Сварка труб из стали: требования, методы, правила

О чем речь? Сварка труб из стали регламентирована ГОСТ 1637-80 и СНиП 3.05.04.85. В документах указываются требования к качеству, технология выполнения сварного шва, тип и режимы работы оборудования.

Что учесть? Для сварки стальных труб используется ручная дуговая, автоматизированная, газовая, аргоновая виды сварка. Процесс состоит из подготовки, выполнения и зачистки шва. Важно правильно подобрать электроды и настроить оборудование.

Методы сварки труб из стали

Сварное соединение трубопроводов имеет ряд преимуществ перед фланцевым и резьбовым монтажом. В частности, не повышается масса готовой конструкции, магистраль способна выдерживать высокое давление без протечек и вибрационные нагрузки.

Сварка труб из стали может выполняться одним из следующих способов:

• Механический. На заготовки оказывается механическое воздействие давлением, под которым сталь расплавляется в зоне стыка, и края заготовок соединяются. Это метод характерен для ультразвуковой, взрывной сварки, диффузионного сваривания в вакуумной среде.
• Термический. Вследствие непосредственного воздействия высоких температур происходит оплавление деталей в рабочей зоне, вещество соединяется на атомно-молекулярном уровне. При таком способе сварки труб из разнородных сталей источником нагрева выступает мощный ток, пламя горелки, электродуга.
• Термомеханический. При данном методе сочетаются давление и непосредственное термическое воздействие на заготовки, приводящее к расплавлению.

Холодное, газопрессовое, прессовое, термитное, контактное сваривание, сварка трением и ультразвуком являются холодными способами, а ручная электродуговая методика, сварка под флюсом, в среде защитных газов, газовая и электрошлаковая сварки предполагают оплавление краев заготовок.

При работах по сварке труб из стали применяются обычно описанные ниже технологии.

Газосварка

Этот способ используется обычно при монтаже внутридомовых сетей, которые имеют небольшой диаметр труб. При этом применяются генераторы и ацетиленовые баллоны. Ацетилен отличается повышенной температурой горения, поэтому он популярен у профессионалов.

Читайте также: «Контроль качества сварных швов: неразрушающие и разрушающие методы»

Газосварка обеспечивает получение качественного шва в горизонтальном положении на поворотном стыке. Если заготовку не удается повернуть, то от сварщика требуется исключительно высокая квалификация, навыки сваривания проката не только в горизонтальном, но и в других пространственных положениях.

При выполнении операции сначала газовой горелкой нагреваются края заготовок до необходимой температуры, а затем в область стыка вносится присадочная проволока, необходимая для образования катета. Эта технология имеет очень широкое распространение на практике.

Технология ручной дуговой электросварки

Данный способ также часто используется при монтаже внутридомовых трубопроводов, магистральных сетей. Как правило, стыки оказываются неповоротными, и к опыту сварщика также предъявляются повышенные требования. Монтаж выполнятся с соблюдением следующего регламента:

• Провариваются наружные стыки.
• В заготовке выполняется технологическое отверстие.
• Шов обваривается с внутренней стороны по всей длине.
• Технологическое отверстие закрывается металлической латкой.
• Приваривание выполняется посредством нагревания и сваривания стали.
• Обваривание начинается с нижней зоны, при этом от сварщика требуется навык изготовления потолочных швов.
• После этого свариваются боковые участки трубы.
• Операция завершается выполнением сварки в нижнем положении.

Технологические стандарты предусматривают выполнение операции в два этапа. На первом формируется корень шва, с которого удаляется шлак, а затем уже наваривается основной шов.

Преимуществом электродугового метода сваривания металлов можно считать минимальную деформацию металла благодаря относительно невысокой температуре нагрева.

Аргоновая сварка

Технология сварки труб из нержавеющей стали аргоном с применением неплавящихся стержней обычно применяется в заводских условиях. Она позволяет получить идеальный шов, но требует специального технологического оснащения.

Выбор электродов и оборудования для сварки труб из стали

Сварочный электрод – это металлический стержень, который имеет высокую электрическую и тепловую проводимость. На рынке представлены более 200 видов такой продукции, из которых примерно равное количество предназначено для ручных работ и промышленных задач.

Читайте также: «Сварка в нижнем положении: особенности и рекомендации»

Электроды классифицируются на плавящиеся и неплавящиеся.

Стержни первого типа расходуются в процессе выполнения работ, они расплавляются и заполняют область стыка. Специальное покрытие при расплавлении и испарении формирует облако защитного газа, предотвращающего поступление кислорода в сварочную ванну.

Неплавящиеся электроды выполнены из вольфрама, графита, угля. В ходе сваривания заготовок они нагреваются, и от них тепло поступает на детали. При необходимости в сварочную ванну вводится присадочный материал. Для защиты области сварки применяются инертные газы. Такой метод дает возможность проводить сварку труб из аустенитных, мартенситных, неферромагнитных сталей, но он сложен и мало используется в прочих отраслях.

Оптимальный метод сварки определяется не только материалом труб, но и имеющимся в наличии сварочным оборудованием, которое необходимо рассмотреть более подробно.

• Трансформатор. Позволяет понизить номинальное сетевое напряжение (220 или 380 В) до необходимого показателя, обычно 70 вольт. Сегодня это оборудование используется редко, так как оно имеет немалую массу и размеры.
• Инвертор. Легкий портативный сварочный аппарат, который обеспечивает регулируемую мощность сварного тока.
• Генератор. Устройство, которое позволяет обеспечить питание сварочного дугового аппарата без подключения к сети централизованного электроснабжения.
• Выпрямитель. Устройство, преобразующее переменный ток в постоянный.
• Автомат дуговой сварки. Устройство, позволяющее выполнять сварочные операции со скоростью, недостижимой при выполнении операции вручную.
• Сварочный аппарат. Прибор, который используется для перемещения дуги относительно сварного шва, подачи в область сварочной ванны флюса, защитного инертного газа и ряда иных функций. Если устройство может выполнять сварку автоматически, то оно называется сварочным автоматом.

Для выполнения сварки необходимо специальное снаряжение, обеспечивающее безопасность рабочего. К таковому относится маска со светофильтром, краги и одежда, предохраняющие от ожогов и брызг раскаленного металла, а также вытяжка, обеспечивающая отвод ядовитых паров из зоны выполнения работ.

10 правил сварки труб из стали

Для примера рассмотрим наиболее сложную операцию – сварку неповоротного стыка снизу вверх с разделкой кромок. Эти работы очень часто выполняются при монтаже трубопроводных конструкций.

• Подготовка стыка.

Стык имеет фаску под 60-70 градусов, притупленную соответственно сечению электродов – обычно 2-2,5 мм. Поверхность металла должна быть тщательно очищена от загрязнений, следов коррозии и обезжирена.

• Виды электродов.

Сварочные стержни должны иметь малую текучесть, например, подойдут ЛБ-52, УОНИ-13/55. Сечение составляет примерно 2-3 мм.

• Прихватки.

Их число должно быть по возможности минимальным, но и достаточным для того, чтобы прихватки могли удерживать края труб между собой. При этом при заполнении шва прихватки должны срезаться по мере приближения к ним дуги. В противном случае могут остаться непроверенные участки.

• Начало сварки.

Начало операции следует выполнять с потолочного положения, затем переходить к вертикальному участку и завершать сварку в горизонтальном положении. В момент перехода от потолочного положения к вертикальному необходимо понизить мощность сварочного тока и поменять положение электрода, в противном случае жидкий металл может начать вытекать из сварочной ванны.

Читайте также: «Импульсная сварка: принцип работы, подготовка, настройка»

Соединение формируется наплавлением участков в форме полумесяца в разные стороны потолка, а затем соединяется в верхнем положении трубы.

• Корень шва.

Обычно он выполняется при минимальной мощности сварочного тока и обратной полярности, стержень не должен захлебываться в сварочной ванне.

• Обратный валик.

Этот элемент соединения является обязательным, его толщина должна быть 0-2 мм, а структура плотной и однородной по всему диаметру.

• Технологическое отверстие.

Чтобы образовать качественный валик и проварить металл в необходимой мере, технологическое отверстие имеет очень важное значение. Если выразиться проще, то оно представляет собой шарик, который идет впереди сварочной ванны. Качество обратного валика и всего шва на 90 % зависит именно от равномерности его распределения по двум стенкам стыка.

• Замки.

Еще один важный момент при выполнении сварки труб из высоколегированных сталей. Если стержень закончился и необходимо заменить его, продолжив сваривание заготовок, то конец предыдущего шва обязательно следует зачистить. Новый электрод нужно разогнать по предыдущему соединению, а затем двигаться от замка уже горячим стержнем.

• Зачистка.

Когда корень шва готов, его непременно нужно очистить металлической щеткой от шлака и грязи. Это необходимо во избежание образования пор при сварке заполнения и облицовке.

• Заполнение и облицовка.

Конечный этап сваривания. При заполнении и образовании облицовочного шва следите за соблюдением тех же требований, что и при формировании корня (начало сварки, зачистка замков и т. д.). Сам шов должен иметь однородную структуру и минимальную чешуйчатость. Также необходимо следить, чтобы не образовывались подрезы.

Важные нюансы сварки труб из стали

Независимо от того, применяется для сварки электродуговой аппарат или полуавтоматический инвертор, технология сварки труб из нержавеющей стали имеет ряд значительных отличий от процесса соединения плоских деталей. Рассмотрим их более подробно.

Чтобы определить подходящую мощность сварочного тока, надо воспользоваться следующей формулой: сечение электрода умножается на 35. Так, для электрода диаметром 2 мм потребуется ток силой 70 А.

Для подержания стабильного горения дуги необходимо сохранять интервал между стержнем и поверхностью свариваемых деталей, который равен сечению электрода, увеличенному на 1 мм. Соответственно, для стержня диаметром 3 мм длина дуги составит 4 мм.

Читайте также: «Сварка вертикальных швов: как правильно выполнять»

Трубы небольшого диаметра имеют размер не более 100 мм. Стенки соединяются при помощи точечной сварки, которая выполняется на двух противоположных участках. Если толщина листа стали более 4 мм, то необходимо варить в два прохода – сначала корневой шов, а затем валик. Последний делается каждый раз в противоположном направлении.

Если толщина трубы составляет 3-8 мм, то отдельные секции свариваются малыми участками, что позволяет обеспечить достаточное приваривание металла.

При соединении труб большого сечения и поворотных стыков сварочная ванна должна размещаться под углом 30 градусов относительно верхней точки.

При наличии возможности повернуть трубопровод на 180 градусов необходимо придерживаться следующего алгоритма:

• Две четверти диаметра в верхней части свариваются одним-двумя слоями.
• Труба поворачивается, после чего заполняется остальная часть стыка.
• Труба поворачивается еще раз, завариваются оставшиеся непроверенные участки.

Часто задаваемые вопросы о сварке труб из стали

Как правильно варить трубопровод из оцинкованной стали?

Чтобы оцинкованное покрытие трубы не разрушалось в процессе выполнения сварочных работ, используется флюс. При нагреве он сначала приобретает вязко-жидкую форму, а затем становится текучим, но не испаряется и не выгорает. В результате не нарушается целостность оцинкованного слоя, а кристаллизовавшиеся присадки защищают область соединения от образования ржавчины.

Описанные выше работы должны проводиться либо на отрытом воздухе, либо при обязательном наличии вентиляции. В противном случае сварщик рискует заработать серьезное отравление ввиду высокой токсичности отходящих газов.

Какие требования предъявляются к сварке газовых трубопроводов из стали.

Эти работы проводятся с соблюдением повышенных стандартов безопасности. Прежде всего стыкующиеся участки деталей необходимо тщательно очистить от грязи. При толщине металла более 4 мм надо выполнить скос кромок. Это позволит быстрее прогреть сталь на соединяемых участках.

Читайте также: «Как выполнить точечную сварку своими руками»

Обычно применяется два метода сварки газовых трубопроводов:

• Слева направо. Актуален при толщине трубы более 5 мм. Дуга перемещается по сваренному ранее участку, вместе с нею также двигается и присадка. Такая технология позволяет уменьшить потребление газа и повышает скорость выполнения работ на 25 %.
• Справа налево. Вариант используется при сварке тонких труб. Горелка перемещается по несваренным частям, присадка движется перед ней.

Какими нормативными актами определяются стандарты выполнения сварочных работ по трубопроводным конструкциям?

Соответствующие стандарты устанавливаются ГОСТ 1637-80. Он определяет требования для следующих видов работ:

• Газовая сварка (Г).
• Ручная дуговая сварка (Р).
• Дуговая сварка в защитной газовой среде плавящимся и неплавящимся стержнем (ЗП и ЗН соответственно).
• Дуговая сварка с использованием флюса (Ф).

Стандарты сварки труб из углеродистой и других видов стали на месте прокладки определяются СНиП 3.05.04.85. Если падает температура окружающей среды, что может негативно сказаться на качестве соединения, возможна установка защитной палатки. В зависимости от назначения трубопровода могут вводиться дополнительные ограничения. В частности, не допускается попадание сточной воды и грязи в трубы, предназначенные для подачи питьевой воды.

Таким образом, несмотря на широкое распространение автоматических технологий полностью заменить ручные методы сварки труб из низколегированной и высоколегированной стали не представляется возможным. От сварщика требуются высокая квалификация, опыт и терпение. Оптимальный способ выполнения работ выбирается в зависимости от назначения трубопровода и материала труб.