Технология сварки труб: нормативные документы и практические рекомендации

В современном строительстве используются разные виды труб. Естественно, что технология сварки труб выбирается в зависимостиот материала изготовлениясвариваемых изделий.

Прежде чем рассказать о технологии, нужно более детально остановиться на том, какие существуют способы сваривания труб в современных условиях.

Способы сварки труб

Различают три способа сварки трубопроводов, это:

• Термические;
• Термомеханические;
• Механические.

К термическим видам отнесены все способы соединения кромок плавлением. Это дуговая, газовая, лазерная, плазменная сварки труб и другие аналогичные способы. Термомеханические методы включают в себя стыковую контактную сварку и сварку при помощи магнитоуправляемой дуги. К механическому классу относят сварку взрывами и трением.

Кроме того, способы сварки можно классифицировать по следующим параметрам:

• По условиям формирования шва (принудительное или свободное формирование);
• По типу носителя энергии (газовая, лазерная, дуговая и пр.)
• По методу защиты зоны формирования шва (в защитных газах, под флюсом и пр.)
• По степени автоматизации (ручная, автоматическая, роботизированная и пр.).

При строительстве магистральных трубопроводов в большинстве случаев используется автоматическая дуговая сварка под флюсом. Однако возможности применения этого метода ограничены условием необходимости вращения стыка.

Если возникает необходимость сваривать трубы в неповоротном состоянии, применяется ручная дуговая сварка. Этот метод позволяет производить сварку в самых разных пространственных положениях, в том числе и потолочном, которое считается наиболее сложным.

При использовании сварки в защитных газах, выделяют разновидности в зависимости от типа используемого газа. Это может быть сварка в инертной среде (гелий, аргон), в активной среде (азот, углекислый газ), или в смеси активного и инертного газов.

При применении сварочных электродов принято выделять сварку при помощи плавящихся и неплавящихся (вольфрамовых) расходных материалов.

Перспективным способом является лазерная сварка, при которой в качестве носителя энергии выступает луч лазера. Этот способ сварки отличается высокой скоростью до 300 м/ч. Контактные способы сварки осуществляются за счет разогрева кромок свариваемые деталей.

Например, при дугоконтактной сварке разогрев происходит за счет воздействия дуги, которая вращается магнитным полем с большой скоростью. Это способ применяется для соединения труб небольшого диаметра.

Требования, предъявляемые к качеству сварных швов при строительстве трубопроводов

Основными документами, которые регулируют правила работы при строительстве трубопроводов различного назначения, являются СНиПы, на основе которых были созданы «Сводные правила, регламентирующие порядок выполнения сварных работ и качество сварных швов» СП 105-34-96.

В этих документах зафиксированы требования к квалификационным испытаниям сварщиков, правила подготовки труб к проведению работ, задачи контроля качества выполненных соединений и условия проведения ремонта и исправления дефектов, допущенных при сварке.

Кроме того, существуют технологические инструкции по проведению сварочных работ на трубопроводах (ВБН А.3.1.-36-3-96 и ВСН 006-89) и по методам осуществления контроля качества сварки (ВСН 012-88).

В этих нормативных документах отражены основные положения технологий, используемых при проведении ручной и автоматической сварки при строительстве трубопроводов различного назначения.

Положения приведенных инструкций не затрагивают вопросов сооружения трубопроводов для транспортировки агрессивных и коррозионноактивных продуктов.

В списке документов, регламентирующих такой процесс, как сварка труб – гост, в котором зафиксированы требования к применяемым материалам.

В странах СНГ стальные трубы для сооружения трубопроводов подбираются в соответствии с ГОСТ 8731-8734 группы B.

Сварочные материалы, необходимые для строительства трубопроводов, выбираются в соответствии с требованиями ГОСТ 9466 –9467, а контроль выполненных соединений должен осуществляться по правилам, зафиксированным в ГОСТ 7512 и ГОСТ 14782.

За рубежом в качестве нормативных документов при выполнении сварочных работ на трубопроводах используются международные и национальные стандарты. В числе наиболее распространенных, используемых в США и развитых странах Европы – API 1104, BS 4515 и API 5D.

Контроль качества соединений осуществляется в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 8517 или его европейского аналога EN 25817.

Подготовка кромок труб для проведения сварки

Сварка труб с применением газовой сварки

Перед началом проведения работ необходимо удостовериться, что трубы и остальные детали трубопроводов полностью соответствуют требованиям, зафиксированным в нормативных документах. Концы труб и деталей должны иметь форму, которая соответствует выбранному процессу сварки.

Поэтому подготовка труб под сварку, в большинстве случаев,  заключается в механической обработке кромок.

Для труб небольшого диаметра рекомендуется использование фаскоснимателей, торцевателей, труборезов. Для обработки кромок трубы диаметром более 520 мм, следует использовать шлифмашинки или орбитальные фрезерные машины.

В некоторых случаях требуется проведение термической подготовки кромок, например, газокислородной или воздушно-плазменной резки.

Совет! Перед началом сборки необходимо тщательно очистить внутренние полости от попавшей туда грязи и влаги и провести зачистку кромок до появления металлического блеска.

При необходимости допускается сваривание труб, имеющих разную толщину стенки, однако у этого допущения имеются ограничения.

• При использовании труб с толщиной стенки менее 12,5 мм, допустимая разница составляет 2 мм;
• При использовании труб с толщиной стенки более1 2,5 мм, допустимая разница составляет 3 мм, при условии исключения смещения стыкуемых кромок.

При включении в трубопровод дополнительных элементов, сильно отличающихся по толщине стенке, необходима установка переходников заводского изготовления с промежуточной толщиной.

Особенности газовой сварки

При выполнении газовой сварки трубы соединяют стыковым способом с образованием выпуклого шва. Размер выпуклости шва, как правило, зависит от диаметра трубы, а также от толщины стенок.

При сваривании труб с толщиной стенки до 3  миллиметров, швы выполняют без скоса кромок, оставляя стыковой зазор в размере половины толщины стенки свариваемого изделия.

Если толщина свариваемых труб больше указанного значения, то необходима предварительная операция по выполнению скоса с углом до 45 градусов. Во время работы необходимо следить, чтобы расплавленный металл не попадал внутрь, чтобы не сократить диаметр трубопровода.

Как правило, газовая сварка труб осуществляется поворотным методом, при этом необходимо придерживаться нижнего положения шва.

Однако выполнение данного условия возможно не всегда, поэтому допустимо проведение сварки в потолочном и вертикальном положениях.

Основными инструментами для проведения газовой сварки являются горелка и резак. В конструкции горелки предусмотрено устройство для подведения газов – кислорода и ацетилена.

Эти два газа поступают в камеру смешения, а затем в сопло горелки. При помощи регуляторов сварщик имеет возможность регулировать количество поступления того или иного газа.

Процесс сварки осуществляется за счет нагрева соединяемых кромок до температуры плавления. В этом же пламени, которое разогревает кромки, расплавляется присадочная проволока, металл которой заполняет зазор между свариваемыми элементами.

Технология выполнения ручной дуговой сварки

Как правило, большая часть работ при строительстве трубопроводов, проводится с использованием ручного метода дуговой сварки. Применяя этот способ, можно соединить отдельные детали в секции, выполнять переходы через преграды, производить сварку захлестов, сварку различных деталей и пр.

Технология выполнения сварочных работ этим методом зависит, прежде всего, от материала данного вида труб.

В зависимости от того, какой марки применялась при изготовлении труб, а также от условий, в которых будет использоваться трубопровод, выбираются приспособления для сварки труб и вид сварочных материалов.

После этого устанавливается технология сварочных работ, которая зависит от толщины стенки свариваемых деталей и от их диаметра.

Основным правилом, при выполнении сварочных работ методом дуговой сварки, является требование к минимально возможному количеству слоев в шве. Так, если нужно сварить трубы с толщиной стенки не более 6 мм, то необходимо выполнять двухслойный шов. При большей толщине трубы допускается выполнение трехслойных швов.

Наиболее жесткие требования предъявляются к качеству корневого шва. При его выполнении необходимо следить за равномерным проплавлением кромок деталей, в результате которого должен образоваться равномерный по высоте валик.

Наружная поверхность этого шва должна иметь мелкочешуйчатую структуру и отличаться плавностью сопряжения с боковой поверхностью разделки.

Заполняющие слои сварного шва должны надежно проплавлять кромки деталей и сплавляться между собой. После выполнения каждого слоя необходимо проведения тщательной зачистки шва от образованного шлака.

В зависимости от типа используемых электродов, можно выделить три наиболее часто применяемые схемы сварки.

Это:

• Сварка, выполненная  с использованием электродов, имеющих основное покрытие;
• Сварка, выполненная с использованием электродов, относящихся к типу газозащитных;
• Сваривание корневого шва с использованием электродов газозащитного типа, дополненное выполнением заполняющих и облицовочных слоев с применением электродов, имеющих основное покрытие.

Таким образом, ответ на вопрос, как правильно сваривать трубы, используя ручную дуговую сварку, зависит от выбранной технологии.

Так, при использовании электродов основного типа, как правило, швы выполняются по направлению снизу вверх с применением поперечных колебаний, размах которых зависит от ширины стыка. При выполнении работ на трубах большого диаметра одновременно работают до четырех сварщиков.

Сварка производится от надира по направлению вверх, при этом, в верхней части стыка необходимо обеспечить смещение замка примерно на50 мм от точки, расположенной в нижней части.

Если работает два человека, то работа первого ведется направлению (ориентируясь на циферблат часов) 6-9-12, а второго – 6-3-12. При работе вчетвером первая пара осуществляет сварку по направлению 6-9 и 6-3, а вторая, соответственно, 9-12 и 3-12.

При применении электродов, относящихся к газозащитному типу, коренной шов выполняется по направлению сверху вниз, при этом колебательные движения исключаются. Сварка труб электросваркой производится при постоянном токе, с опорой конца электрода на кромки труб.

Применение автоматической сварки при строительстве трубопроводов

В последнее время при строительстве трубопроводов все чаще применяется автоматическая сварка труб под флюсом.

Осуществление этого процесса сопровождается рядом сложностей:

• В процессе происходит затекание металла образующегося шва вовнутрь трубы, поэтому необходимо либо применять технологические подкладки, либо проводить сваривание корневого шва ручной сваркой;
• Возможно растекание расплавленного металла по поверхности детали, особенно если производится заваривание стыков у труб небольшого диаметра.

Невозможность контроля процесса формирования шва в процессе осуществления сварки.

Для того чтобы избежать названных негативных моментов, разработаны особые технологии сваривания поворотных стыков с использованием сварочных автоматов.

Для обеспечения высокого качества сварного соединения используют:

• Сварку с использованием подкладного кольца;
• Сварку, допускающую свободное формирование корневого шва с внутренней стороны трубопровода и принудительное формирования наружного шва.
• Двустороннюю сварку под флюсом;
• Сварку, проводимую в среде углекислого газа.

На практике, чаще всего, используется метод автоматической сварки с применением подкладного кольца. Перед проведением сварки разрезное кольцо шириной 25-40 мм вставляют одну трубу, добиваясь плотного соединения и производя прихватку ручной сваркой.

Затем на выступ свободной части кольца надевают вторую трубу и прихватывают  ее конец, следя, чтобы зазор между деталями не превышал 1 мм.

Так может быть собрано несколько подобных секций, которые потом подаются на установку автоматической сварки. Сварка каждого из стыков осуществляется в два слоя.

После того, как будет заварен первый слой, сварочный автомат передвигается к следующему стыку, а первый тем временем проходит подготовку под сварку вторым слоем, которая заключается в очищении шва от шлаков.

Все большее распространение приобретает и технология сваривания поворотных стыков в среде углекислого газа.

Особенности сварки труб из пластика

Сегодня на рынке имеется большой выбор пластиковых труб, которые отличаются по свойствам и составу. При проведении монтажа трубопроводов из пластиковых труб важно учитывать особенности выбранного материала.

Некоторые виды труб из пластика соединяются механическим способом, для соединения других необходима сварка и специальный инструмент для сварки пластиковых труб.

Принято различать три вида сварки для труб из полимерных материалов:

• Стыковой способ;
• Муфтовая или раструбная сварка;
• Электромуфтовая сварка.

Совет! При монтаже пластикового трубопровода важно убедиться, что свариваемые элементы совместимы между собой по химическим и физическим свойствам. Кроме того, важно, чтобы элементы имели равный диаметр и одинаковую толщину стенки.

Чтобы сварка пластиковых труб была произведена качественно, требуется соблюдение ряда условий.

Итак:

• Свариваемые поверхности должны быть чистыми;
• При проведении сварочных работ на улице в условиях низких температур, ветра или яркого солнца необходима установка защитной палатки для ограждения места проведения сварки;
• Во время проведения работ и в процессе остывания труб очень важно исключить любое механическое воздействие на область соединения;
• Свободные концы труб должны быть защищены заглушками, чтобы исключить возможность охлаждения места сварки приточным воздухом;
• После окончания работ обязательным мероприятием является тестирование качества соединения.

Правила проведения стыковой сварки регламентируются нормативным документом СП 40-102-2000. Этот метод применяется для соединения труб, имеющих диаметр более 50 мм и толщину стенки более 4 мм. После проведения торцевания и подгонки кромок осуществляется нагрев торцов под давлением для образования валика.

Далее осуществляется общий нагрев трубы и сварка труб под давлением с образованием стыкового буртика. Последний этап заключается в остывании трубы.

Совет! Стыковой метод сварки используется для сваривания не напорных трубопроводов из полипропилена и полиэтилена.

Раструбная сварка делится на несколько этапов. Сначала необходимо произвести очистку свариваемых поверхностей. Далее осуществляется нагрев фитинга и трубы, после чего труба вставляется в фитинг. Последний этап – охлаждение с сохранением заданного положения.

Этот метод применяется для сваривания труб из полипропилена и полибутилена. Этим  же методом может быть осуществлена сварка труб под углом.

Метод электрофузионной сварки заключается в использовании специальных муфт, которая сделана из материала труб. В процессе нагрева осуществляется расплавление и смешивание пластика трубы и муфты, в результате чего образуется качественное и долговечное соединение.

Подводя итог можно сказать, что технология по свариванию труб зависит от многих факторов, которые обязательно нужно учитывать при проведении сварочных работ.