไขของความเร็วในการป้อนลวดที่กำหนด วัสดุหลักและลวดเชื่อมจะหลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโอกาสที่จะเกิดความสับสนจึงมีน้อย การเสริมแรงของรอยเชื่อมในส่วนการเชื่อมด้านบนจึงไม่มากนัก เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 200-250A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 18-22V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 400-500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 1216 นิ้ว/นาที ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าตำแหน่งการเชื่อมแนวตั้ง F4, F5 และ F6 มีการแทรกซึมของชั้นระหว่างลวดและมีร่องเกิดขึ้น ไม่ได้หลอมรวมกัน แต่ก็ยังไม่มีรูพรุน และไม่มีการเสริมแรงมากนักในส่วนการเชื่อมด้านบน รอยเชื่อมที่ไม่มีการหลอมรวมของชั้นระหว่างลวดและการหลอมรวมของร่องเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าในการเชื่อมต่ำกว่า 220A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 21V ความเร็วในการป้อนลวดต่ำกว่า 450 นิ้ว/นาที ความเร็วในการเชื่อมมากกว่า 15 นิ้ว/นาที และความถี่ในการแกว่งของปืนเชื่อมต่ำกว่า 90 ครั้ง/นาที เพื่อเพิ่มความเร็วในการป้อนลวด ความเร็ว กระแส และแรงดันไฟฟ้า (ปรับความยาวของลวดเชื่อม) เพิ่มแอมพลิจูดการแกว่งของปืนเชื่อม ลองเลือกความถี่การแกว่งของปืนเชื่อมที่เร็วขึ้น และควบคุมความเร็วในการเชื่อมของส่วนเชื่อมแนวตั้ง หลังจากตรวจสอบ F4, F5 และ F6 แล้ว ไม่พบการหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์ระหว่างชั้น ร่องไม่หลอมรวม เมื่อกระแสอยู่ที่ 220-250A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 20-22V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 450-500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 1416 นิ้ว/นาที ไม่พบว่ารอยเชื่อมปิดไม่หลอมรวม แต่ความสูงที่เกินของรอยเชื่อมปิดในตำแหน่งเชื่อมเหนือศีรษะเกินมาตรฐาน การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าความกว้างของรอยเชื่อมปิดอยู่ที่ประมาณ 18-22 มม. ซึ่งใกล้เคียงกับช่วงการแกว่งสูงสุดของปืนเชื่อม CRC-P260 รอยเชื่อมที่กว้าง ระยะการแกว่งของปืนเชื่อมที่มาก และความถี่ในการแกว่งที่รวดเร็ว ทำให้บ่อหลอมเหลวคงอยู่นาน และบ่อหลอมเหลวจะถูกเปิดเผยเมื่อปืนเชื่อมเคลื่อนที่ บ่อหลอมเหลวจะเกิดการกวน และโลหะที่เชื่อมในตำแหน่งเหนือศีรษะจะหย่อนตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ซึ่งจะทำให้ความแข็งแรงของรอยเชื่อมในตำแหน่งเหนือศีรษะเกินมาตรฐาน
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การขึ้นรูปผิวเชื่อมที่ดี ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่ต่ำกว่า และลดความถี่ในการแกว่งของปืนเชื่อมให้น้อยที่สุด เพื่อให้ผิวเชื่อมบางและกว้างขึ้น ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาการคงอยู่ของบ่อหลอมเหลว และลดขนาดของรอยเชื่อม (Yu Gao) จากการทดสอบและวิเคราะห์ผลการเชื่อม จึงได้กำหนดพารามิเตอร์ของกระบวนการเชื่อมราก STT + การเติมและปิดผิวเชื่อมแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ CRC สำหรับท่อเชื่อมต่อของท่อส่งก๊าซตะวันตก-ตะวันออกสายที่สอง โดยทำการเชื่อมตามพารามิเตอร์ในตารางที่ 3 ได้ตรวจสอบรอยเชื่อมแล้ว พบว่าไม่มีข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน รอยแตก และการหลอมไม่สมบูรณ์ พื้นผิวรอยเชื่อมมีรูปร่างดี และลักษณะทางโลหะวิทยาโดยรวมก็ดี คุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมได้รับการทดสอบโดยศูนย์เทคโนโลยีการเชื่อมของสถาบันวิจัยท่อส่งปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติแห่งประเทศจีน และตัวชี้วัดทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดการก่อสร้างสำหรับการเชื่อมต่อท่อส่งก๊าซตะวันตก-ตะวันออกสายที่สอง การประยุกต์ใช้การเชื่อมรากแบบ STT ร่วมกับการเชื่อมอัตโนมัติ CRC-P260 กับท่อขนาดใหญ่และผนังหนา (ร่องตัววี) ได้อย่างประสบความสำเร็จ สะท้อนให้เห็นถึงคุณลักษณะของเทคโนโลยีการเชื่อมอัตโนมัติที่มีคุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง และใช้แรงงานน้อยอย่างเต็มที่
พารามิเตอร์ข้างต้นถูกนำมาใช้ในการทดสอบการเชื่อมแบบอัตโนมัติ ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าการเชื่อมแบบอัตโนมัติมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น การหลอมรวมไม่สมบูรณ์ระหว่างชั้น การหลอมรวมไม่สมบูรณ์ของผนังด้านข้าง รูพรุนหนาแน่น และความสูงที่มากเกินไปในส่วนการเชื่อมด้านบน
ระหว่างการทดสอบการเชื่อม เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 210~235A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 21~23V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 420^480 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 12215 นิ้ว/นาที พบว่าแทบไม่มีการเชื่อมเกิดขึ้นในรอยเชื่อม F1, F2 และ F3 ไม่มีการหลอมรวมระหว่างชั้น ไม่มีการหลอมรวมของร่อง และมีรูพรุนหนาแน่น การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าความกว้างของร่องในรอยเชื่อม F1, F2, F3 มีขนาดเล็ก และการป้องกันด้วยแก๊สเพียงพอ ดังนั้นจึงไม่มีรูไนโตรเจนเกิดขึ้น ความกว้างของร่องที่เล็กทำให้การแกว่งของปืนเชื่อมมีน้อยและความถี่ในการแกว่งสูง ภายใต้เงื่อนไขของความเร็วในการป้อนลวดที่กำหนด วัสดุหลักและลวดเชื่อมจะหลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโอกาสที่จะเกิดความสับสนจึงมีน้อย การเสริมแรงของรอยเชื่อมในส่วนการเชื่อมด้านบนจึงไม่มากนัก เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 200-250A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 18-22V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 400-500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 12-16 นิ้ว/นาที ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าตำแหน่งการเชื่อมแนวตั้ง F4, F5 และ F6 แสดงให้เห็นการแทรกซึมระหว่างชั้น และร่องไม่หลอมรวมกัน แต่ก็ยังไม่มีรูพรุน