Статья "Сварка труб и подготовительные операции"
статья

Сварка труб и подготовительные операции

Самым надежным способом соединения металлических труб является сварка. Выполняется она при помощи ручных, полуавтоматических и автоматических сварочных аппаратов. Ручная дуговая сварка труб позволяет создавать систему трубопроводов любой конфигурации и диаметра.

Качественная ручная сварка труб определяется, помимо самого сварочного аппарата, ещё и правильным выбором электродов:

• Для труб большого диаметра следует выбрать электроды с целлюлозным покрытием;
• Для сваривания угловых швов и т.н. «прихваток» необходимо применять электроды с рутиловым покрытием;
• Для труб небольшого диаметра и среднего, применяются электроды с основным покрытием..

При выборе сварочных аппаратов отдайте предпочтение модели с несколькими режимами работы, адаптированными под особенности применения «целлюлозных» и «рутиловых» электродов, а также способных работать с конкретной маркой стали и толщиной трубопровода.

Еще раз подчеркнём: качество сварочных работ определяет не конкретная модель сварочного аппарата, а толщина стенки трубы, электроды необходимого диаметра и правильно выставленные сила и напряжение тока.

Выбор режима сварки

• Род и полярность тока зависит от толщины стенки трубы, марки стали и марки покрытого электрода.
• Сварочный ток определяется толщиной электрода. Чтобы его рассчитать, надо диаметр электрода умножить на (30-40). Полученное число будет равняться сварочному току в амперах.
• Напряжение на дуге определяется ее дугой. Оптимальная длина дуги находится в диапазоне от половины диаметра электрода до полного диаметра электрода плюс 1.
• Скорость сварки сварщик выбирает в зависимости от геометрических размеров шва.

Сейчас в сети Интернет можно найти таблицы зависимостей всех перечисленных величин. Кроме того, там можно найти множество обучающих материалов, в которых подробно освещена электросварка труб: видео, инструкции, рекомендации.

Сборка стыков труб малого диаметра (до 100 мм) при толщине стенки от 2 до 10 мм из низкоуглеродистых сталей:

• Cтыки собирают в приспособлениях и прихватывают в одной или двух точках. Если точек прихвата две, то они располагаются симметрично.
• Стыки, скрепленные одной прихваткой, обваривают сразу, начиная со стороны, противоположной прихватке;
• Если толщина стенки меньше 3 мм, прихватку выполняют электродом диаметром не более 2,5 мм;
• Стыки изделия с толщиной стенки более 4 мм сваривают не менее, чем в два слоя – корневым швом и облицовочным валиком.
• При сварке деталей диаметром от 30 до 83 мм вертикальный стык сваривается участками по ¾ периметра;
• Каждый последующий валик горизонтального стыка укладывается в противоположном направлении;
• «замковые» участки последующих валиков смещают относительно предыдущих швов.

Поворотные стыки:

• При сварке стыков во вращателях скорость вращения изделия должна равняться скорости сварки.
• Положение сварочной ванны, наиболее удобное для формирования шва, находится не в самой верхней точке стыка, а в точке, отстоящей от вертикали на 30-35 градусов в сторону, противоположную вращению.
• Если применение вращателей нецелесообразно или их нет, свариваемые стыки надо поворачивать на углы 60-110 градусов. Благодаря этому, шов формируется в самом удобном, нижнем положении.
• трубы с поворотом на 180 градусов сваривают в три приема:

1. сначала в два приема сваривают две верхние четверти диаметра трубы в направлении навстречу друг другу одни или двумя слоями;
2. затем переворачивают трубу на 180 градусов и сваривают оставшуюся часть стыка на всю толщину;
3. затем трубу еще раз поворачивают на 180 градусов и проваривают оставшуюся разделку.

Сварка неповоротных стыков

• Вертикальные неповоротные стыки варятся в два приема. Периметр стыка условно делится вертикальной осевой линией на два участка. Каждый из них имеет три положения: потолочное, горизонтальное и нижнее. Потолочным называется участок, занимающий примерно 20 градусов от самой нижней точки детали.

Нижним положением – участок, занимающий тоже примерно 20 градусов от верхней точки детали. Между этими положениями располагается горизонтальное положение. Сварка начинается с потолочного положения и заканчивается нижним (т. е. ведется с крайней нижней точки детали к крайней верхней).

Каждый участок варится короткой дугой, равной половине диаметра электрода. Перекрытие швов (замок) зависит от диаметра детали и может составлять от 20 до 40 мм. Начинать сварку надо «углом назад», а заканчивать «углом вперед».

• Горизонтальные неповоротные стыки варятся «углом назад». Наклон электрода относительно вертикальной оси должен составлять 80-90 градусов. Варить надо средней дугой.

Особенности ручной дуговой сварки труб

При проведении дуговой варки труб следует учитывать несколько важных нюансов:

1. При сварке труб необходимо постоянно отслеживать длину электрической дуги, поскольку она определяет размер газовой оболочки, препятствующей попаданию воздуха в зону сварку.
2. Сварка производится плавными движениями, что гарантирует равномерное заполнение шва расплавленным металлом.
3. Плавные движения из стороны в сторону контролируют толщину наплавки шва.
4. Изделия с большим сечением и толстыми стенками свариваются с внутренней стороны и внешней.

Виды трубопроводов и сварка

Трубопроводов существует огромное количество, которые используются для перемещения разных материалов и рабочих жидкостей. Отталкиваясь от их предназначения, есть следующая классификация:

• технологические;
• магистральные;
• промышленные;
• трубопроводы газоснабжения;
• водяные;
• канализационные.

При изготовлении трубопровода применяются различные материалы – керамика, пластик, бетон и различные виды металлов.

Существует множество типов сварки, которые разделяются по многим классификациям. Перед тем, как варить трубы, нужно разобраться, каким способом лучше всего это делать. Теоретически, каждый вид подходит для сварки труб малого диаметра и большого. Она может осуществляться плавлением и давлением. К методам плавления относятся электродуговая и газовая сварки, а к методам давления – газопрессовая, холодная, ультразвуковая и контактная. Самыми распространенными способами для соединения коммуникаций является ручная электродуговая и механизированая.

Порядок подготовительных работ

Сварка труб ручной сваркой потребует от вас ряда подготовительных действий:

1. Зачистить края труб и прилегающую около шовную зону от грязи, ржавчины и масел.
2. Для качественного сваривания элементы трубопровода необходимо установить «встык» и выровнять друг относительно друга.
3. Выставить оптимальный режим сварки и установить на сварочный аппарат электроды, отвечающие технологическим требованиям.
4. Перед началом сварочных работ установите на трубах заземляющие контакты.
5. Чтобы надёжнее закрепить элементы трубопровода друг с другом, сделайте по окружности несколько прихваток – небольших сварных швов, фиксирующих точное положение свариваемых элементов.

Режимы и ГОСТ

Обыкновенный универсальный аппарат для сварки дугой ручного типа может обеспечивать различные виды режимов его функционирования.

Данная функция позволяет обеспечить контролируемость некоторых параметров. На корпусе любого аппарата выполняется соответствующая маркировка, классификация, по которой можно произвести выбор необходимого режима.

Качество соединения при выполнении дуговой сварки ручного типа во многом зависит от правильно подобранного режима ее работы.

Так, на выбор режима оказывают влияние диаметр используемого электрода, выбранный параметр тока, а также показатели напряжения непосредственно на дуге.

Кроме этого, во многом он зависит и от марки самого материала.

Для дуговой сварки можно самостоятельно произвести расчет режима ее работы, для чего следует взять толщину материала и габариты используемого электрода и варить им.

Для того чтобы при выполнении соединения дуговой сваркой шов был высокого качества, необходимо изучить соответствующий ГОСТ.

Он регламентирует размеры соединений, особенности конструктивных элементов, типы и марки материалов, которые следует использовать в процессе работы.

Аппарат для дуговой сварки должен в полной мере обеспечивать выполнение ГОСТ. Следует отметить и то, что выбор режима работы для дуговой сварки также следует делать, исходя из рекомендованных нормативов.

Различные виды нормативов при их строгом соблюдении дают возможность производить работу максимально качественно.

Следует отметить и то, что дуговая сварка ручного типа может быть использована для работы с самыми разными видами металлов, для каждого из которых в отдельности подбираются только свои параметры выполнения соединения.

Различные техники выполнения дуговой сварки

Сварку трубопроводов можно выполнять несколькими технологическими способами:

Сварка с поворотом стыка

Сначала делаются три прихватки на 4, 8 и 12 часов. Затем выполняются два основных шва примерно с 1 до 5 часов и с 11 до 7 часов. После этого труба поворачивается на 90 градусов и наносятся завершающие швы, которые полностью герметизируют соединение двух швов.

Для предотвращения прожогов рекомендуется использовать для первого слоя 4-миллиметровый электрод марок СМ-11, ВСЦ-1 или УОНИ-11/45(55), а для создания электрической дуги выставить силу тока в 130 А (±10 А). Для выполнения второго и третьего слоёв необходимо взять 5-6-миллиметровые электроды, а силу тока следует увеличить до 200-250 А.

Сварка без поворота стыка

Данная технология применяется при работе со стационарными трубопроводами, которые невозможно двигать. Первый слой выполняется снизу-вверх, а вторые и третьи можно выполнять как сверху-вниз, так и снизу-вверх.

Сварку труднодоступных мест, например, части трубопровода, прижатой к бетонной подушке или к кирпичной стене, необходимо производить через врезку – технологическое отверстие сверху трубы. Когда сварочные работы завершены, технологическое отверстие также заваривается.

Сварка труб в зимних условиях

При отрицательных температурах происходит быстрое охлаждение сварочной зоны, а удаление раскалённых газов из расплавленного металла, наоборот, затрудняется. Из-за этого трубная сталь становится хрупкой, от чего резко возрастает опасность возникновения термического разрушения стали, появления горячих трещин, отходящих от сварного шва, а также закалочных структур.

Чтобы избежать этих дефектов, необходимо, во-первых, максимально плотно соединить друг с другом элементы трубопровода, во-вторых, необходимо раскалить поверхность металла до светло-красного оттенка, наконец, в-третьих, силу тока необходимо увеличить на 10-20%. Это позволит добиться вязкого и пластичного сварного шва, который надежно герметизирует зазор между трубами даже при сильном морозе.

Выбор электродов

Соединение сегментов стальных трубопроводов должно вестись при помощи качественных расходных элементов, иначе вряд ли удастся достичь хорошего результата.

Например, если речь идет о выборе электродов, то лучшими считаются следующие модели:

• АНО-21, АНО-24 и МР-3. Функционируют на переменных токах. Допускается работа даже при мокрой обмазке. Стоимость изделий невысока, что объясняет их востребованность в быту, они идеально подходят для того, чтобы соединить конструктивные элементы ворот, теплиц и других конструкций небольшой массы, не испытывающих высоких нагрузок. Работа с трубопроводами, транспортировка среды в которых ведется под значительным давлением, не допускается.
• УОНИ. Качество сердечников заслуживает лестных отзывов даже со стороны профессиональных сварщиков, но они имеют минус – работа не может вестись с высокой скоростью. Необходимо постоянно следить за стабильностью дуги, шов наплавляется постепенно, так что у работника должен иметься определенный опыт взаимодействия с классическими электродами АНО и МР.
• Отлично для металлических труб подходят электроды LB-52U. Это японская разработка. Именно ей отдают предпочтение при реализации крупных проектов. Они формируют ровную и стабильную дугу, получаемый шов сочетает в себе прочность и эстетичность. Минус – довольно высокая стоимость, но подходят они и специалистам, и новичкам.

Основные методы

Соединение может выполняться одним из следующих способов:

1. Встык, когда соединяемые трубы размещаются друг напротив друга. Наиболее распространенный вариант, отличающийся относительной простотой реализации. Впрочем, и он характеризуется определенными сложностями. Первый момент – работу лучше вести снизу. Второй момент – необходимо тщательно проваривать металл, чтобы глубина провара соответствовала толщине стенки.
2. Внахлест. Данный метод ориентирован на соединение элементов, изначально различающихся по диаметру, либо сегментов, один из которых развальцован, то есть его диаметр увеличен намеренно, методом механического воздействия.
3. Тавровое соединение выполняется под 90-градусным углом.
4. Угловое соединение предполагает, что угол между соединяемыми отрезками менее 90 градусов.
   Полезные рекомендации

Перед тем, как варить трубы электросваркой, стоит запомнить ряд советов, следование которым упростит процесс, а также улучшить качество конечного результата:

• Если соединение осуществляется стыковым или тавровым методом, то лучше всего показывают себя электроды, диаметр которых варьируется от 2 до 3 миллиметров.
• Рекомендуемая сила тока – от 80 до 100 ампер, исключение составляет только сварка внахлест, когда ее рекомендуется увеличить до 120 ампер.
• При заполнении сварочного шва нужно ориентироваться на то, чтобы подъем металла над плоскостью элемента достигал 2-3 миллиметров.
• Если труба имеет в сечении не привычные овалы или круги, а профили, то есть прямоугольники и квадраты, то используется точечный способ ее соединения.

Суть его состоит в том, что изначально нужно сварить небольшой участок с одной из сторон. Далее – аналогичный участок на противоположной стороне, после – на оставшихся двух плоскостях. Только после этого труба сваривается окончательно.

Подготовительные операции

Окончательное качество стыковки зависит не только от профессионализма сварщика и использования “правильных” электродов, но и от того, насколько грамотно выполнена предварительная подготовка.

Заключается она в следующих операциях:

• Проверка соответствия геометрии соединяемых элементов выбранной технологии. Необходимо помнить, что толщина стенок должна быть идентичной, иначе не удастся полноценно проварить толстостенную трубу, а в случае работы с тонкостенным изделием, наоборот, увеличивается риск сквозного прожога.
• Не допускается наличие дефектов на свариваемых изделиях, будь то трещины, заломы или деформации. В процессе температурного расширения они могут превратиться в участки полного разрушения конструкции.
• Не допускаются геометрические отклонения среза. Его угол должен составлять 90 градусов, иначе сварочный шов окажется недостаточно прочным, возникнут проблемы с его формированием, что будет представлять угрозу разрушения всей конструкции.
• Кромки соединяемых труб необходимо зачистить до появления блестящей металлической поверхности, для чего применяется грубая наждачная бумага или специальная щетка. Минимальная протяженность зачищаемого участка – сантиметр от кромки.
• Удаляются жировые и другие загрязнения, следы краски и проявления коррозии. Наиболее эффективное средство удаления – химический растворитель.

Особенности процесса

Технология сварки труб предполагает следование следующим правилам:

• Шов должен быть беспрерывным, то есть заканчиваться в точке своего начала. Отрывы электрода от поверхности не допускается. Выполнить правило невозможно, если диаметр трубы слишком велик. В такой ситуации используется многослойная сварка. Число слоев нужно соотносить с толщиной стенок.

2 слоя соответствуют толщине менее 6 миллиметров, 3 – от 6 до 12, 4 – более 12. Перед нанесением последующих слоев нужно убедиться, что первый полностью остыл

• Перед тем, как сварить две трубы, их нужно зафиксировать. Прихватка упростит работу, исключит поперечные и продольные перемещения, позволит сформировать ровный и прочный шов без лишних усилий.
• При толщине стенки трубы более 4 миллиметров допускается формирование коренного шва, основная особенность которого – заполнение области между соседними кромками на полную глубину. Альтернатива коренному шву – валковый аналог, который идентифицируется по 3-миллиметровому валику сверху шва.
• Проверка качества шва. Он простукивается молотком, что позволяет удалить включения шлака. После этого проводится визуальный осмотр, не допускаются трещины, участки с недостаточным проваром, сколы, выемки, прожоги.

Если по трубам будет транспортироваться жидкость или другая среда, находящаяся под давлением, то проводится тестовый запуск, позволяющий определить герметичность.