Технологическая карта сварки: что это такое, данные

Выполнение сварочных работ включает большое количество этапов. Необходимо каждый из них продумать до мельчайших деталей. Удержать большое количество параметров и предустановок в голове сложно, поэтому была изобретена технологическая карта. Здесь отображаются все шаги и действия специалиста, что способствует улучшению качества результата. Из нее сварщик черпает всю необходимую информацию о требованиях по сварочным работам, что позволяет ему выбрать оптимальный вид расходных материалов и сварочного оборудования. Благодаря такому подходу намного снизилось количество брака на производстве и улучшился контроль над качеством сварного шва.

Технологическая карта

Совокупность всех необходимых сварщику спецификаций оформляется как карта технологического процесса сварки (КТПС) (welding procedure specification (WPS)).

В ней подробно изложены технологии для сварки каждого вида соединения, которое будет использовано в общем объеме работ. Описаны все базовые технологические моменты и параметры сварных швов.

Такой вид инструкции по работе сварщиков официально утвержден и принят к обязательному исполнению с 1984 года.

Для подготовки сварочных работ готовится спецификация, которая является неотъемлемым руководством для сварщиков и сварочных операторов. Такая спецификация называется технологической картой и является официально утвержденным документом.

Спецификация – это маршрутная карта, поэтапно описывающая технологический процесс требуемого сборочного и сварочного производства.

Она — неотъемлемая и унифицированная часть всего комплекта документов технологического процесса в целом. Маршрутные карты используются независимо от вида и характера производства и детализации технологии.

Цель документа – целенаправленно направлять сварщиков по принятым процедурам, использующим повторяющиеся и надежные способы сварки с целью создания качественных сварных швов в соответствии с требованиями действующих ГОСТов. КТПС разработана для каждого сплава, материала и вида сварки. Все технологии многократно проработаны и апробированы. Согласно спецификации, к работе допускаются сварщики, прошедшие аттестацию.

Комитет по стандартизации в Европе (CEN) утвердил новые квалификационные стандарты для сварочных процедур (ISO15607 — ISO15614), заменившие прежние (EN288). В ENISO15607 зафиксировано, что WPS предоставляет совокупность необходимых переменных для процедуры сварки с целью обеспечения повторяемости результатов.

Гостированный технологический процесс использует тестовый сварной шов, занесенный в квалификационное действие. Обычно для ГОСТов процедуры такого типа выполняются специализированными промышленными организациями.

В конечном итоге технологическая карта сварки – это результат огромного производственного опыта и мер безопасности на производстве. Она необходима для определения необходимых сварочных процедур для создания прочных и качественных сварных швов. Карта выступает гарантом безопасности и единообразия сварочных процедур.

Для допуска к работе сварщик должен быть подвергнут процедуре аттестации на необходимую квалификацию для данного вида работ, что затем документируется и заносится в специальный реестр.

Карта включает информацию по типам используемых металлов. В основной форме технологической карты процесса сварки обязательно должны быть:

• шифр, присвоенный каждой процедуре;
• описание процесса для тестового шва;
• совокупность процедур, приводящая к повторяемости тестового результата;
• параметры используемого металла;
• какого вида сварка, и какие процессы применяются для испытательных швов;
• вид энергии, применяемый при сварке;
• температурные режимы;
• какие виды сварки могут быть использованы.

Также очень важно задать спецификации сварных швов, которые играют основную роль для конструкции, в целом. Необходимо знать:

• в каком порядке собираются детали;
• режимы термических обработок деталей;
• предельные параметры энергии для дугового разряда.

Дополнительной информацией служит:

• эскизы и шаблоны для швов;
• подготовка к сварке необходимых соединения;
• последовательность операций.

Результатом подробной проработки маршрута является несомненная возможность получить тестовый образец сварки в соответствие со стандартами любым компетентным сварщиком.

Стандарты для отрасли разрабатываются по каждому виду сварочных работ. Например, стандарт ОСТ36-79-83 утверждает типовую технологическую карту, предназначенную для сварки трубопроводов. Используемая сталь является низколегированной или углеродистой. Сварка полуавтоматическая, с применением плавящихся электродов. Атмосфера — из углекислого газа.

Стандарт ОСТ36-79-83 на сварочные работы имеет вид технологической карты для сварки трубопроводов, введен в действие 1 января 1984 г., причем действует до сих пор.

Стандарт состоит из 4 разделов:

• Технические требования, относящиеся к материалам труб, сварочным материалам, оборудованию, квалификации сварщиков.
• Технология сварочного процесса – для всех элементов трубопровода, кромок и стыков труб, прихваток, режимов сварки, схем для электродов, флюс-пасты, порядка выполнения, температурные параметры.
• Требования по контролю за качеством сварных соединений – на начальном этапе, в процессе работ и готовых изделий.
• требования безопасности – физические, химические и психофизиологические.

А также ряд приложений:

• материалы;
• источники питания;
• технические характеристики сварочных аппаратов;
• шланговые держатели сварочных аппаратов;
• шлифовальные машинки.

Функциональная схема технологического процесса сварки имеет вид.

В итоге, стандарты представляют собой документы, в которых собраны все необходимые данные для обеспечения повторяемости сварки при ее производстве. Также они определяют процедуру аттестации сварочной технологии, необходимую для подготовки технологической карты сварочного процесса для конкретного сварного изделия.

Особенности

На больших производственных объединениях составлением технологической карты занимаются инженеры. На небольших предприятиях эту работу сварщики делают сами. Независимо от личности составителя работа начинается с внимательного анализа материала, который требуется сварить.

Именно материал определяет выбор типа сварочного оборудования, расходных материалов и рабочих параметров. Если металл был изначально проанализирован правильно, то в дальнейшем не возникнет неожиданностей в работе, а конечный результат будет качественным.

Каждой технологической карте присваивается оригинальный шифр. Он нужен, чтобы идентифицировать карту среди прочих архивных материалов. Этот номер фиксируется в технической документации на готовую конструкцию. Карта подписывается специалистом, который ее составил.

Назначение документов при подготовке карты сварочных процессов

Единая система технической документации содержит требования и указания по подготовке технологических документов, к которым относятся документы специального назначения — карты маршрутов, операционные и технологических процессов. Руководящие документы готовятся для каждого направления промышленности. Например, такой документ для РАО Газпром расписывает сварочные, ремонтные и восстановительные процедуры на газопроводах. В него включены требования по выбору труб, их сборке, материалов, сварке стыков, обработке сварных соединений и т.п. Приводятся методы аттестации, отбраковки и контроля, технологий сварки, техники безопасности и т. д.

Рассмотрим в качестве примера типовой техпроцесс сварки фланцев к трубам.

Типовой техпроцесс сварки фланцев с концами труб

Часто используемым методом соединения являются фланцы. Они имеют вид плоских деталей разной формы, в которых сделаны специальные отверстия для крепления труб. С их помощью собираются трубопроводы разного назначения и длинные строительные конструкции. Они прочно и герметично соединяют трубы, обеспечивая гибкость в обслуживании различных стыков. Кроме этого, они соединяют трубу с различным оборудованием и клапанами.

В трубопроводной системе часто добавляют разгрузочные фланцы, позволяющие проводить регулярное техническое обслуживание системы во время ее работы. С этой целью на концы труб наваривают фланцы, которые затем соединяются между собой болтами с использованием герметизирующих прокладок. Такие дополнительные вставки в систему трубопровода позволяю подключать различную аппаратуру и устройства, делать дополнительные системы подключения.

Фланцы можно классифицировать разными способами, например:

• по типу соединений;
• по типу самих фланцев;
• на основании температурных значений и давления;
• по используемым материалам.

Для изготовления фланцев используют углеродистые, низколегированные, нержавеющие стали и комбинации экзотических материалов.

Использование фланцев весьма распространено. Поэтому разработан и ряд типовых техпроцессов, используемых в процедурах сварки фланцев к трубам.

Обычно технику сварки определяет требуемая величина люфта (зазора) в создаваемых стыках.

• При отсутствии люфта используется техника глубокого проваривания кромки трубы (технический прием — в лодочку).
• Люфт свыше 1.5 мм – технический прием поперечных колебательных движений самого электрода, выполняемых под определенным углом к осевой плоскости трубы.
• Люфт составляет 4-5 мм – метод угловых швов.

Фланцы привариваются с двух сторон для получения надежного соединения. Здесь учитывается вид конструкции и требования к креплениям.

Отметим, что в подземных трубопроводах не используются фланцевые соединения, так как фланцы являются наиболее распространенным источником утечки и пожаров.

Структурные элементы

Очень важно правильно подходить к структуре сборочно-сварочного цеха. Это производственное помещение, в котором проводятся различные операции с использованием широкого ряда разноплановых материалов.

Кроме основного цеха в структуру производства должны входить складские помещения: для металла, для расходных материалов.

В заготовительном отделе металл подготавливают к работе: проводят резку под заданные размеры, зачистку, шлифовку и прочее. Далее продукция поступает на промежуточный склад, где собираются заготовки по позициям.

Затем идет основной цех, где производится сборка, сварка деталей и узлов в единую конструкцию. Последний отдел в структуре – склад готовой продукции.

По понятным причинам в небольших сварочных цехах такое не организовать, но этого и не надо. К примеру, промежуточный склад здесь ни к чему, то же самое касается заготовительного цеха.

Как показывает практика, все операции проводятся обычно в одном помещении. А готовую продукцию хранят или на улице под навесом, или выдают тут же на руки заказчику.

Описание структуры со складами – достаточно большой комплекс, который может располагаться под одной крышей или в разных зданиях. В таких условиях не обойтись без продуманной организации логистики, позволяющей сэкономить на транспортных средствах.

В новых производствах стараются сварочные цеха расположить по блочному или модульному принципу. Вся структурная цепочка располагается на одной линии с необходимой последовательностью перемещения, начиная от исходных материалов, заканчивая готовой продукцией.

Отношение потребителей к сварочным цехам практически однозначное – это пыльное помещение, в котором работают люди в запачканных спецовках. Но не стоит думать так обо всех цехах.

Новые требования и правила представляют собой новый подход к грамотной организации труда, где в первую очередь ставка делается на человека, на его профессионализм, на то, в каких условиях он работает. От этого во многом зависит результат.

Сварка металлоконструкций и карты техпроцессов

Конструкции из металла – металлоконструкции — это общепринятое обозначение изделий из металлов и сплавов. Например, детали из профилированного металла в машиностроении, несущие стальные каркасы зданий – в строительстве.

Если вначале прошлого века обычно использовались детали, литые из чугуна, то современные создаются из стали или легких сплавов, например, алюминия. Их преимущество:

• легкость;
• коррозионная устойчивость (оцинкованные или алюминиевых сплавы);
• удобство производства;
• объемная прочность, жесткость;
• декоративность;
• скорость монтажа.

Сварка служит одним из наиболее важных и широко применяемых методов соединения металлоконструкций. Этот процесс значительно дешевле винтов и заклепок и более надежен по сравнению с пайкой или склеиванием.

Сварные детали приобретают свойства долговечности, являются надежными, легко ремонтируются и удобны в производстве.

В одной конструкции нельзя одновременно совмещать процедуры сварки и клепки из-за разного отношения к нагрузкам. Сварные конструкции предпочтительнее клепанных или склеенных из-за более низкой стоимости производства, экономии материала, большей надежности при создании герметичности швов и др.

Недостатки вызваны образованием дефектов в швах из-за возникновения внутренних напряжений при перепаде температур, некачественной сварке.

Существует множество видов соединения отдельных деталей методом сварки. В каждом конкретном случае выбирается свой вид и способ, для которых составляется технологическая карта сварки металлоконструкций.

Исходя из характера требований к сварному изделию, подбираются материалы, геометрия компонентов, вид сварного шва, техника.

Сваривание металлов регламентируется по ряду физических, технических и технологических параметров. В физический критерий включены три основных класса – механический, термомеханический, сварка дуговым разрядом.

Например, электродуговая ручная сварка – это часто используемый на практике вид электросварки, оптимальной при сваривании мягких и легированных сталей, нержавейки, чугуна, ряда цветных металлов. Очевидно, что любой вид дуговой сварки требует свою карту технологического процесса.

Система вентиляции

Вентиляция сварочного цеха – наиважнейшая составляющая и одно из главных требований организации сварочных цехов. С ее помощью из пространства рабочего места сварщика удаляются тяжелые газы от расплавления металлов и сгорания покрытий электродных стержней.

Многие делают ошибку, устанавливая над верстаком больших размеров зонд, который трубами или гофрами подсоединяется к общей системе вентиляции. Оптимальный и эффективный вариант – установить боковой отвод газов, чтобы они не поднимались выше уровня свариваемых заготовок.

Очень важно сделать точный расчет вентиляционной системы, чтобы обеспечить максимальный отсос воздуха из каждого рабочего места. Вентилятор лучше установить за пределами цеха. Особенно это будет актуально, если сварной цех организуется в гараже.

Небольшое помещение без вентиляции станет местом, где невозможно будет находиться без респиратора или противогаза. Да и СЭС разрешение на эксплуатацию такого плохо оборудованного цеха не даст. Поэтому очень важно не только установить систему вентиляции, но и грамотно рассчитать характеристики вентилятора, особенно мощность прибора.

Плюс правильно распределить воздуховоды, чтобы они не мешали при перемещении крупногабаритных деталей. А значит, придется сделать чертеж с условием грамотного расположения всех элементов системы.

Функциональная схема сварочного процесса

Стержневой электрод (диаметр 1,5-10 мм) закреплен в электрододержателей. Соприкосновение электрода с поверхностью металла вызывает электрозамыкание цепи и разогрев торца электрода. При отодвигании электрода на 3-5 мм от металла возникает дуговой разряд, который поддерживает электрический ток. Происходит интенсивный локальный разогрев, вызывающий плавление детали. К этому расплаву добавляется металл с торца электрода. Образуется совместная «сварочная ванна». Метод сварки, форма электродов и сварного шва, а также все тонкости процесса фиксируются в заранее составленной карте технологического процесса сварки.

Аттестованный сварщик, строго следуя технологической карте, отслеживает неизменность дугового зазора при соединении свариваемых краев, а также создающийся при кристаллизации расплавленного металла валик-шов.

Здесь 1.Ориентация сварочного процесса; 2.Экранирующая оболочка электрода; 3.Проволока, добавляемая в качестве плавящегося материала; 4.Газ, защищающий от воздушной атмосферы; 5.Сварочная ванна; 6.Шов, возникающий в процессе работы; 7.Свариваемая деталь.

Работа с неплавящимся вольфрамовым электродом часто требует добавку присадки из проволоки. В рабочую область для защиты от примесей из воздуха вводится инертный газ. Этот метод характеризуется возможностью точного контроля и для ручной сварки, и для механизированного процесса.

Сварка металлоконструкций допускает различные виды соединений деталей: встык, угловое, с напуском и тавровое.

Группы из разных видов сварных швов различают:

• По позиции в пространстве – снизу, горизонтально, вертикально и на потолке.
• Касательно к прикладываемому напряжению – с флангов, с торцов, в комбинации, наклонное.
• По протяженности – непрерывные или нет.
• По степени округлости – ровные, выпуклые или вогнутые.
• По типу сочленения – в стык или углом (валиком).

Все это многообразие учитывается при написании технологической карты для сварки металлоконструкций.

Карта начинается с описания возможной сферы применения. В ней подробно указываются типы металлоконструкций, по отношению к которым применима данная технология, расписывается расположение деталей и углы креплений. Определяется температурный режим.

Ядром техкарты выступает сварочный маршрут и его технические характеристики. Он подразделяется на разделы:

• Начальная подготовка работ и правила их проведения.
• Типы работ.
• Последовательность этапов.
• Схемы, конструкторские чертежи, их описание по каждому процессу.
• Техника безопасности и условия труда.
• Численность и квалификация аттестованных работников, длительность работы.
• Расходные материалы, их количество.

Четко проработанный маршрут технологического процесса дает возможность заранее оценить технические и материальные расходы, сроки работ и экономическую эффективность.

Завершающим разделом техкарты является экономический расчет необходимых материальных и людских ресурсов.

Технологическая карта на сварку стальных труб идентична вышеприведенной карте по форме, но несколько отличается по информации.

В этот документ включены следующие данные:

• Область применимости техкарты, для каких объектов она работает.
• Общие положения и рекомендации по проведению работ.
• Описание технологии и требования по организации рабочего процесса.
• Контроль качества работ.
• Условия для проведения работ и техника безопасности.
• Перечень используемой нормативной документации и ГОСТов.
• Техкарты по каждому виду сварки.

Инструкции готовятся по каждой операции в отдельности, по всей их совокупности и последовательности, по предварительному контролю свариваемых объектов на предмет неисправностей, чистоты и дефектов. Обязательно следование технике безопасности работ и противопожарным, требованиям охраны труда при подготовке рабочей площадки.

Все действия необходимо исполнять согласно операционным техкартам, входящим в технологическую карту процесса в целом. Качественность выполнения работ определяется по перечисленным там же методикам проверки швов.

В качестве примера приведем техкарту сварки трубопровода.

Практические рекомендации

Швы могут выполняться в один проход, и тогда такую спайку называют однослойной. Если сварной шов образовался путем нескольких прохождений электродов, то это многослойный шов. Соединение, которое образовалось в процессе однослойной сварки, не является пластичным и выглядит достаточно грубо. Это связано с тем, что металл в районе выполнения соединения был сильно перегрет. Но при этом именно шов, полученный в один проход экономичен и производителен.

Многослойная сварка образует аккуратный шов в результате того, что каждый проход прогревает только определенный участок металла. При этом выполняется тонкий шов, который при втором проходе увеличивается незначительно. При многослойной сварке слои могут располагаться последовательным или каскадным образом, горкой. При последовательном способе каждый из следующих слоев накладывается на предыдущий только после того, как будет выполнен полностью проход по всему шву.

Каскадным способом и «горкой» пользуются при сваривании толстых слоев металла. При любом из способов многослойной сварки один проход должен быть выполнен особенно тщательно, от этого зависит прочность полученного соединения.