Доклад на отраслевом совещании подразделений защиты от коррозии в Минске

Дуговая штифтовая пайка и её сравнение с другими применяемыми технологиями установки выводов ЭХЗ.

Ручная дуговая сварка (РДС) является тем способом, принципы работы которого объяснять нет необходимости. При установке выводов ЭХЗ этот вид сварки не является основным и широко не применяется. Его основное применение — это установка выводов ЭХЗ выполненных из стального кабеля с использованием переходной пластины на область сварочного шва.

Термитная сварка является в настоящее время основной применяемой технологией. При аттестации других технологий опираются на уровень значений, которые достигаются при термитной сварке. Она является «эталонной». Способ термитной сварки обеспечивает получение надежных, стойких к коррозии соединений (см. рис. 1). Термитная сварка осуществляется с использованием многоразовых тигель-форм и медного термита, разовых тигель-форм, или стержней для пайко-сварки в многоразовой графитовой оправке. Термитную продукцию выпускают 4 компании: «Велд-Форс», НПФ «Нефтегазкомплекс-ЭХЗ», «Квазар» и «Комбинат «Электрохимприбор».

а)  б)  в) 

Рис. 1. Внешний вид тигель-форм для термитной сварки и получаемого соединения
а) многоразовая тигель-форма; б) одноразовая тигель-форма; в) внешний вид соединения получаемого термитной сварки.

Контактная точечная (конденсаторная) сварка (КТС) как технология имеет уже достаточно большой срок применения. Но массовости не приобрела. Это в первую очередь связано с высоким весом применяемых аккумуляторных батарей в первых моделях. В настоящее время появилась возможность создания мобильного оборудования (см. рис. 2). Оборудование для КТС аттестовано компаниями «Велд-Форс» и НПФ «Нефтегазкомплекс-ЭХЗ».

а)  б)  в) 

Рис. 2. Оборудование для конденсаторной сварки
а) Установка «ЭХЗ-КТС» в комплекте; б) Установка НГК-УКПВ ЭХЗ; в) внешний вид соединения получаемого конденсаторной сваркой.

Самая новая технология для России — это дуговая штифтовая пайка или pinbrazing. В Европе опыт применения данной технологии составляет уже более 55-ти лет. В ОАО «Газпром» технология была аттестована в начале 2012 года (см. рис. 3). Оборудование для дуговой штифтовой пайки поставляют компании «Газстройсервис» и «Химсервис».

а)  б)  в) 

Рис. 3. Оборудование для дуговой штифтовой пайки
а) Установка «ECONECT»; б) Установка ПКВ «Менделеевец»; в) внешний вид соединения получаемого дуговой штифтовой пайкой.

При аттестации технологии, для включения в реестр, к ней применяют несколько основных требований. Каждая технология должна обеспечивать уровень:

— прочность при сдвиге (не менее 50 МПа);

— твердость вдоль и поперек линии проплавления (различно в зависимости от класса прочности стали);

— переходное сопротивление (не более 0,1 Ом);

— визуальный контроль соединения на отсутствие дефектов, а также макро и микроисследования шлифов.

Все перечисленные технологии разрешены к применению, а значит, удовлетворяют основным требованиям Газпром. Как же понять какой способ применять? В таких случаях начинают сравнивать удобство использования, экономичность, технологические свойства.

Технология РДС имеет ограниченное применение, т.к. приварке подвергаются стальные кабели. Прочность соединения не подвергается сомнению. Время необходимое для создания соединения не велико, хотя и требует подготовки переходной пластины, переходное сопротивление минимально. Оборудование для РДС при строительстве и обслуживании газопроводом всегда в наличии. Стоимость материалов низка. Но при этом РДС имеет и отрицательные характеристики — это температурное влияние на металл трубопровода, выделение сварочных дымов, персонал должен быть обеспечен специальными средствами индивидуальной защиты. Имеются так же ограничения по применению из-за погодных условий.

Основным преимуществом применения термитной сварки является отсутствие оборудования, что обеспечивает высокую мобильность технологии. Тем не менее, при использовании многоразовых тигель-форм и проведении работ на действующем газопроводе с использованием устройства для дистанционного поджига суммарный вес оснастки составляет не менее 10 кг. Время необходимое для подготовки и проведения сварки сравнимо с РДС. Создаваемые соединения имеют достаточную прочность и обеспечивают отличные значения переходного сопротивления. К отрицательным сторонам применения термита можно отнести температурное влияние, большое выделение сварочных дымов при горении термита, капризность процесса в условиях повышенной влажности (к термиту также предъявляются достаточно строгие требования к условиям хранения и срока использования). Персонал, проводящий работы, должен выполнять ряд правил для обеспечения своей безопасности. Возможность адаптации для приварки кабелей различного диаметра удовлетворительная.

Технология КТС давно известна, но широкого распространения не получила. Ранние образцы имели большой вес и необходимость питания от сети и в связи с этим не получили широкого внедрения. Новое оборудование, которое было спроектировано российскими компаниями и аттестовано в последние несколько лет уже может, условно, называться мобильным. Вес установок по-прежнему велик для постоянного ношения и составляет от 22 кг. Конденсаторная сварка позволяет устанавливать выводы ЭХЗ с необходимой прочностью и достаточно малым временем подготовки. Соединение имеет хорошие параметры переходного сопротивления, температурное влияние на металл оказывается небольшое и в ограниченной зоне. При производстве работ процесс безопасен для персонала и не требуется специальной защиты. Технология легко адаптируется под установку кабелей разного диаметра. Расходные материалы имеют достаточно низкую стоимость. К недостаткам КТС можно отнести все еще большой вес оборудования и невозможность применения оборудования в условиях повышенной влажности.

Технология дуговой штифтовой пайки при аттестации в НАКС классифицируется, как ПАК. Разогрев припоя осуществляется за счет электрического дугового разряда, а припой с флюсом располагаются на патроне для пайки цилиндрической формы, выполненного из латуни. Аппараты ECONECT производятся шведской компанией «SAFETRACK BAAVHAMMAR AB» с 2010 года. Особенностью технологии является крайне стабильное получение паяных соединений с высокой электропроводностью и прочностью. При пайке в незначительном количестве выделяются дымы от сгорания флюса. В составе припоя и флюса отсутствуют токсичные вещества. Работа с оборудованием не требует специальной защиты для персонала. Время необходимое для припайки одного вывода ЭХЗ минимальное (сама пайка занимает около двух секунд, а подготовительные операции 1,5–2 минуты).

Процесс пайки происходит под контролем электронного блока, который обеспечивает минимальные тепловложения необходимые для нагрева припоя до рабочей температуры в 650 °С. Таким образом, в зоне термического влияния в месте пайки структура металла остается без изменений и образование мартенсита не происходит.

В процессе всего процесса пайки расход энергии контролируется и остается постоянным, электронные компоненты учитывают также температуру окружающей среды и сопротивление электрической цепи. Такой подход обеспечивает неизменность получаемого результата при разных состояниях окружающей среды в широких пределах.

При аттестации аппарата ECONECT совместно с ОАО «ВНИИГАЗ» были ограничены границы использования данного метода для обеспечения технологического запаса при использовании в сложных условиях или при недостаточной квалификации персонала.

Дуговая штифтовая пайка при необходимости может производиться:

— в любых погодных условиях (наличие осадков не влияет на результат);

— температурный диапазон применения составляет от –20 °С до +40 °С;

— в любом пространственном положении (включая потолочное);

— при толщине стенки от 2 мм и диаметре газопровода от 20 мм;

— минимальная площадь сечения вывода ЭХЗ 2,5 мм²;

— расходные материалы пригодны к использованию даже после длительного хранения.

В настоящее время оборудование «SAFETRACK» производится в Швеции, но начиная с четвертого квартала 2016 года, оборудование будет выпускать в России.

Рассмотрев, таким образом, используемые технологии установки выводов ЭХЗ можно оценить различные характеристики по пятибалльной шкале (см. таблицу 1) и по результатам оценки произвести выбор технологии для использования.

Таблица 1

Можно с уверенностью сказать, что термитная сварка по-прежнему эффективна при малых количествах установки выводов ЭХЗ, при текущем содержании систем коррозионной защиты и на участках реконструируемых газопроводов с количеством установок до 200 в течение небольшого периода времени. На объектах ГАЗПРОМа, где количество установок выводов ЭХЗ больше, в цеховых условиях или при установке анодов на трубы, предназначенных для подводных переходов можно рекомендовать использовать дуговую штифтовую пайку или конденсаторную сварку.

В данном докладе проведена сравнительная оценка различных способов установки выводов ЭХЗ. Оценка является субъективным мнением докладчика. Все производители термоматериалов и оборудования отказались предоставить официальные данные о проведенных испытаниях при включении в реестр Газпром.