การเชื่อมท่อเหล็กผนังหนาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่

การเชื่อมท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และผนังหนา (มากกว่า 21 มม.) แบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบมักใช้ร่องรูปตัว U หรือร่องผสม เนื่องจากการเชื่อมร่องประเภทที่ 1 และร่องผสมนั้นใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก ประสิทธิภาพของการเชื่อมท่อจึงมีจำกัด การเชื่อมร่องรูปตัว V นั้นง่าย ประหยัดเวลาและแรงงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อเชื่อมร่องรูปตัว V ของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และผนังหนาแบบอัตโนมัติ การเลือกพารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมที่ไม่เหมาะสมจะนำไปสู่ข้อบกพร่องในการเชื่อม
เนื่องจากเกรดความแข็งแรงของท่อเหล็กที่ใช้ในการก่อสร้างท่อได้เพิ่มขึ้นเป็นระดับ X70 และ X80 และเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและความหนาของผนังได้เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมอัตโนมัติจึงเริ่มถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างท่อตั้งแต่ปี 2546 เป็นต้นมา เทคโนโลยีการเชื่อมท่ออัตโนมัติมีศักยภาพอย่างมากในการประยุกต์ใช้ในการก่อสร้างท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และมีผนังหนา เนื่องจากมีข้อดีคือมีประสิทธิภาพในการเชื่อมสูง ความเข้มข้นของแรงงานต่ำ และกระบวนการเชื่อมได้รับผลกระทบจากปัจจัยของมนุษย์น้อยลง
อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการเชื่อมท่ออัตโนมัติของประเทศผมยังอยู่ในช่วงพัฒนา และปัญหาบางประการในการเชื่อม เช่น รากท่อที่ยังไม่เชื่อมกัน ผนังด้านข้างที่ยังไม่เชื่อมกัน และร่องท่อที่ซับซ้อนยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ การเชื่อมแบบลาดเอียงประเภทที่ 1 มักใช้สำหรับการเชื่อมท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และผนังหนาแบบอัตโนมัติ อุปกรณ์สนับสนุน เช่น ร่องท่อหรือท่อคอมโพสิต และเครื่องขึ้นรูปร่องปลายท่อยังไม่สมบูรณ์ ดังนั้น การศึกษาเทคโนโลยีการเชื่อมอัตโนมัติสำหรับร่องท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และผนังหนาจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ความยาวรวมของแนวเชื่อมต่อจงเหว่ย-จิงเปียนของท่อส่งก๊าซตะวันตก-ตะวันออกเส้นที่ 2 อยู่ที่ประมาณ 345 กิโลเมตร บริษัท Qing Construction Engineering Corporation ซึ่งเป็นบริษัทที่มีความแข็งแรงของท่อเหล็ก ได้นำเครื่องเชื่อม CRC แบบอัตโนมัติมาใช้ ซึ่งใช้กับท่อที่มีความหนา 21.0 เมตร ในส่วน 1B ของแนวเชื่อม
วิธีการเชื่อม อุปกรณ์ วัสดุ
วิธีการเชื่อมใช้เครื่องเชื่อม STT root welding + เครื่องเชื่อมอัตโนมัติ CRC-F260 สำหรับการเชื่อมร้อน การบรรจุ และการหุ้ม อุปกรณ์เชื่อม: เครื่องเชื่อม Lincoln STT, Lincoln DC-400 และเครื่องเชื่อมอัตโนมัติ CRC-F260 ก๊าซป้องกัน: ก๊าซป้องกัน STT root welding 100%C02, ก๊าซป้องกันการเชื่อมอัตโนมัติเต็มรูปแบบ 80% Ar + 20%C02
ร่องคอมโพสิตหรือร่องโปรไฟล์มักใช้ในการเชื่อมอัตโนมัติ และร่องโปรไฟล์ยังสามารถใช้ในท่อที่มีความหนาของผนังน้อยได้อีกด้วย ลักษณะทั่วไปของร่องคอมโพสิตคือช่องว่างในร่องมีขนาดเล็ก ความหนาของผนังท่อส่งก๊าซเวสต์-อีสต์เส้นที่สองอยู่ที่ 21.0 มม. และความกว้างด้านบนของร่องรูปตัว Y อยู่ที่ประมาณ 22 ม. ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดการแกว่งของปืนเชื่อม CRC-P260 ร่องประเภทนี้ถือเป็นความท้าทายอย่างมากสำหรับการเชื่อมอัตโนมัติ พารามิเตอร์กระบวนการเชื่อมของการทดสอบการเชื่อมอัตโนมัติถูกกำหนดขึ้นจากประสบการณ์
พารามิเตอร์ข้างต้นถูกนำมาใช้ในการทดสอบการเชื่อมอัตโนมัติ ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าการเชื่อมอัตโนมัติมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น การเชื่อมขาดระหว่างชั้น การเชื่อมผนังด้านข้างไม่แน่น รูพรุนหนาแน่น และความสูงที่มากเกินไปในส่วนเชื่อมเหนือศีรษะ
ในระหว่างกระบวนการเชื่อมทดสอบ เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 210-235A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 21-23V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 420^480 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 1215 นิ้ว/นาที พบว่าแทบไม่มีชั้นปรากฏบนรอยเชื่อม F1, F2 และ F3 ไม่มีการหลอมรวมระหว่างช่องว่าง ไม่มีการหลอมรวมที่ร่อง และรูพรุนหนาแน่น การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าความกว้างของร่องของรอยเชื่อม F1, F2, F3 และรอยเชื่อมสามจุดมีขนาดเล็กและมีการป้องกันก๊าซเพียงพอ จึงไม่เกิดรูไนโตรเจน ความกว้างของร่องที่เล็กทำให้การแกว่งของปืนเชื่อมมีขนาดเล็กและความถี่การแกว่งสูง ภายใต้เงื่อนไขความเร็วในการป้อนลวดที่แน่นอน วัสดุแม่และโลหะเติมจะหลอมรวมอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นความน่าจะเป็นที่จะเกิดการสับสนจึงน้อย การเสริมแรงเชื่อมในส่วนเชื่อมเหนือศีรษะไม่มาก เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 200-250A แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ 18-22V ความเร็วในการป้อนลวดคือ 400500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมคือ 1216 นิ้ว/นาที ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าตำแหน่งการเชื่อมแนวตั้งของ F4, F5 และ F6 มีการหลอมรวมและร่องระหว่างชั้น แม้ว่าจะไม่ได้หลอมรวม แต่ก็ยังไม่มีรูพรุน และไม่มีการเสริมแรงมากนักในส่วนการเชื่อมเหนือศีรษะ รอยเชื่อมที่ไม่มีการหลอมรวมและร่องระหว่างชั้นจะเกิดขึ้นเมื่อกระแสเชื่อมน้อยกว่า 220A แรงดันไฟฟ้าคือ 21V ความเร็วในการป้อนลวดน้อยกว่า 450 นิ้ว/นาที ความเร็วในการเชื่อมมากกว่า 15 นิ้ว/นาที และความถี่การแกว่งของปืนเชื่อมน้อยกว่า 90 ครั้ง/นาที เพื่อเพิ่มการป้อนลวด ความเร็ว กระแสไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้า (ปรับความยาวลวดเชื่อม) เพิ่มแอมพลิจูดการแกว่งของปืนเชื่อม พยายามเลือกความถี่การแกว่งที่เร็วขึ้นของปืนเชื่อม และควบคุมความเร็วในการเชื่อมของชิ้นงานเชื่อมแนวตั้ง หลังจากการตรวจสอบ F4, F5 และ F6 ไม่พบการหลอมรวมระหว่างชั้น ร่องไม่ได้หลอมรวม เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 220-250A แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ 20-22V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 450,500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 1,416 นิ้ว/นาที ไม่พบรอยเชื่อมปิดรอยเชื่อม แต่ความสูงส่วนเกินของรอยเชื่อมปิดรอยเชื่อมในตำแหน่งเชื่อมเหนือศีรษะเกินมาตรฐาน การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าความกว้างของรอยเชื่อมปิดรอยเชื่อมอยู่ที่ประมาณ 18^22 มม. ซึ่งใกล้เคียงกับช่วงการแกว่งสูงสุดของปืนเชื่อม CRC-P260 รอยเชื่อมที่กว้าง แอมพลิจูดการแกว่งที่กว้างของปืนเชื่อม และความถี่การแกว่งที่รวดเร็ว ทำให้แอ่งหลอมเหลวคงอยู่เป็นเวลานาน และแอ่งหลอมเหลวจะโผล่ออกมาเมื่อปืนเชื่อมเคลื่อนที่ แอ่งหลอมเหลวนี้มีผลในการกวนโลหะ และโลหะที่สะสมในตำแหน่งเชื่อมเหนือศีรษะจะหย่อนตัวลงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ซึ่งจะทำให้เหล็กเสริมในการเชื่อมเหนือศีรษะเกินมาตรฐาน
เพื่อให้มั่นใจว่าได้ผลลัพธ์การขึ้นรูปผิวเคลือบที่ดี การเชื่อมผิวเคลือบควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่ต่ำลงและลดความถี่การแกว่งของปืนเชื่อมให้มากที่สุด เพื่อให้รอยเชื่อมบางและกว้างขึ้น ซึ่งจะช่วยลดระยะเวลาการคงอยู่ของแอ่งหลอมเหลว และลด วัตถุประสงค์ในการเพิ่มตำแหน่งของ Yu Gao จากผลการทดสอบการเชื่อมและการวิเคราะห์ พารามิเตอร์กระบวนการบรรจุและปิดฝาแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบของ STT root welding + CRC ของท่อส่งก๊าซ West-East Gas Pipeline เส้นที่สองได้ถูกกำหนดค่าในที่สุด เชื่อมตามพารามิเตอร์การเชื่อมในตารางที่ 3 รอยเชื่อมได้รับการตรวจสอบแล้วและพบว่าไม่มีข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน รอยแตก และการไม่หลอมละลาย พื้นผิวของรอยเชื่อมอยู่ในสภาพดีและโลหะวิทยาในระดับมหภาคอยู่ในเกณฑ์ดี คุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อมได้รับการทดสอบโดยศูนย์เทคโนโลยีการเชื่อมของสถาบันวิจัยท่อส่งก๊าซปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติแห่งประเทศจีน และตัวบ่งชี้ทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดการก่อสร้างสำหรับการเชื่อมต่อท่อส่งก๊าซ West-East Gas Pipeline เส้นที่สอง การประยุกต์ใช้การเชื่อมราก STT + การเชื่อมอัตโนมัติ CRC-P260 กับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่และมีผนังหนา (ร่อง V) อย่างประสบความสำเร็จ สะท้อนให้เห็นถึงลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีการเชื่อมอัตโนมัติที่มีคุณภาพสูง มีประสิทธิภาพ และมีความเข้มข้นของแรงงานต่ำ
พารามิเตอร์ข้างต้นใช้สำหรับการทดสอบการเชื่อมอัตโนมัติ ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าการเชื่อมอัตโนมัติมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง เช่น การเชื่อมขาดระหว่างชั้น การเชื่อมผนังด้านข้างไม่แน่น รูพรุนหนาแน่น และความสูงที่มากเกินไปในส่วนเชื่อมเหนือศีรษะ
ในระหว่างกระบวนการเชื่อมทดสอบ เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 210~235A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 21~23V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 420^480 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 12215 นิ้ว/นาที พบว่าแทบไม่มีการเชื่อมบนรอยเชื่อม F1, F2 และ F3 ไม่มีการหลอมรวมระหว่างชั้น ไม่มีการหลอมรวมของร่องและรูพรุนหนาแน่น จากการวิเคราะห์พบว่าความกว้างของร่องของรอยเชื่อม F1, F2, F3 และรอยเชื่อมสามจุดมีขนาดเล็ก และมีการป้องกันก๊าซเพียงพอ จึงไม่เกิดรูไนโตรเจน ความกว้างของร่องที่เล็กทำให้การแกว่งของปืนเชื่อมมีขนาดเล็กและความถี่การแกว่งสูง ภายใต้เงื่อนไขความเร็วในการป้อนลวดที่กำหนด วัสดุแม่และโลหะเติมจะหลอมรวมอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นความน่าจะเป็นที่จะเกิดการหลอมรวมจึงน้อย การเสริมแรงของรอยเชื่อมในส่วนเชื่อมเหนือศีรษะไม่มากนัก เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 200-250A แรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ 18-22V ความเร็วในการป้อนลวดอยู่ที่ 400-500 นิ้ว/นาที และความเร็วในการเชื่อมอยู่ที่ 12~16 นิ้ว/นาที ในระหว่างการทดสอบการเชื่อม พบว่าตำแหน่งการเชื่อมแนวตั้งของ F4, F5 และ F6 แสดงการแช่ระหว่างชั้นและร่องไม่หลอมรวม แต่ยังคงไม่มีรูพรุน