Сварка стальных труб: виды и способы

Сваривание труб из стали требует от специалиста определенных знаний и навыков. При разнообразии технологий автоматизированной сварки полное замещение ручных методов пока невозможно. Способ соединения проката выбирается, исходя из объема работ, вида стали, размера элементов и других моментов.

Способы сварки трубного проката из металла

Сваривание стальных труб является более надежным, чем фланцевые или резьбовые соединения. Здесь нет повышенного расходования металла, общая масса конструкции не увеличивается. Трубопровод получается устойчивым к высокому давлению, вибрациям. Срок службы такого соединения довольно продолжительный.

Классификация методов сварки ведется согласно способу воздействия:

• Механический – выполняется давлением. Механическая энергия переходит в тепловую, происходит оплавление металла. Таким образом производится диффузионное сваривание в вакууме, соединение при помощи ультразвука, стыкование методом взрыва.

• Термический – установка связей между атомами происходит путем нагрева труб. В качестве энергетических источников здесь выступают ток, электродуга, излучение, открытое пламя. Края деталей оплавляются, формируется ванна с расплавленной сталью.

• Термомеханический – комбинированный способ, в котором объединено воздействие на прокат давления в сочетании с температурой.

К сварке при помощи давления относятся холодное, газопрессовое, прессовое, термитное, контактное сваривание, а также сварка трением и ультразвуком. К сварочным методам, осуществляемым плавлением, можно отнести ручную электродуговую сварку, под флюсом, в среде защитных газов, газовую и электрошлаковую сварку.

При обустройстве трубопроводов разного назначения, использовании трубной продукции для других целей, в основном применяют следующие виды сваривания:

• Газовое;

• Ручное дуговое;

• Аргоновое;

• Электрическое.

Каждый из методов сваривания имеет свои нюансы.

Газосварка

Стыкование труб при помощи газовой сварки обычно используется во внутридомовых инженерных сетях, где диаметр проката небольшой. Для этого применяются газовые генераторы, ацетиленовые баллоны. Последним вариантом пользуются чаще. Ацетилен характеризуется повышенной температурой горения.

С использованием газосварки шов хорошего качества получится в нижнем положении. Но сделать его так можно только, если стык поворотный. Когда прокат повернуть нет возможности, то работу выполняют специалисты высокой квалификации. Они должны уметь сваривать прокат в вертикальном, потолочном, горизонтальном положении.

В процесс сваривания кромки деталей разогреваются огнем газовой горелки. Далее вносится присадочный материал (стальная проволока), формируется катет шва. Газосварка для стыковки стального проката используется повсеместно.

Метод ручной дуговой сварки электросварки

Сварка ручная электродуговая также применяется весьма часто. Она подходит для стыкования деталей значительного диаметра. Ее используют в сантехнических системах внутри зданий, при обустройстве трубопроводов магистрального значения. Обычно такие стыки являются неповоротными и представляют неудобство при сваривании. В таких случаях сварка ведется операционным методом:

• Производится проварка видимых стыков.

• В одной из деталей вырезается техническое окно.

• По длине обваривается стык изнутри.

• Далее на окно накладывается металлическая латка.

• Ее приваривание происходит путем постепенного прогревания и сваривания металла.

• Обваривание стыка начинают с нижней части. Сварщик должен уметь делать потолочные швы.

• Затем свариваются боковые части трубы.

• В завершении процесса проводят сварку в нижнем положении.

Нормативные документы предписывают ведение работ в два этапа, что повышает надежность стыковки. Сначала выполняется корень шва, отбивается шлак, а затем делают основной шов.

Достоинством ручного электродугового метода является небольшая деформация стали, так как ее разогрев слабый. Стык получается качественнее, чем при использовании других методов сваривания.

Аргоновая сварка

Аргоновое сваривание стальных труб производится с применением неплавящихся электродов. Такой метод используется нечасто. Его возможно осуществить только в производственных условиях.

Электросварка

Электросварка может быть полуавтоматической или полностью автоматической.

На какие этапы делится сварка труб

Сварочные работы по соединению стальных труб можно разделить на подготовительный, основной, заключительный этапы.

Подготовка

На подготовительном этапе проводятся следующие работы:

• Проверяются геометрические параметры деталей, отклонения по овальности, разностенности, другим дефектам.

• Изучается техническая документация, производится выбор режимов сварки, инертных газов, видов присадочных материалов с учетом марки стали, толщины труб, температурного режима.

• Проверяется ровность среза кромок.

• Подготавливаются края проката.

В конце проверяются правила техники безопасности – заземление сварочного оборудования, изолирование всех проводов, наличие СИЗ, резиновой обуви.

Сварка

Сварочные работы состоят из:

• Сборки деталей под приварку (вручную, при помощи центратора);

• Выполнения прихваток;

• Работ по первому провару, зачистки от шлаков;

• Формирования второго и следующего слоев.

Заключительный этап

По завершению основных работ проводится очищение места стыкования от брызг, устраняются обнаруженные дефекты. Затем трубопровод проверяется на герметичность. После проверки качества сварки ставится клеймо.

Какими нормативами регулируются типы сварки труб

Сварные соединения стальных труб регламентируются ГОСТом 1637-80. Документом нормируются следующие виды сварки:

• Дуговая в защитном газе плавящимся электродом (ЗП), неплавящимся электродом (ЗН);

• Ручная дуговая (Р);

• Дуговая под флюсом (Ф);

• Газовая (Г).

Форма подготовленных кромок может быть без скоса, со скосом одной или двух кромок. Скос выполняется прямым или криволинейным, с расточкой, симметричный или несимметричный. Предусмотрены следующие виды швов – односторонний (на съемной, несъемной подкладке, с расплавляемой вкладкой), двусторонний. В стандарте установлены размеры конструктивных элементов, габариты кромок, сварного шва, предельные отклонения.

Сваривание деталей разной толщины производится также, как и одинаковых. Виды кромок и размеры шва подбираются согласно большей толщине. Поверхность шва может быть наклонной, чтобы обеспечить плавный переход от одного элемента к другому.

Особенности сваривания труб из металла

Перед началом сварочных работ прокат сортируется по размеру наружного диаметра, толщине стенок. На месте устройства трубопровода сваривается ряд элементов, которые потом укладывают в траншеи, устанавливают на специальные опоры. Основные требования, предъявляемые к сварным соединениям трубного проката, производимым на участке прокладки, устанавливаются СНиПом 3.05.04.85.

При монтаже коммуникационных сетей требуются проверки на изменение стенок по толщине, вогнутость, присутствие посторонних включений и другие моменты. Формирование допусков основывается на стандартах отраслей.

Стыкование металлических труб должно проводиться так, чтобы детали располагались по одной плоскости. Здесь недопустимы любые перекосы. Для качественной фиксации элементов выполняются прихватки длиной больше 3 мм. Число, размер прихваток зависят от диаметра проката. Минимум требуется три прихватки через 120О.

Для правильного центрирования стыка изделий большого размера при сварке прихваток могут использоваться кран-трубоукладчик и центраторы (внутренние, наружные).

Как подобрать сварочные материалы

Для сварки металлического проката используются стержни, имеющие специальное покрытие – сварочные электроды. Их производится больше двухсот видов. Около 50 % такой продукции предназначается для ручных видов сварки, другие 50 % применяются для автоматизированных способов. Они также разделяются на сварочные материалы неплавящегося и плавящегося типа. Плавящиеся изделия при проведении сваривания плавятся, заполняя специальную ванну. Сварочные материалы также выделяют газы, защищающие расплавленный металл от окислительных процессов. Неплавящуюся продукцию делают из вольфрама. Они могут быть с покрытием или без него. Также для их производства используют графит, уголь.

Чаще применяются следующие группы электродов, предназначенных для сваривания:

• Нержавеющих сталей теплоустойчивого типа;

• Высоколегированных сплавов, обладающих специальными свойствами;

• Конструкционных сталей и другого.

При выполнении стыковки с помощью газосварки используется присадочная проволоку, по составу схожая с основным металлом. Но температурный режим ее плавления должен быть ниже.

Неправильный подбор электродов может привести к неравномерному горению дуги, образованию наплывов, брызг, получению неровного шва. Грамотно выбрав вид электрода можно избежать негативных последствий от нагревания закаленных сталей, трещинообразования, выгорания карбидов.

Сварочные материалы подбираются, исходя из вида соединяемых труб и ряда характеристик:

• Временное сопротивление;

• Относительное удлинение;

• Ударная вязкость;

• Легирующие добавки.

Также необходимо учитывать вид покрытия электрода.

Виды швов

Сварные швы классифицируются по расположению соединяемых элементов:

• Встык;

• Тавровое стыкование;

• Фиксация внахлест;

• Угловое стыкование;

• Торцевое соединение.

Швы встык

Наиболее распространенный вид шва, применяемый для стыкования труб из стали. Его выполнение занимает минимум времени, усилий и материала. Для тонких изделий проката не требуется предварительная подготовка кромок. Трубы большой толщины подготавливаются для надежной сварки.

Тавровые соединения

Выполняются в виде буквы «Т». С их помощью можно соединять трубы одинаковой, разной толщины. Тавровые швы делают одно или двухсторонними.

Нахлесточные швы

Чаще используются для сварки листового металла.

Угловые соединения

Производятся при стыковке труб, расположенных под углом друг к другу. Необходима подготовка кромок. Для повышения прочности применяется двусторонняя сварка.

Потолочные швы

Места стыков стальных труб, располагающиеся над сварщиком, свариваются потолочными швами. Такой вид соединения весьма трудный. Он используется, когда положение свариваемых конструкций невозможно изменить.

Таблица разновидностей швов и соединений стальных труб:

По внешнему виду сварочные швы разделяются на:

• Выпуклые (усиленные);

• Вогнутые (ослабленные);

• Плоские (нормальный тип).

Стыковка производится в одностороннем или двустороннем виде. По числу проходов электродом бывают швы однопроходные, двухпроходные. Способы провара разделяются на одно и двухслойные. Швы также классифицируются по пространственному расположению, вектору силового воздействия, назначению, функциям, ширине.

Тип сварного шва подбирается, исходя из применяемого материала, толщины, конструктивных особенностей. Если правильно выбран режим работы, вид сварки, то стыковка получается прочной и качественной.

Как подготовить трубы для сваривания

Выполнить сварную стыковку труб из стали, особенно, если стык поворотного типа, несложно. Но прокат предварительно необходимо подготовить:

• Концы элементов выправляются (при необходимости), или обрезаются, когда деформацию невозможно исправить.

• Потом кромки зачищаются от грязи, ржавчины металлическими щетками, шлифовальными машинками и другим инструментом.

• Зачистка проводится на длину не меньше 10 мм (внутри, снаружи) до блеска металла.

• Далее обрабатывают растворителем (обезжиривают).

• Кромка деталей толщиной более 3 мм с одной или двух сторон разделывается под острым углом.

Подготовку и очистку кромок труб производят непосредственно перед началом сварочных работ.

Как проверить качество сварки труб

При проведении сварочных работ всегда есть вероятность дефектов швов. Чтобы это исправить, необходимо проверить качественность сваривания. Методы испытаний качества сварки стальных труб предусмотрены ГОСТом 57180-2016. Проверку проводят магнитным, ультразвуковым, радиографическим способом. Швы также обязательно проверяются на герметичность.