Методы сварки технологических труб

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Технологическими считают трубопроводы предприятий, служащие для транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, топлива, воды, пара и т. д. Согласно СНиП III —Г.9—75 технологические трубопроводы подразделяются:
— по рабочим параметрам транспортируемого продукта (давление, температура) —на пять категорий: I, II, III , IV, V;
— в зависимости от свойств транспортируемого продукта (химическая активность, токсичность, горючесть, взрывоопасность и т. д.) —на шесть групп: А, Б, В, Г, Д, Е. Самые строгие требования предъявляются к сварке трубопроводов I категории.

Кромки труб разделывают в соответствии с ГОСТ 16037—80 и специальными требованиями строительных нормалей. При подготовке стыков труб под сварку проверяют перпендикулярность плоскости реза трубы к ее оси, равенство толщин стенок, смещение кромок. Допускаемая разность толщин стенок свариваемых труб и смещение их кромок регламентируется специальными требованиями:
1) для технологических трубопроводов в соответствии со СНиП III —Г.9—75 (таблица 18);
2) для трубопроводов пара и горячей воды в соответствии с правилами Госгортехнадзора СССР ;
3) в трубопроводах горючих, токсичных и сжиженных газов в соответствии с Правилами Госгортехнадзора СССР допускаемые разностенность или смещение кромок не должны превышать 10% толщины стенок стыкуемых труб и не быть более 3 мм.

Если разность толщин стенок свариваемых труб превышает да-, пустимые величины, то должен быть обеспечен плавный переход 0Тцтолстой стенки к более тонкой односторонней или двусторонней механической обработкой конца трубы с более толстой стенкой. При этом конусность перехода должна быть не более 15°.

При разнице толщин стенок свариваемых труб менее 30% и при равенстве внутренних диаметров труб допускается плавный переход за счет наклонного расположения поверхности сварного шва без дополнительной обработки кромок.

Кромки стыкуемых труб и прилегающие к ним наружные и внутренние поверхности на длину 20 мм тщательно очищают от масла, ржавчины, окалины, влаги, льда и т. д. При стыковке труб особо тщательно должен выдерживаться равномерный зазор между кромками. Прихватки при сварке труб диаметром до 300 мм распределяются равномерно по окружности в четырех местах. При сварке труб диаметром 6dnee 300 мм прихватки располагают равномерно по всему стыку через 250—300 мм. Длина прихваток 50 мм.

Качество сварных соединений трубопроводов, надежность их эксплуатации в значительной степени определяется качеством вы» полнения первого (корневого) слоя шва. При сварке трубопроводов корень шва должен быть особенно надежно проварен, не иметь пор и шлаковых включений, сосулек металла и грата с внутренней стороны трубы. При высоком качестве выполнения первого (корневого) слоя шва наплавленный металл образует внутри трубы сплошной равномерный узкий ниточный валик высотой 1—1,5 мм.

Сварка трубопроводов выполняется, как правило, постоянным током, предельно короткой дугой. Прихватки и первый (корневой) слой шва выполняются электродами диаметром 2—3 мм, последующие слои — электродами диаметром 3—5 мм. Число слоев в сварном шве зависит от толщины стенки трубы и положения стыка в пространстве (вертикальный, горизонтальный) и колеблется от 1—2 при толщине стенок 3—6 мм, 3—4 при толщине стенок 10—12 мм, до 12—16 слоев при толщине стенок 28—32 мм.

При сварке стыка трубопровода более чем в три слоя, начиная с третьего слоя, каждый последующий выполняется в противоположном направлении. Каждый слой шва (или валик) перед наложением последующего должен тщательно очищаться от шлака и брызг металла. Кратеры тщательно завариваются. Трубы диаметром более 219 мм — обратноступенчатым способом. При замыкании кольцевых швов начало шва перекрывается на 20—30 мм. Замыкающие участки разных слоев должны быть смещены относительно друг друга.

При сварке стыков труб диаметром более 219 мм необходимо применять меры по уравновешиванию возможных деформаций. С этой целью длина каждого участка первых двух слоев шва не должна превышать 200—300 мм и быть примерно равной 1/4 длины окружности стыка. Длина участков последующих слоев шва должна составлять 1/2 длины окружности стыка.

Сварка поворотных стыков. В трубопроводах диаметром до 219 мм стык можно не разделять на участки и заваривать его сплошными швами с поворотом трубы в процессе сварки. При многослойной сварке отдельные слои накладываются в противоположных направлениях.

При сварке стыков диаметром более 219 мм первые два слоя можно выполнять следующими способами.

Стык условно делят на четыре участка. Первыми сваривают участки 1, 2. Затем поворачивают трубу на 90° и заваривают участки 3, 4. После выполнения первого слоя трубу поворачивают на 90° и заваривают участки 5, 6. После поворота трубы еще раз на 90° заваривают участки 7, 8.

При сварке трубопроводов диаметром более 500 мм стык условно делят на несколько участков длиной 200—300 мм каждый и сварку выполняют обратноступенчатым способом. Выполнив сварку участков 1, 2, поворачивают трубу на 90° и заваривают участки 3, 4, затем снова поворачивают трубу на 90° и выполняют сварку участков 5, 6 и т. д. Второй слой выполняется аналогично в противоположном направлении.

Третий слой шва в обоих случаях накладывают в одном направлении при вращении трубы.

Сварка неповоротных стыков. Сварка неповоротных стыков трубопроводов в монтажных условиях требует самой высокой квалификации и специальных навыков электросварщиков. При сварке неповоротных стыков величина сварочного тока при всех прочих равных условиях должна быть на 10—15% меньше, чем при сварке поворотных стыков.

При сварке неповоротных стыков трубопроводов рекомендуется придерживаться следующих правил:

Первый слой (корневой) начинают с верхней точки стыка (с «зенита») и выполняют его способом сварки сверху вниз (на спуск) в направлении нижней точки стыка. При таком способе сварки образуется узкий ниточный валик, хорошо формируется обратная сторона шва.

Сварку последующих слоев начинают с потолочного положения и выполняют способом снизу вверх (на подъем) в направлении верхней точки стыка. В потолочной части стыка сварку нужно начинать, отступив на 20—30 мм от нижней точки стыка.

Читать еще: Баня каркасная 3 на 4 фундамент

Рис. 1. Сварка поворотных стыков трубопроводов:
а — диаметром до 500 мм; б — свыше 500 мм

Рис. 2. Сварка неповоротных стыков трубопроводов:
а —диаметром до 219 мм; б — свыше 219 мм

Начало и конец каждого слоя шва должны перекрываться на 20—30 мм, а участки перекрытия отдельных слоев должны быть смещены по отношению друг к другу в шахматном порядке.

Сварка горизонтальных стыков. При сварке горизонтальных стыков трубопроводов предпочтительнее выполнять шов отдельными валиками небольшого сечения. Начала валиков должны быть смещены относительно друг друга на 1/4 длины окружности стыка. Первый (корневой) валик накладывают в вершине угла разделки кромок так, чтобы на внутренней стороне стыка формировался узкий ниточный валик наплавленного металла. Второй валик должен полностью перекрывать первый. Оба валика накладывают в одном направлении. Третий валик накладывают в противоположном направлении так, чтобы он перекрывал примерно 1/2 ширины второго валика от нижней кромки. Четвертый валик накладывают в том же направлении так, чтобы он перекрывал оставшуюся поверхность второго валика от верхней кромки. Последующие валики накладываются примерно в таком же порядке. Последним накладывается декоративный слой, который придает окончательный, законченный вид сварному шву.

Рис. 3. Сварка горизонтальных стыков трубопроводов:
а, б — порядок выполнения слоев и участков слоев; в — порядок положения валиков

Как варить трубы электросваркой, полуавтоматом, газом

При монтаже магистралей, инженерных сетей часто используется сварка трубопроводов электродуговым или газовым оборудованием. Электросварка труб производится ручным методом и с применением полуавтоматов. Выбор присадки производится по марке стали трубного проката. Учитывая технологические особенности, трубопроводы низкого давления можно монтировать самостоятельно.

Особенности сварки труб

При сварке стальных трубопроводов чаще применяют газовую и электросварку. При монтаже трубных конструкций высокого давления к электродам и присадочной проволоке предъявляются особые требования. Слойность соединений зависит от толщины стенки:

до 3 мм включительно заваривают стык за один раз;
свыше 3-х до 6 мм нужно делать две проходки;
свыше 6-ти до 12 мм – создают трехслойное соединение;
свыше 12 мм лучше проходить стык не менее 4 раз.

В технологии сварки труб есть отличительные особенности выбора рабочего тока:

ампераж выбирают по диаметру электрода, умножают показатель на 35 (3 мм – 105 А, 4 мм – 140 А);
при сварном соединении труб с толщиной стенки меньше 4 мм, ток свыше 150 А не устанавливают;
между электродом и прокатом поддерживают расстояние, равное толщине электрода плюс 1 мм;
тонкостенный прокат варят в одну непрерывную проходку, проворачивая прокат, толстостенный допускается варить участками до 15 см длиной;
вертикальные и неповоротные соединения варят в два этапа;
ванна расплава располагается в 30° от верхней точки.

Валик финишного слоя должен выступать над трубой до 3 мм. Качество соединения проверяется после каждой проходки, когда снята окалина.

Как правильно и ровно сварить трубопровод

Встык, трубы плотно сдвигают, зазор заполняют расплавленным металлом. Тонкостенные зазоры сразу заполняют полностью. Когда сваривают две трубы толще 3 мм, делают несколько встречных проходок, каждый раз начиная шов с разных мест.
Внахлест, такой метод соединения удобен для разнотолщинных трубных заготовок. При такой сварке металлических труб валик образует плавный переход с одного диаметра на другой.
Под углом сваривать трубу электросваркой удобно в нижнем положении. В верхнем используют газосварку.
Тавровое соединение образуется, когда трубопровод разветвляется или одну ветку магистрали врезают в другую.

Между собой трубные заготовки сначала соединяют в нескольких точках, чтобы стык не расходился. Этот процесс называется сборкой. Затем проваривают весь шов.

Подготовка труб под сварку

Помимо очистки и обезжиривания поверхности кромки толще 3 мм скашивают, чтобы стык плотностью заполнился горячим металлом. Разделка кромок под сварку проводится аналогично плоским деталям, под острым углом. Тонкие трубные заготовки при необходимости обрабатывают резаком, чтобы были ровные стыки.

Способы сварки труб

Для сварного соединения труб чаще применяют три способа:

Электродуговая бывает трех видов:

— ручная с использованием плавящихся электродов;

— с применением полуавтомата в среде углекислого газа, дуга создается тугоплавким электродом, для наплавочного слоя используют присадочную проволоку;

— под слоем флюса, его наносят на прокат с защитными покрытиями.

Электрошлаковая, благодаря толстому слою шлака шов не окисляется.
Газовая, нагрев обеспечивается сжиганием ацетилена, поступающего в рабочую зону из горелки.

Еще бывает контактная, ультразвуковая, термомеханическая сварка.

Газовая сварка

Метод применим в полевых условиях, когда магистрали прокладывают вдалеке от источников тока или когда нельзя сварить трубы электросваркой: прокат нельзя повернуть, прокрутить при образовании соединения. Наполненность швов при газовой выше, чем при электродуговой. Металл меньше подвергается температурному воздействию, риск возникновения внутренних напряжений в металле незначительный.

При сварке труб газом используют ацетилен или газогенератор, температура в рабочей зоне выше при сгорании баллонного ацетилена. Присадочная проволока марки UTP подается так, чтобы она ложилась на раскаленный металл. Для стыкового соединения 3-х мм стенок разделки кромок не требуется, у толстостенного проката кромки срезают под углом.

Оцинкованный монтируют с применением флюса HLS-B, концентрацию кислорода в газовой смеси увеличивают. После работы дополнительная противокоррозионная защита швов не проводится.

Метод ручной дуговой электросварки

Чтобы правильно варить трубу электросваркой, нужно учитывать технологию. Число проходок зависит от толщины проката, состав электродов и обмазки подбирают под вид марки проката. При сварке труб большого диаметра перед нанесением последующего слоя с металла сбивают окалину, проковывают соединение. Направленность наплавки меняют – четные швы делают противоположно нечетным. Многое зависит от первого соединения, он делается не спеша, при контроле валика проверяют металл на трещины. При обнаружении дефектов участок неровного шва вырубается, на его месте создается новый со смещением от 15 до 30 мм. Для финишного слоя выбирают электроды с толстой обмазкой.

Читать еще: Устройство ямы для канализации загородный дом

Выбор электродов

Для сварки стальных труб электродуговым методом диаметр электродов выбирают по толщине монтируемого проката. Важно учитывать особенности электродного стержня, обмазки. Особенности электродов, применяемых для монтажа трубопроводов:

Электродами МР-3, АНО-21, АНО-24 варят швы, не испытывающие высокого давления (дренажные системы, сточные трубопроводы), где скорость потока незначительная. Работать можно на переменном токе.
Универсальные УОНИ рекомендуют использовать начинающим, они хорошо проваривают металл, образуют прочное соединение. Для большого объема электродуговой сварки они не эффективны из-за невысокой скорости образования шва, необходимости постоянного контроля дуги.
LB-52U – электроды японских производителей используют для монтажа технологических и магистральных трубопроводов, рассчитанных на высокое давление. Для LB-52U характерно ровное горение даже при небольшом «провисании» напряжения в сети.
Электроды швейцарской компании ESAB отличаются хорошим качеством шва, ручная дуговая сварка газовых магистралей высокого давления нередко проводится ими. ОЗС 12 применяют для низкоуглеродных сталей, ОК 46 — универсальные. На токе любой полярности варят ОК 53.70 и ОК 74.70, в обмазке содержится защитный флюс, сдерживающий окисление ванны расплава.
Отечественное ЛЭЗ ЛБгп применяют для финишного слоя на стыковых соединениях толстостенного трубного проката, для сварки тонкостенных труб.
Э42А, УОНИИ-13/45, Э-09Х1МФ применяют при монтаже теплосетей из легированных сталей, толстая обмазка типа Д образует шлаковый слой, защищающий расплавленный металл от окисления.

От электродов во многом зависит безаварийность эксплуатации трубопроводных сетей. Сталь стержня должна соответствовать марке стали проката, вид покрытия определяет степень защиты ванных расплава.

При выборе способа монтажа технологического трубопровода или инженерных сетей учитывают толщину проката, марку стали, рабочую нагрузку на металл. Толстые стенки варят многослойными швами с предварительной разделкой кромок. Тонкостенный прокат достаточно очистить перед проведением работ. Имея сварочный аппарат, заварить стыки можно самостоятельно.

Виды технологий сварки труб – преимущества и недостатки способов

При обустройстве многих технологических схем не обойтись без трубопровода, основной составляющей которого являются трубы. Следовательно, эти трубы нужно соединять между собой, для чего часто используются различные технологии сварки труб. О способах сварки, методике процесса и видах сварных соединений будет рассказано ниже.

Классификация видов сварки

В целом, процесс сварки применяется в тех случаях, когда необходимо выполнить неразъёмное соединение двух элементов оборудуемой конструкции. В качестве примера можно привести сварку трубопроводов ручной дуговой сваркой.

По материалу соединяемых изделий ограничений нет, можно сваривать как стальные, так и полимерные, медные и даже стеклянные изделия.

По типу воздействия на материал сварку можно разделить на две группы:

Сварка, проходящая под давлением.
Сварка при повышенной температуре – методом плавления.

В числе методов сварки под давлением можно назвать:

соединение составляющих ультразвуком;
контактное скрепление;
сварку методом трения;
соединение под прессами или газовыми прессами;
термитное скрепление;
холодную сварку.

Последний тип соединения наиболее интересен. Он с наибольшим успехом применяется для скрепления изделий из цветных металлов (меди, алюминия), наиболее пластичных среди материалов изготовления труб. При холодной сварке при помощи прессов ручного или стационарного типа элементы конструкции совместно сжимают, создавая условия для пластичной деформации, сопровождающейся неразрывным соединением.

Методы сварки термическими (тепловыми) способами:

электродуговая сварка – протекает в атмосфере инертных газов или при использовании флюсов; по применению дополнительных приспособления такой метод соединения дополнительно классифицируют на ручное или автоматическое;
газовая сварка – наиболее часто используемый вид скрепления деталей конструкции.

Методика газовой сварки

Суть процесса – прогревание торцов скрепляемых элементов в пламени газокислородной смеси с одновременным наполнением пространства между соединяемыми деталями веществом специально плавящегося металлического прутка.

Несмотря на достаточную надёжность такого метода, прочность и другие механические свойства полученного сварного шва будут хуже, чем после электродуговой сварки. Однако именно этот способ применяется при необходимости соединить элементы малого размера, например, труб с небольшими диаметром и толщиной, вплоть до 3,5 мм.

Материальное обеспечение газовой сварки

Необходимые для сварки труб материалы:

кислород – среда, в которой при достаточной температуре горит газовая смесь; качество используемого материла обеспечивает долгое горение и достижение необходимой температуры;
ацетилен – также хорошо горящий газ, применяется не менее часто;
другие горючие газы (пары керосина, пропан, метан и др.) – используются относительно редко, однако вполне допустимы при условии, что температура горения в два раза превышает температуру плавления металлического прутка;
проволока для сварки – является присадочным веществом, именно ею заполняется пространство между соединяемыми элементами; при проведении процесса следует подбирать материал проволоки, по свойствам максимально близкий к веществу, из которого изготовлены соединяемые элементы;
флюс – применяется для предотвращения излишнего окисления материала свариваемых деталей; независимо от формы, в которой представлен флюс – порошок или паста – принцип его действия одинаков: во время разогрева изделий вещество поднимается кверху и создаёт защитный слой, предотвращающий доступ к металлу воздуха.

Как и в случае с проволокой, флюсы подбираются под каждый металл индивидуально. Составы используются при сварке чугунов, меди, марок легированной стали; не применяются для соединения элементов из углеродистых сортов стали.

Технология газовой сварки

Газовое соединение любых конструкций, в том числе сварка трубопроводов, может осуществляться двумя методами, однако подготовительные операции в обоих случаях одинаковы.

Перед началом сварки необходимо:

Тщательно очистить поверхности соединяемых деталей от жира, грязи и прочих инородных веществ.
Обработать кромки изделий. Подготовка кромок труб под сварку обязательна при толщине стенок скрепляемых труб более 3,5 мм, в этом случае производят скашивание кромок, поскольку равномерно прогреть металл при такой толщине практически невозможно. Если же толщина труб меньше, скашивать кромки не нужно.

Читать еще: Фекальный насос для откачки канализации леруа мерлен

Методы проведения процесса:

Слева направо. Горелкой нагревают уже готовый отрезок шва, металлическую проволоку продвигают, следуя за пламенем. Такой способ позволяет увеличить скорость работ примерно на четверть, снизив при этом количество расходуемого газа. Применяется метод обычно для труб с толщиной стенок от 5 мм.
Справа налево. Горелка прогревает ещё не скреплённые места соединения, проволока в движении опережает пламя. Процесс более долог и расход газовой смеси выше, однако сваренное таким образом изделие имеет более привлекательный товарный вид. Применяется сварка справа налево для соединения труб с тонкими стенками.

Технология сварки электродуговым способом

При соединении элементов таким методом края скрепляемых изделий прогреваются под воздействием дугового разряда электрического тока.

Классификация сварных соединений

Получаемые при сварке швы можно классифицировать, опираясь на несколько признаков.

По местонахождению швы подразделяются на:

Последнее расположение швов наиболее предпочтительно, именно поэтому, когда позволяют обстоятельства, приоритетной является сварка поворотных стыков труб, во время которой скрепляемые изделия равномерно поворачивают так, чтобы работа проходила всегда с нижней позицией шва.

По длине швы бывают:

Как следует из названий, в первом случае сварку выполняют по всей линии шва отдельными отрезками, напоминающими пунктир. При использовании второго метода шов непрерывен.

Классификация по видам соединения довольно обширна, в частности, стыковой метод включает в себя больше тридцати способов.

Однако в целом можно выделить четыре большие группы соединений:

Стыковые. В этом случае элементы конструкции соединяют по единой общей оси.
Нахлёсточные. Одно изделие с нахлёстом покрывает второе.
Тавровые. В результате скрепления элементов таким образом получается повёрнутая на 180° буква «Т».
Угловые. Как следует из названия, при использовании такого соединения свариваемые детали располагаются под заданным углом.

Разделка кромок

Технологически более правильно при соединении труб с толщиной стенки от 3 мм перед сваркой выполнять операцию разделки кромок изделий. При учёте этой рекомендации сварной шов будет более равномерным, пролегающим по всей толщине материала.

Таким образом, при использовании этого метода швы располагаются послойно, причём сечение каждого слоя невелико, следовательно, напряжение металла сводится к минимуму.

При разделке кромок углы можно задавать в диапазоне 25-50°. Точно подобрать значение этого параметра можно, исходя из исходных параметров: толщины стенок труб, избранного метода сварных работ и вида соединений.

При аккуратном подходе к процессу сварка при разделке кромок позволяет получить наиболее прочное и надёжное соединение изделий.

Режим сварки

На режим процесса влияют такие факторы, как:

сечение используемого электрода;
сила электрического тока;
технологические параметры аппарата для сварки;
дуговое напряжение;
природа используемого электрического тока (постоянный или переменный);
полярность тока (прямая или обратная);
скорость движения электрода.

Например, при соединении элементов методом стык в стык, электрод для сварки труб следует перемещать плавно, не торопясь, с целью обеспечить достаточное оплавление соприкасающихся торцов изделий и насыщение зазора между ними достаточного количества металлической проволоки.

Чтобы достичь наибольшей скорости процесса, силу тока следует выставить на максимальное значение, однако нельзя забывать, что в этом случае возможно перегревание электрода, которое в итоге приведёт к его порче, а следовательно, ухудшению качества сварного шва.

Полярность подбирают исходя из факта, что при работе анод разогревается сильнее катода. Поэтому при соединении таким методом труб небольшого сечения нужно использовать обратную полярность, чтобы избежать вероятного прожигания труб.