В процессе строительства магистральных трубопроводов требуется собирать и сваривать большое количество стыков труб больших диаметров. Укладка трубопроводов бывает или непрерывной, или секционной. При первом виде укладки производится последовательное наращивание, а все стыки выполняются без вращения труб. При секционной укладке сначала сваривают секции, при этом вращая трубы, а потом на трассе стыки выполняются без вращения.
Качество сборки стыков труб во многом определяет качество сварки. Обеспечение соосности труб, совпадения свариваемых впоследствии кромок труб и равномерности зазора в стыке, чтобы проварить корень шва по всему периметру, — это задачи, имеющие первостепенное значение при сборке труб. Для обеспечения этих показателей применяются наружные или внутренние центраторы. Операция сборки окажется более механизированным процессом при условии применения внутренних центраторов. Еще одним преимуществом использования внутренних центраторов является доступность собранного стыка для сварки, благодаря чему выполнение корневого шва возможно без остановок и прихваток. Механизм типа "зонтик" (рис. 1) позволяет равномерно приложить силы к кромкам труб по всему радиусу.
Центрирующие элементы, расположенные двумя рядами (2, 3), могут сжиматься одновременно, а разжиматься независимо. При подаче масла под давлением в полости (1, 8) задний и передний ряд центрирующих элементов последовательно разжимается. При этом движение каждого из конусов (6, 7) через жимки (4) и ролики (5) передается башмакам, непосредственно соприкасающимся с поверхностями труб и обеспечивающим их центровку. Для освобождения стыка после сборки и прихватки масло подается в полость (9), обеспечивая при этом одновременный отвод центрирующих элементов. При помощи штанги внутрь трубы вводится центратор. Если центратор используется как вращатель, штанга закрепляется в подшипниках и ей сообщается вращательное движение.
В операциях сборки и сварки секций в полевых условиях используются механизированные трубосварочные линии типа МТЛ (рис. 2).
Трубы укладываются на рольганг (3) поочередно при помощи манипулятора. Сборка выполняется при помощи гидравлического внутреннего центратора (1), закрепляемого штангой и применяемого в качестве вращателя. На центратор надвигается первая труба рольгангом (3) таким образом, чтобы ее торец находился на расстоянии 15-20 мм от ряда жимков центратора, которые, разжимаясь, фиксируют ее.
Вторая труба подается рольгангом (3) до соприкосновения с первой и фиксируется при разжатии второго ряда жимков, что обеспечивает центровку стыка. Над роликами продольного перемещения происходит приподнимание сцентрированных труб, и, пока труба вращается, два сварщика в среде CO2 полуавтоматами выполняют корневой шов. Готовая двухтрубная секция подается вперед рольгангом, а третья труба встает на ее место на центратор, и процесс сборки стыка и сварки повторяется. Далее готовая трехтрубная секция при помощи перегружателя подается на промежуточный стеллаж (4), после этого на второй стенд (5), где происходит заключительное сваривание стыков автоматами под флюсом посредством торцевого вращателя (6).
Необходимо обратить внимание на то, что существует необходимость двусторонней сварки поворотных стыков труб с толщиной стенки до 17 мм и диаметром 1420 мм.
Торцы труб подвергаются механической обработке с нанесением риски на внутреннюю поверхность для автоматического направления внутренней сварочной головки по стыку. При помощи самоходного центратора, вращение которого обеспечивают поворотные ролики стенда, выполняется сборка. В первую очередь свариваются наружные швы (1, 2), а после них внутренний шов (3) (рис. 3). Автоматическая сварка внутреннего шва под флюсом выполняется оператором, наблюдающим за процессом при помощи приборов.
Трудоемким является процесс выполнения неповоротных стыков трубопроводов большого диаметра. Процесс сборки весьма облегчают трубоукладчики и внутренние гидравлические центраторы, однако сварка выполняется вручную. Процесс сварки для его ускорения разделяется на несколько операций, выполняемых последовательно. Поточно-расчлененный способ предусматривает одновременную работу сборщиков и сварщиков. Сборщики собирают стыки при помощи внутреннего центратора, а сварщики, передвигаясь вслед за ними, выполняют свой слой шва, а каждый из сварщиков - определенный отрезок этого слоя.
Установка для контактной сварки труб с внешним кольцевым трансформатором (ТКУС или ТКУП) используется при укладке трубопроводов диаметром от 114 до 529 мм. Отличительной особенностью стационарной установки ТКУС является неразъемная сборочно-сварочная головка, в то время как у передвижной установки ТКУП, используемой на трассе, имеется разъемная сварочная гловка, которая подвешивается на стреле трактора. Оборудование с внутренним трансформатором целесообразно использовать при контактной сварке стыков труб с большими диаметрами (720 -1420 мм).
При постройке химических, нефтяных и металлургических заводов выполняется множество стыков труб. Межцеховые и обвязочные трубопроводы современного нефтеперерабатывающего завода могут иметь общую протяженность около двух тысяч километров. В этих трубопроводах имеется большое число вварных деталей. По средним подсчетам на 10 м обвязочного трубопровода приходится четыре фланца, две задвижки, два угольника, около десяти стыков, несколько штуцеров. Обвязочные трубопроводы отличаются от межцеховых меньшим диаметром труб и большим количеством привариваемых элементов.
Как правило, сборка и сварка большей части стыков заводских трубопроводов выполняется в трубозаготовительных цехах, а при монтаже свариваются только те стыки, которые соединяют готовые узлы и секции. Трубы со склада направляют в заготовительное отделение, где их режут и скашивают кромки. После этого трубы подаются на сборку, куда направляются уже готовые детали (переходы, отводы, фланцы и т.д.). Узлы собирают на столах-стендах, оборудованных устройствами, позволяющими собирать детали определенных размеров.
Разделение деталей на группы по типоразмерам позволяет выделить однотипные детали и организовать производство узлов на специальных поточных линиях. На таких линиях происходит сборка и сварка отдельных подузлов. В больших трубозаготовительных цехах используются специализированные установки дуговой автоматической сварки, а также машины контактной сварки стыковых соединений.
Неповоротные соединения стыков труб свариваются вручную или при помощи специальных автоматов в среде защитных газов. Для выполнения труднодоступных швов используются автоматические головки, обегающие стык.
В химической, нефтяной и атомной промышленности используют трубы, изготовленные из цветных металлов и сплавов, специальных сталей, которые предназначены для работы в условиях высоких давлений и агрессивных сред. Для сварки труб могут применяться самые разные технологии, однако обязательным пунктом является надежная проплавка всего сечения. Высокие требования предъявляются к форме сварного шва и состоянию внутренней поверхности трубы.
Котлостроение и аппаратостроение также требуют выполнения больших объемов сварочных работ. Трубы экранов и змеевиков стыкуются посредством контактной сварки. Основными узлами многих теплообменников являются соединения труб и трубных досок. Такие соединения (рис. 4) просты в сборке и подготовке, но из-за различия толщин совмещаемых деталей сложны при сварке.
Продольные либо спиральные ребра приваривают к трубам для увеличения теплоотдачи. Для выполнения такой операции применяется контактная сварка токами высокой частоты (рис. 5).