Дуговая сварка труб: как проводится и как избежать ошибок

СОДЕРЖАНИЕ

• Нюансы дуговой сварки труб
• Подготовка к дуговой сварке труб
• Подбор электродов для дуговой сварки труб
• Для газопроводных труб
• Для труб отопительных систем
• Для водопроводных труб
• Методы и приемы дуговой сварки труб
• Проработка корня шва
• Проработка горизонтальных швов
• Проработка повторных стыков
• Сварка стыковых и угловых соединений
• Сварка труб ручной дуговой сваркой при низких температурах
• Сварка неповоротного горизонтального стыка ручной дуговой сваркой
• Проработка неповоротного вертикального стыка
• Дополнительные рекомендации по дуговой сварке труб

Дуговая сварка труб – это довольно популярный метод соединения, который доступен практически любому сварщику, владеющему определенными приемами и знаниями.

Качество конечного результат будет зависеть не только от положения трубы и применяемых электродов, но и от подготовки изделия и внешней среды. Все эти факторы в итоге и определяют тот метод, которым будет осуществлена сварка. 

В нашей статье мы расскажем, какие особенности имеет дуговое соединение труб, разберем оптимальные электроды для разных трубопроводов и приведем рекомендации по проведению работ. 

Нюансы дуговой сварки труб

Для выполнения сварочных работ на стальных трубопроводах чаще всего используется газовая и электросварка. Если эксплуатация трубных конструкций предполагает наличие высокого давления, то используемые в процессе монтажа электроды и присадочная проволока должны отвечать особым требованиям.

В зависимости от толщины стенки слойность соединений будет отличаться:

• стенка толщиной до 3 мм заваривается в один подход;
• для толщины 3-6 мм требуется две проходки;
• в три слоя свариваются стенки в 6-12 мм; 
• 4 раза и более (по необходимости) проходят по стыкам толщиной от 12 мм.

Выбор рабочего тока для дуговой сварки труб тоже имеет свои особенности:

• диаметр используемого электрода умножают на 35, то есть, для электрода толщиной 3 мм устанавливают ток 105 А, для 4 мм – 140 А;
• если толщина стенки трубы меньше 4 мм, то 150 А – достаточный рабочий ток, больше ставить не нужно;
• оптимальное расстояние между электродом и прокатом – толщина электрода + 1 мм;
• тонкостенные трубы варят одной сплошной проходкой (поворачивая в процессе работы), толстостенные можно варить отрезкам примерно по 15 см;
• дуговая ручная сварка неповоротных или вертикальных стыков выполняется в два этапа;
• местоположение ванны расплава - 30° от верхней точки.

Допустимый выступ валика финишного слоя над прокатом – 3 мм. После каждой проходки окалина снимается, и шов проверяется на качество.

Читайте также: «Дуговая сварка в защитном газе: суть процесса»

Варианты монтажа трубопроводов:

• Встык. Концы труб вплотную придвигают друг к другу, и расплавленным металлом перекрывают зазор. Если толщина свыше 3 мм, то по стыку проходят несколько раз, причем шов каждый раз начинают с другого места.
• Внахлест. Способ хорошо подходит для случаев, когда нужно сварить трубы разной толщины. Тогда за счет шовного валика формируется аккуратное соединение между более тонкой и более толстой трубой.
• Под углом. В таком случае для нижнего положения удобна электросварка, для верхнего – газовая.
• Тавровое соединение. Это когда в трубопроводе делается разветвление, или в магистраль врезается боковая ветка.

Сварка труб ручной дуговой сваркой начинается со сборки. Так называют точечное скрепление трубных заготовок для удержания стыка в нужном положении. После этого делается сплошной шов.

Подготовка к дуговой сварке труб

Для сварки широких труб (в магистральных газопроводах, например) используются электроды с целлюлозным покрытием. Для угловых швов и прихваток – с верхней пленкой из рутила. Для самых сложных сварочных работ применяют электроды, в которых сочетается и целлюлоза, и рутил.

Кроме самих электродов и сварочных аппаратов в работе понадобятся выпрямляющие трансформаторы. Хотя, специалисты с большим опытом рекомендуют использовать инверторы.

Хорошо, если в сварочном аппарате предусмотрены разные режимы обработки металла. И важно, чтобы был режим с указанием нужной вам для работы марки стали и толщины трубы. Насколько хорошим получится соединение, зависит как раз от возможностей настроек и выбранных электродов.

Стоит признать, что функционал у большинства систем примерно одинаков, и в основном все они хорошего качества.

Разумеется, место соединения нужно очистить от масляных и иных возможных загрязнений.

Части трубы сдвигают, ставят как можно ровнее. Далее настраивается режим сварки, закрепляются нужные электроды, контакты для заземления на трубах. Чтобы готовый шов получился крепче, делают сначала прихватки (короткие швы по контуру соединения). После этого можно проваривать стык полностью.

Подбор электродов для дуговой сварки труб

Для газопроводных труб

Для дуговой сварки труб, используемых в магистралях транспортировки газа и в НКТ-трубопроводах, лучше всего годятся электроды ОК-46, ЛБ-52 или УОНИ-13/55. У них подходящий состав (входит фосфор, марганец, кремний, сера).

Самые универсальные из перечисленных – ОК-45, покрытые пленкой из рутила. Особенно удобно их использовать в местах, где нужно перекрыть сваркой большие зазоры.

Отдельного внимания заслуживают LB 52U с основным покрытием. Хорошее качество шва они дают за счет малого количества водорода в составе. Розжиг дуги – быстрый, она получается стабильной и очень надежно проваривает металлические края соединяемых деталей.

Для дуговой сварки особо значимых участков (поворотных, например) углеродистых или низколегированных стальных труб опытные мастера рекомендуют брать специальные электроды МТГ-01К. Они дают стабильную дугу, от которой бывает мало брызг, и потом легко удаляется шлак.

Для труб отопительных систем

Отопительные трубы лучше всего варить электродами марок Э42А и УОНИ 13/45 (диаметр – 3 мм). Ими можно работать и по углеродистой стали благодаря достаточно толстому внешнему покрытию. Можно использовать и электроды Э-09Х1МФ и ЦЛ-20. Они тоже обеспечивают прочное соединение для труб, изготовленных из термостойкой стали (потому что имеют толстое покрытие, как и в моделях Э42А и УОНИ 13/45).

Для дуговой сварки труб из легированной, углеродистой и нержавеющей стали подходят электроды ЦЛ-9 с основным покрытием. В их составе мало углерода, поэтому шов получается очень надежным.

Читайте также: «Контроль сварных швов: разбираемся в методах оценки»

Для монтажа труб отопления, по которым предполагается непрерывная подача воды под повышенным давлением, а также для труб НКТ, рекомендуется использовать электроды марки МР-3.

Они изготавливаются из специальной проволоки и имеют внешнее покрытие из рутила. Диаметр такого электрода – 3-5 мм.

Чтобы шов получился надежным, герметичным, нужно удерживать короткую дугу сварки, а сам электрод наклонять в сторону наплавления.

Для водопроводных труб

Тут подбирать электрод следует в зависимости от того, из какого металла сделаны трубы. Для дуговой ручной сварки труб из меди лучше всего подходят электроды марок МН-5, МНЖ5, для нержавеек – НЖ-13, для чугунных – МНЧ-2.

Если вы проводите сварочные работы самостоятельно дома и применяете инвертор, а трубы у вас изготовлены из черного металла, то подойдут и электроды МР-3с. Ими вполне можно сварить стыки трубопровода диаметром 32 мм и толщиной стенок 2,8 мм. Слишком высокого рабочего тока для этого не нужно.

Для вертикальных швов хороши электроды МНЧ-2. Если при работе используется нижнее положение стержня, то электроды марки ЦЧ-4 можно брать и для холодной, и для горячей сварки.

В любом случае у электрода должна быть защитная обмазка, то есть, специальный слой, который не позволит сварочной зоне окисляться. Для дуговой сварки труб лучше использовать электроды, у которых покрытие потолще.

Методы и приемы дуговой сварки труб

Проработка корня шва

Как сваривается корень шва под просвет? Сначала трубы нужно в нескольких местах прихватить, с шагом в 90 градусов в точках крепления. Когда наварена только первая точка, положение соединяемых частей можно еще двигать, подгонять точнее. Корень шва удобнее будет прорабатывать, если зафиксировать трубы в полупотолочном положении.

Далее снизу стыка делается отметка. Потом, когда начинаете варить – отступаете от нее на 1-3 см. Дуга зажигается не прямо на трубе, а с внешнего её края. Обратный валик получится только в том случае, если дуга в процессе работы будет находиться внутри конструкции.

В процессе продвижения электрода нужно сохранять его положение в поперечной плоскости. Важно добиться оплавления обеих кромок. Там, где это нужно, проход можно повторить.

Если замечаете, что корневой шов провисает, значит, электрод перемещается слишком медленно, или рабочий ток задан слишком высокий. Когда корень готов, он зачищается до состояния металлического блеска.

Проработка горизонтальных швов

Тут необходим достаточный опыт и сноровка, потому что соединение двух труб – работа довольно тонкая. При сварке горизонтальных стыков рекомендуется действовать по методике накладывания отдельных, небольших по сечению валиков.

Электродами с диаметром 4 мм делается первый валик (в вершине шва). При этом изнутри стыка формируется тонкий валик высотой примерно 1-1,5 мм.

Читайте также: «Как выбрать сварочную маску Хамелеон»

Когда первый валик готов, рабочую поверхность нужно как следует зачистить. Затем накладывается второй валик (направление при этом сохранять), который обязательно должен перекрывать первый.

Далее берется электрод диаметром 5 мм, устанавливается большее значение силы рабочего тока, и формируется третий валик, который накладывается в направлении, противоположном первым двум.

По итогу третий валик должен на 70 % перекрывать второй. Остается наложить последний валик. Его направление – как и у третьего, только электрод следует заводить в углубление между предыдущим валиком и верхней кромкой шва.

Проработка повторных стыков

Когда в нижнем положении есть необходимость выполнения большого числа швов, то для работы подойдет повторный способ дуговой сварки труб. Если толщина соединяемых деталей невелика, то первый шов можно делать электродом в 2-4 мм. Для выполнения последующих швов берутся электроды с диаметром побольше.

Ориентировочно место стыка нужно поделить на четыре части. Работы начинаются сверху, с первого и второго сектора. Затем конструкцию следует перевернуть, и проваривать место соединения в оставшихся секторах. Второй шов прорабатывается точно так же.

Сварка стыковых и угловых соединений

Метод стыковой сварки позволяет соединять детали конструкции под любым углом, причем и продольными, и поперечными швами. Вторые идеальны для сварки трубопроводов, потому что позволяют прорабатывать стык по всей окружности трубы.

Допустимы и одинарные, и двойные швы. Двойные чаще используются в довольно громоздких, крупных конструкциях для того, чтобы соединение получалось максимально прочным. 

Применение данного метода подразумевает использование подкладных колец, однако диаметр трубы при этом может стать чуть меньше. Когда требуется приварить какой-либо элемент к основной конструкции, делается угловое соединение. Его можно выполнять со скошенной кромкой либо не делать скоса.

Сварка труб ручной дуговой сваркой при низких температурах

ГОСТ требует предварительного прогрева металла, если сварочные работы предстоит выполнять при низких температурах. Такая необходимость вызвана тем, что на холоде хрупкость металла повышается, из-за чего увеличивается вероятность появления на нем горячих трещин.

При температуре воздуха не ниже минус 30°С требуемый прогрев места стыка – до 150-200 градусов. Ширина прогрева подготавливаемой для сварки детали – 10-15 см по обеим сторонам будущего шва. 

Читайте также: «Контактная сварка»

Если температура окружающей среды ещё ниже, то сварочные работы проводить не рекомендуется. В ситуациях, когда это крайне необходимо, нужно шире прогреть подлежащие сварки элементы (на 20-25 см в каждую сторону от шва).

Толстые листы (от 2 см и выше) свариваются горкой или каскадным методом, двусторонней сваркой. Электроды нужно брать с покрытием из рутила, силу рабочего тока повысить на 10-15 %. Первыми при этом делаются швы, которые могут дать усадку.

Сварка неповоротного горизонтального стыка ручной дуговой сваркой 

Самая сложная из всех применяемых методик. Трубы больших диаметров сваривают участками (по 20-25 см), используя обратноступенчатый способ. Второй и следующие за ним слои накладываются по кругу один за другим.

Направления швов меняются, они накладываются справа-налево и наоборот. Нужно только каждый последующий шов прокладывать в противоположном направлении от предыдущего. Рабочий сварочный ток при этом следует повысить.

Проработка неповоротного вертикального стыка

Тут нужно постоянно менять наклон электрода по отношению к периметру шва.

Порядок действий следующий:

1. Образовать корневой валик. 
2. Для заполнения разделки сформировать еще три валика. Если стенки труб довольно толстые, то заполнение делается неравномерным, потому что нижнее положение будет слегка отставать. Чтобы всё выровнять, придется проложить дополнительные слои.
3. Образовать лицевой слой. Тут нужно смотреть, какая ширина разделки и тогда ориентироваться, делать это в один подход, или в два.
4. Какую давать рабочую силу тока – смотрите по толщине металла, толщине притупления, ширине зазора между соединяемыми частями.

Дополнительные рекомендации по дуговой сварке труб

Чтобы в процессе дуговой сварки труб получить качественный результат, примите к сведению еще несколько полезных рекомендаций:

• в труднодоступных местах работайте согнутым электродом и следите за своими действиями через зеркальце;
• после смены электрода шов продолжается с накрытием в 1-2 см;
• для прогрева металла электрическим током лучше использовать не обратную полярность, а прямую.

Причина дефектов, как правило – в неопытности и невнимательности мастеров.

Если сварочный шов сделан хотя бы слегка неровно, он уже может оказаться слабым и негерметичным. Неправильно подобранная длина дуги приведет к образованию в шве пустот и непроверенных участков.

Причиной дефектов бывает и некачественное оборудование, или брак в самих трубах.

Существуют еще и правила техники безопасности, которые непременно следует соблюдать при проведении сварочных работ:

• проверить изоляцию на жилах и деталях аппарата (её наличие – обязательно);
• проверить заземление корпуса оборудования;
• нельзя работать в сырой одежде, всё должно быть сухим (одежда, рукавицы, маска);
• выполнять сварочные работы нужно в резиновой обуви, либо стоя на резиновом коврике (для дополнительной изоляции);
• для защиты лица и глаз в обязательном порядке надевать защитный щиток.

Несоблюдение данных правил чревато ожогами или ударами тока.

По окончании работы нужно тщательно проверить, насколько качественным получился шов. Визуальным осмотром можно выявить такие дефекты, как прожоги, поры, свищи и прочее.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Чтобы протестировать швы на наличие микротрещин, понадобится применение компрессора. Концы трубы закрываются заглушками, а на места швов наносится мыльная пена.

Далее в трубу под давлением подается воздух, и там, где соединения получились негерметичными, пена будет пузыриться (из-за просачивающегося сквозь отверстия воздуха).

Вообще качественная дуговая сварка труб требует не только знания всей необходимой теории по данному вопросу. Тут нужен еще и достаточный практический опыт. Начинать его приобретать лучше в работе над небольшими изделиями, не предназначенные для монтажа в серьезных трубопроводах.