Аргонодуговая сварка трубопроводов высоколегированных сталей на

Аргонодуговая сварка труб

Дуговую сварку с защитой дуги инертным газом (аргоном или гелием) применяют для производства тонкостенных труб (с прямым швом) диаметром 15—426 мм и толщиной стенки 0,2—5 мм из высоколегированных сталей аустенитного класса, а также из никеля и его сплавов, магния, циркония и др. Наибольшее распространение такая сварка получила для выпуска труб диаметром от 6 до 71 мм с толщиной стенки от 0,4 до 3,0 мм.

Существенным преимуществом метода аргонодуговой сварки является возможность сварки труб из высоколегированных сталей, а недостатком — сравнительно низкие скорости сварки: 0,5—1,5 м/мин.

В качестве исходной заготовки при этом методе сварки труб применяют ленту в рулонах. Оборудование для подготовки и формовки заготовки принципиально не отличается от описанного выше для сварки труб сопротивлением и радиочастотной.

Аргонодуговая сварка труб может производиться на тех же трубоэлектросварочных агрегатах, что и радиочастотная сварка, и сварка сопротивлением. Заменяют лишь радиочастотный ламповый генератор или сварочный трансформатор на соответствующее устройство для дуговой сварки. При этом соответственно снижается и скорость привода установкой специальных редукторов.

Рис. 187. Схема аргонодуговой сварки прямошовных труб: 1 — смотровое окно; 2 — вольфрамовый электрод; 3 — сварочная горелка; 4 — уплотняющая прокладка; 5 — свариваемая труба; 6 — уплотнительное кольцо; 7 — полугерметичная камера; 8 — приспособление для поддува газа; 9 — опорно-сварочные валки; 10 — верхняя крышка камеры; 11 — баллон с газом

Схема аргонодуговой сварки прямошовных труб показана на рис. 187. Трубная заготовка из формовочного стана поступает к сварочному стану. Между кромками трубной заготовки и не плавящимся электродом из вольфрама возбуждается электрическая дуга. Происходит расплавление кромок заготовки. Обжимаясь в опорно-сварочных валках, кромки свариваются. Применяемый внутренний поддув зоны сварки позволяет значительно уменьшить величину внутреннего грата. Небольшая толщина стенки (1,5—3,0 мм) и необходимое сварочное давление дают возможность вести процесс без применения присадочного материала.

Применение аргона в качестве защитного газа обеспечивает более устойчивое горение сварочной дуги, лучшую защиту сварного соединения и меньшее провисание металла шва по сравнению с гелием, так как потенциал ионизации гелия выше, а плотность меньше, чем у аргона. Поэтому применение аргона для сварки труб из нержавеющей стали, титана и др. более целесообразно. Аргон подается в камеру через сопло сварочной головки под избыточным давлением 19,6—49 кн/м² (0,2—0,5 am). Внутрь трубы аргон подается под избыточным давлением 29,2—98,1 кн/м² (0,3—1,0 ат).

При производстве труб диаметром до 100 мм применяют вольфрамовый электрод одного диаметра, равный 4 мм. При аргонодуговой сварке используют постоянный ток напряжением 12—15 в и силой 150—200 а (это зависит от размера свариваемых труб). Для получения постоянного тока применяют сварочный трансформатор и преобразователь постоянного тока. Расход аргона при сварке со скоростью до 1 м/мин составляет 15—30 л/мин. На стане предусмотрена регулировка электрода как по высоте, так и поперек оси сварки.

Особое внимание при аргонодуговой сварке труб уделяют чистоте кромок. Кроме этого, при производстве труб из цветных металлов (титан, ниобий и т. д.), а также из высоколегированных сталей особенно следят за хорошей чистотой поверхности трубы. В связи с этим для уменьшения налипания металла валки последних клетей формовочного стана иногда выполняют составными. Участки валка, где имеется наибольшая вероятность налипания, изготовляют из текстолита или пластмассы. Наружный грат на трубе, образовавшийся после сварки, зачищают в потоке иглофрезой. После зачистки грата и охлаждения трубу калибруют на калибровочном стане и разрезают на мерные длины резцовым отрезным устройством.

При аргонодуговой сварке предел прочности металла шва обычно на 10—20% выше, чем основного металла, а относительное удлинение ниже на 10—30%.

Трубы, сваренные этим способом, в основном предназначены для химической промышленности. Поэтому после сварки их подвергают холодной прокатке и волочению, последующей термической обработке для полного выравнивания свойств шва и основного металла. Это повышает коррозионную стойкость шва.

Аргонодугсвая сварка в сравнении с другими известными способами сварки труб из легированных сталей имеет следующие преимущества:

1. полная защита металла и электрода от окисляющего воздействия кислорода воздуха;
2. возможность работы без специальных электродных покрытий, флюсов и последующей очистки шва от флюсов и шлаков;
3. устойчивость горения дуги, что облегчает осуществление непрерывного процесса сварки;
4. высокие механические свойства и коррозийная стойкость сварного шва, а также хороший внешний вид;
5. безопасность напряжения сварочного тока как при холостом ходе, так и при горении дуги.

Завараживающий мир сварки — работаем с трубами

Сварка труб сложный, но интересный процесс

При Tig-сварке труб используют защитные газы гелий, аргон или их смеси. Для ручной сварки в основном рекомендуется использовать чистый аргон, а для автоматической чаще всего берут очищенный гелий для увеличения скорости процесса. Аргонодуговая сварка может использоваться с комбинацией газов из аргона и гелия. В то же время, аргонная сварка с такой смесью, как аргон с водородом, не применяется с нержавеющими сталями.

Технология производства работ для трубопроводных систем

Сварка аргоном труб начинается с фиксации свариваемых деталей с помощью механических приспособлений, которые обеспечат жесткое крепление. Для этого берут прижимные устройства, различного вида кондукторы и тиски. Свариваемые детали сжимают так, чтобы между ними оставался минимальный зазор. Трубы толщиной меньше 4 мм должны сжиматься с усилием 1,2 кН, а при любой большей толщине – не меньше 0,3 кН. Аргонодуговая сварка производится только при жестком креплении труб. Если произвести замедленную съемку на видео, то заметно, что малейшие движение трубы деформирует структуру шва.

Наиболее удобно начинать процесс сваривания труб справа налево. Во время движений горелка аппарата должна располагаться к свариваемой поверхности под углом 75-80 градусов. Лучше, если горелка имеет наклон в противоположную сторону движению сварки. Когда идет сварка, пруток для присадки располагается под углом в 90 градусов под углом к мундштуку горелки. Присадочный пруток нельзя подносить слишком близко к дуге, потому что ненужный частицы попадут в сварочную ванну, где устанавливаются межатомные связи между металлами. Это легко заметить, если снять видео, во время сварочных работ. В то же время присадочный пруток должен находиться от свариваемой поверхности под углом в 15-20 градусов. Это будет оптимальное положение, чтобы получилась качественная сварка.

Кроме ручного способа существуют автоматический тип соединения труб. Для него используют автоматы орбитальной Tig-сварки.

Есть два типа автоматических сварочных систем:

• Сварка аргоном поворотного типа: когда трубы двигаются вокруг своей оси, а зафиксированная в неподвижном положении головка горелки с аргоном производит сварку по шву.
• Сварка аргоном орбитального типа: в этом случае трубы фиксируются в любом пространственном положении, а сварочная головка с аргоном вращается по окружности вокруг трубы.

Для фиксации трубы используют орбитальные сварочные скобы с аргоном. Эти скобы могут оснащаться механизмом для подачи проволоки. Скобы рассчитаны на диаметр трубы до 200 мм. В сети Интернет можно найти видео, на котором записана аргонодуговая сварка огромных труб. Один тип скоб может успешно применяться для труб разного диаметра. Например, есть сварочные скобы с аргоном для труб диаметром 17-49 мм, 33-90 мм и 60-170 мм.

Существуют сварочные скобы закрытого типа с аргоном, которые обхватывают весь диаметр трубы. А затем, после подачи аргона, сварочная головка начинает проваривать область шва. Это нужно чтобы защитить металл от окисления. Особенно это важно, когда требуется шов исключительно чистый и ровный, например, в трубах для медицинской промышленности или для титановых труб.

Процесс подготовки металлов

Аргонная сварка позволяет соединять такие трудные металлы, как алюминий, легированная и нержавеющая сталь. Поэтому и процесс подготовки перед сваркой деталей, тоже очень ответственный этап. Алюминий – активный элемент, который при соединении с кислородом образует оксидную пленку. Она мешает двум деталям соединяться с помощью сварки.

Все кромки будущего сварного соединения у труб из алюминия, нержавеющих или легированных сталей должны быть зачищены стальной щеткой. Если поверхность труб обезжирена, то аргонодуговую сварку можно проводить непосредственно после зачистки кромок. В противном случае нужно использовать растворитель. Особенно важно удалить жир с поверхности высоколегированных сталей. При аргонодуговой сварке таких труб, наличие жира делает шов пористым и снижает стабильность дуги.

Сварочный процесс уже не требует вмешательств людей

При большой толщине труб, когда не хватает прохода однослойным швом, используются аргоновая сварка за несколько проходов. Для этого на этапе подготовки необходимо сделать скосы на торцах стенки трубы. При соединении труб из нержавейки на оборотной стороне шва происходит окисление. Поэтому в процессе сваривания используют медные или стальные подкладки для обратной стороны трубы.

Проверка качества швов

Самым очевидным является визуальный осмотр, с помощью его можно сразу определить наглядные дефекты шва. Перед осмотром швы зачищают от шлака и загрязнений. Если это необходимо, то результаты осмотра записывают на видео. После осмотра выявляют дефектные участки. Аргонодуговая сварка позволяет получить прочный и небольшой шов, поэтому визуально трудно определить его качество. Следующий способ проверки сварного шва труб – просвечивание рентгеном или гамма-лучами. Если сварной шов сделан плохо, то дефектные места проявятся на рентгеновском снимке в виде темных пятен.

Магнитографический способ

После того, как аргонодуговая сварка закончилась, берут магнитную ленту и прижимают с помощью резиновой прокладки к исследуемому сварному шву. После этого с помощью магнитографического дефектоскопа снимают показания магнитного поля. Если в сварном шве присутствуют дефекты, то прибор зафиксирует их в виде специфических магнитных отпечатков. Этот метод позволяет найти поры в сварке, небольшие трещины, непровары или шлаковые включения.
Также производят проверку ультразвуком. Отраженные высокочастотные колебания отражаются в показаниях на индикаторе, после чего ясна структура шва.

Испытание пневматикой

С одной стороны трубы создается повышенное воздушное давление, а с другой на шов наносят мыльную пену. Если аргонодуговая сварка сделана некачественно и есть неплотные места, то воздух пройдет и покажется на пенке в виде пузырьков. Химический метод. В этом случае трубы обрабатываются 4-х процентным раствором фенолфталеина на участке шва, а затем в нее нагнетается смесь воздуха и аммиака. В местах, где аргонодуговая сварка была некачественной и образовалась течь, азотнокислое серебро на трубе окрасится в серебристый цвет.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка в защитных газах

Аргонодуговую сварку применяют при изготовлении изделий из высоколегированных сталей и цветных металлов. Вместе с тем на некоторых предприятиях, недостаточно освоивших способ сварки в углекислом газе, аргонодуговая сварка неплавящимся электродом используется при изготовлении изделий из легированных сталей с кольцевыми стыковыми соединениями, когда по тем или иным причинам нельзя применять стальные остающиеся и медные (съемные) подкладки.

Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом в этом случае позволяет выполнить корень шва с надежным проваром без прожогов. В таких соединениях применяют U-образную разделку кромок с притуплением 1,5—2,0 мм и точным совпадением кромок без зазоров.

В мире нашли широкое применение два типа стыковых соединений под аргонодуговую сварку: рюмкообразное одностороннее с выгнутыми кромками в корне соединения и с фигурной кольцевой вставкой из проволоки диаметром 3—4 мм, расплавляющейся в процессе сварки.

В отдельных случаях при необходимости предупредить окисление шва с внутренней стороны, а также для улучшения формирования корня шва применяется газовая подкладка. Газовой подкладкой служит аргон, вдуваемый под незначительным давлением внутрь сосуда или трубы.

Хороший провар без прожогов корня шва кольцевого поворотного соединения с V-образной разделкой кромок, с обратным формированием валика шва получается при аргонодуговой автоматической сварке вольфрамовым электородом и автоматической подачей позади дуги стальной тонкой присадочной проволоки требуемого состава с дополнительным ее подогревом от трансформатора переменного тока.

Диаметр вольфрамового электрода (от 3 до 4 мм) и присадочной проволоки (1,2—1,4 мм), скорость сварки, скорость подачи проволоки, сила тока и напряжение дуги выбирают в зависимости от толщины стенки свариваемых труб. Полное заполнение разделки можно также выполнять таким же способом.

При толщине стенок труб 8 мм и более целесообразно заполнение разделки выполнять плавящимся электродом (проволокой выбранного для данной стали состава) диаметром 1,6 мм самостоятельным автоматом, расположенным параллельно с первым, с наложением импульсов тока от генератора импульсов, например, ГИД-1, используя его одновременно и для дополнительного подогрева проволоки. Для этого один токоподвод импульсника подключают на 50—70 мм выше контакта основного сварочного тока.

В качестве защитного газа при выполнении вторых слоев шва можно использовать аргон, смесь аргона с 3—5% кислорода, аргона с 15—25% углекислого газа или (при сварке спецсталей и сплавов, не допускающих излишка кислорода в шве) 25÷35% аргона с 75÷65% гелия.

Если в свариваемом металле имеются примеси редкоземельных металлов, то дуга в аргоне горит неспокойно, блуждает по кромкам.

При аргонодуговой сварке высоколегированных сталей вольфрамовым электродом в качестве присадочного металла применяют электродные проволоки того же состава, что и для дуговой сварки данной стали под флюсом.

Механические свойства сварных швов и соединений из некоторых высоколегированных сталей, выполненных аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом, приведены в табл. 82.

Таблица 82. Механические свойства сварных швов и соединений, выполненных аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом на тонколистовых высоколегированных сталях при умеренных режимах.

Источники:

http://www.pipe-technology.ru/welding.php?id=43
http://zavarimne.ru/texnologiya/zavarazhivayushhij-mir-svarki-trub/
http://www.prosvarky.ru/mehanizirov/automatweld/20.html