Сварка труб: особенности технологии

Сварка труб является, пожалуй, наиболее распространенным способом соединения элементов трубопровода, что неудивительно, ведь именно при таком методе соединение получается очень надежным и не требует использования запорных устройств и прочего.

Классификация методов сварки трубопроводов

Способы сварки труб классифицируются следующим образом.

А именно:

• термические – включающие в себя все разновидности сварки плавлением (газовую, дуговую, электронно-лучевую, плазменную, лазерную и т.д.);
• термомеханические – сварка при помощи магнитоуправляемой дуги, а также стыковая контактная сварка;
• механические – сварка взрывом и трением.

По типу носителя энергии методы сварки делятся на:

1. дуговую;
2. газовую;
3. плазменную;
4. лазерную.

По условиям формирования соединений:

• принудительное;
• свободное формирование сварного шва.

По методу защиты зоны сварки:

• с применением самозащитной электродной проволоки;
• с применением защитных газов;
• под флюсом.

По степени автоматизации и механизации процесса:

• ручная;
• автоматизированная;
• механизированная;
• роботизированная.

Автоматическая сварка трубопровода

Сварка труб из нержавейки в магистральных трубопроводах в большинстве случаев производится дуговыми методами сварки. Свыше 60 % всех соединений магистральных трубопроводов свариваются методом автоматической дуговой сварки под флюсом.

Когда использование механизированных способов невозможно, применяют ручную дуговую сварку. Данная технология сварки труб выполняется при разнообразных распространенных положениях стыка – вертикальном, нижнем и потолочном.

В процессе ручной сварки электрод перемещается по окружности стыка со скоростью 8-20м/ч, при автоматизированной и механизированной – 20-60м/ч.

Сварку в защитном газе также производят несколькими способами:

• в инертных газах;
• в активных газах;
• сварка в смеси активного и инертного газов.

При сварке в защитных газах применяются следующие электроды для сварки труб.

Итак:

1. плавящийся;
2. неплавящийся электрод.

Дуговая сварка в защитных газах применяется для соединения трубопроводов в различных пространственных положениях.

Подготовка под сварку кромок труб

Прежде чем начать сварочно-монтажные работы, следует убедиться в наличии сертификатов качества к применяемым трубам, а также их соответствии проекту и техническим условиям поставки.

Концы соединительных деталей и труб должны иметь размеры и форму скоса кромок в соответствии применяемым сварочным процессам. При несоответствии таковым, допускают механическую обработку кромок в условиях трассы.

Под виды труб небольшого диаметра применяют фаскосниматели, торцеватели, шлифмашинки и труборезы. Для больших диаметров используют гидроабразивную резку, шлифмашинки, фрезерные машины.

При выполнении захлестов или врезке катушек допускают использование термических методов подготовки кромок:

1. газокислородную резку с последующей зачисткой кромок посредством применения абразивного круга;
2. воздушно-плазменную резку с последующей обработкой на глубину в пределах1 мм;
3. воздушно-дуговую резку с последующей шлифовкой на глубину в пределах0,5 мм;
4. резку и строжку специальными электродами АНР-3, АНР-2М либо ОК.21.03, после применения которых механическая обработка не требуется.

Важно! Перед соединением труб нужно очистить их внутреннюю полость от грязи и зачистить кромки, а также прилегающие к ним наружную и внутреннюю поверхности труб на ширину более1 см, до достижения металлического блеска.

Предварительный подогрев

Подогрев трубы перед сваркой

Предварительный подогрев считается одной из наиболее важных технологических операций, при помощи которых регулируют термический цикл процесса сварки. Свойства и структура сварного соединения значительно зависят от скорости охлаждения металла в промежутке температур 500-800°С.

При высокой скорости охлаждения могут возникать закалочные структуры, обладающие низкой пластичностью и высокой прочностью. Регулировать скорость охлаждения места сварки можно изменением начальной температуры кромок посредством предварительного подогрева при заданной толщине стенок труб.

Предварительный подогрев, помимо уменьшения вероятности образования закалочных структур, создает благоприятные условия для активной эвакуации из указанной зоны и из металла шва диффузионного водорода, что повышает стойкость сварного соединения от образований холодных трещин.

Для того, чтобы правильно подобрать температуру предварительного подогрева, необходимо учесть несколько факторов, таких как химический состав стали, толщина стенки трубы, вид электродного покрытия и температура окружающего воздуха.

Предварительный и сопутствующий подогрев обеспечивается нагревательными устройствами (электрическими и газовыми), которые поддерживают равномерный нагрев металла по периметру сварочного стыка. Ширина зоны нагрева труб в обе стороны от шва составляет не меньше 75 мм.

Техника и технология ручной дуговой сварки

При строительстве трубопроводов больше половины объема сварочных работ приходится на ручной тип дуговой сварки. Это соединение и отдельных труб и секций в непрерывную нить, и сварка переходов сквозь искусственные и естественные преграды, и сварка захлестов, крановых узлов, катушек, отводов и прочего.

Расход электродов при сварке труб рассчитывается в зависимости от массы наплавленного электродом металла и зависит от марки применяемых электродов.

Технологию такой сварки определяет материал труб, подлежащих соединению. В зависимости от условий эксплуатации и марки стали труб подбирают сварочные материалы.

Затем устанавливают технику и технологию сварки, а также план организации работ, руководствуясь при этом темпами строительства трубопровода. При определенных материалах для сварки технология зависит от толщины стенки и диаметра трубы.

Для трубы, имеющей толщину стенки в пределах до6 ммвключительно требуется наложение минимум 2-х швов, более6 мм– не менее 3 слоев. Основным считается корневой слой шва.

Им следует надежно проплавить кромки соединения труб и образовать обратный валик с усилением и равномерной толщиной, равной 1-3 мм, на внутренней поверхности шва.

Совет! Наружная поверхность данного слоя должна быть мелкочешуйчатой и гладкой, а также иметь с боковыми поверхностями разделки гладкое сопряжение.

Сварка водопроводных труб диаметром свыше 1020 мм, после наложения корневого шва, предполагает произведение подварки слоя внутри трубы в местах непроварки корня, а также подваривают нижнюю четверть окружности стыка.

Заполняющие слои шва должны быть надежно сплавлены между собой и проплавить кромки свариваемых труб. По окончании наложения каждого слоя шва обязательно следует очищать от шлака поверхность шва.

Лицевой шов должен иметь плавные очертания и сопряжение с поверхностью труб, без подрезов и прочих видимых дефектов. Шовное усиление должно быть толщиной 1-3 мм. Ширина разделки должна перекрываться шириной шва на 2-3 ммв обе стороны.

Технология ручной сварки

Существует 3 вида наиболее применяемых схем сварки в зависимости от типа используемых электродов:

• сварка стыка электродом с основным покрытием;
• сварка стыка электродом газозащитного типа;
• сварка горячего прохода и корня шва электродом  газозащитного типа, а облицовочного и заполняющего слоев – электродом с основным покрытием.

Теперь, немного о том, как правильно варить трубы.

Сварка электродом с основным покрытием производится с поперечными колебаниями снизу вверх. Амплитуда колебаний зависит от ширины разделения стыка. Поточно-расчлененный метод сварки предполагает выполнение определенного участка шва каждым отдельным сварщиком.

Положение участка шва зависит от числа сварщиков, задействованных на одном стыке одновременно. При сварке труб большого диаметра количество сварщиков может достигать 4-х человек. Если их двое, то сварка должна выполняться снизу от надира вверх по периметру в противоположные стороны.

Последующий слой сварки должен быть смещен от нижней точки окружности трубы на 5-6 см, и так каждый последующий слой относительно начальной точки сварки предыдущего.

Последовательность наложения швов при сварке неповоротных стыков

При применении электродов газозащитного типа, сварка корня шва выполняется без колебательных движений сверху вниз, при этом конец электрода следует опереть на кромки труб, которые необходимо сварить.

Сварка труб электросваркой выполняется постоянным током прямой или обратной полярности холостого хода в источнике питания не меньше 75 В.

Значение силы тока при сварке электродом диаметром 3,25мм не должно превышать 110 А, электродом4 мм– 120-160 А в полувертикальном и нижнем положении, в других положениях – 100-140 А.

Скорость сварки должна поддерживаться на уровне 16-22м/ч.

Сварка труб встык, при соблюдении всех выше изложенных правил и советов, не составит большого труда.