Монтаж труб из стали – задача комплексная, подразумевающая, что исполнители имеют не только специализированные знания, но и практические навыки. В арсенале современных технологий сварки, несмотря на их разнообразие, полностью отказаться от использования ручных приемов до сих пор не удается. Определение подходящего способа сваривания осуществляется на основании ряда критериев: объема предполагаемых работ, категории используемой стали, габаритов конструктивных элементов и других важных деталей.
Технологии сварки металлических труб
Сварочные работы по соединению стальных труб выигрывают по сравнению с фланцевыми или резьбовыми соединениями за счет своей высокой надежности. Основное преимущество заключается в минимизации излишних расходов материала и сохранении первоначальной массы конструкции. Соединенные таким образом трубы способны выдерживать значительные нагрузки, обеспечивая при этом продолжительный эксплуатационный срок.
Разновидности сварочных методов:
- Механический – осуществляется посредством приложения давления, которое преобразует механическую энергию в тепловую, в результате чего металл плавится. Примерами служат диффузионная сварка в условиях вакуума, сварка с использованием ультразвуковых волн и сварочные работы с применением взрывного эффекта.
- Термический – связывание атомов металла производится благодаря его нагреванию. Источниками тепловой энергии могут быть электричество, электродуга, излучение или прямое пламя.
- Термомеханический – представляет собой комплексный метод, сочетающий в себе воздействие давления и тепла на металл.
К первым относятся холодная, газопрессовая, прессовая, термитная и контактная сварка, а также сварка с использованием трения и ультразвука. Плавильные методы включают в себя ручную дуговую сварку, сварку под флюсом, в защитных газах, газовую и электрошлаковую.
При устройстве трубопроводов различного назначения и применении труб для других целей обычно используются такие методы сварки:
- газовая;
- ручная дуговая;
- в аргоновой среде;
- электросварка.
Газовая сварка
Преимущественно применяется для соединения труб внутри зданий – их диаметр относительно мал. В работе используются газовые генераторы и баллоны с ацетиленом, которые выбираются из-за их способности обеспечивать высокую температуру горения.
Достичь качественного сварного шва газовым методом проще всего, когда работа ведется снизу, но это возможно лишь при условии, что соединение может быть повернуто. Кгда поворот трубы невозможен, задачу берут на себя сварщики высшей квалификации, владеющие навыками сварки в вертикальном, потолочном и горизонтальном положениях.
Процесс газовой сварки предполагает нагревание краев соединяемых деталей при помощи пламени газовой горелки, за чем следует добавление наплавочного материала (стальной проволоки), что ведет к формированию шва.
Ручная дуговая сварка
Является предпочтительным методом для объединения элементов большого размера, часто встречающихся в системах водоснабжения и крупных трубопроводах. Фиксированные соединения представляют определенные сложности в процессе сварки, который включает несколько ключевых этапов:
- Заваривание видимой части соединения.
- Образование сервисного доступа в одном из элементов.
- Производство сварки внутри соединения по его протяженности.
- Монтаж и сварка металлического патча на отверстие доступа.
- Последовательный нагрев и сваривание для достижения прочного соединения.
Сварщик начинает с нижней части, переходит к боковым сторонам и завершает работу внизу, демонстрируя навыки выполнения верхних швов. Для увеличения прочности соединения процесс разделяют на два этапа: формирование основы шва с последующим удалением шлака и создание завершающего шва.
Главное преимущество этой сварочной методики заключается в ограниченной деформации стали, благодаря мягкому нагреву, что способствует формированию соединения высокого качества.
Сварка в аргоновой среде
Применение аргоновой сварки с использованием тугоплавких электродов ограничено и осуществимо лишь на производстве.
Электросварочные работы
Электросварка может осуществляться как в полуавтоматическом, так и в автоматическом режимах.
Фазы сварочных операций по соединению стальных труб
Сварочный процесс подразделяется на три основные фазы: подготовительную, основную и финальную.
Подготовительная:
- Верификация размеров деталей и выявление дефектов.
- Анализ технической документации, подбор условий сварки, газовой среды и добавочных материалов.
- Подготовка кромок к сварке.
- Проверка техники безопасности, включая заземление и изоляцию сварочного оборудования.
Основная:
- Сбор элементов для сварки.
- Использование фиксирующих прихваток.
- Выполнение начальной сварки и очистка от шлака.
- Формирует последующие слои сварного соединения.
Заключительная фаза включает очистку места сварки, корректировку дефектов и проверку на герметичность. В завершение после аттестации качества сварного соединения, наносится маркировка.
Стандарты регулирования сварочных процедур трубопроводов
Нормативы сварки трубных соединений из стали зафиксированы в ГОСТ 1637-80, который определяет критерии для разнообразных сварочных методик, в том числе:
- Дуговую сварку в защитных газах с металлическими электродами, как плавящимися (ЗП), так и неплавящимися (ЗН).
- Ручную дуговую сварку (Р).
- Дуговую сварку с использованием флюса (Ф).
- Сварку газовым методом (Г).
Подготовка кромок под сварку варьируется от отсутствия скоса до скоса одной или обеих сторон, выполненного прямо или по кривой, с расточкой, симметрично или асимметрично. В стандарте регламентированы типы сварных швов, включая односторонние (на временной или постоянной основе, с расплавляемой прокладкой) и двусторонние, а также установлены размеры элементов конструкции, параметры кромок и швов, предельно допустимые отклонения.
При сварке деталей с разной толщиной выбор параметров кромки и шва осуществляется исходя из максимальной толщины. Шов может быть оформлен под углом для гарантирования плавного соединения между элементами.
Технические аспекты сварки труб из стали
Перед началом сварочных работ трубы классифицируют по внешнему диаметру и толщине стенки. В процессе монтажа трубопровода сваривают отдельные сегменты, которые затем размещают в котлованах или на подставках. Строительные нормы и правила (СНиП 3.05.04.85) задают стандарты для сварных соединений труб, формируемых на месте их укладки.
Ключевым моментом является контроль изменения толщины стенок, выявлением вмятин, отсутствием чужеродных включений. Аккуратное соединение труб обеспечивается за счет правильной фиксации деталей без перекосов, с использованием захватов длиной свыше 3 мм. Количество и размеры захватов определяются диаметром труб, при этом минимально необходимо три захвата, равномерно распределенных по периметру.
Для адекватной регулировки соединения крупных труб в ходе сварки используются краны-трубоукладчики и различные типы центраторов.
Выбор сварочных компонентов
Для сварки труб применяются электроды с защитным покрытием, насчитывающие свыше двухсот типов, половина из которых предназначена для ручной сварки, а оставшиеся – для механизированных методов. Различают неплавящиеся электроды, изготавливаемые из вольфрама (с покрытием или без), и плавящиеся, заполняющие сварочную ванну и выделяющие газы для защиты расплавленного металла от окисления.
Особое внимание уделяется выбору электродов для сварки:
- нержавеющих и теплоустойчивых сталей;
- высоколегированных сплавов с уникальными характеристиками;
- конструкционных сталей и пр.
В газовой сварке используется присадочная проволока, по составу близкая к основному металлу, но с более низкой температурой плавления.
Неподходящий выбор электродов может вызвать неравномерное горение сварочной дуги, образование дефектов и некачественных швов. Адекватный подбор сварочных материалов, с учетом типа труб, их механических свойств, добавок и покрытия электродов, минимизирует риск возникновения проблем в процессе сварки.
Вариативность сварочных швов
Форма сварочных швов может быть:
- выпуклой (усиленной);
- вогнутой (ослабленной);
- ровной.
Соединения могут осуществляться как в одностороннем, так и в двустороннем исполнении, различаться по количеству проходов электрода и количеству слоев проварки. Швы также категорируются по местоположению, направлению приложения сил, предназначению, функциональности и размерам.
Предварительная подготовка труб к сварке
Для успешной сварки труб из стали, особенно вращающихся, требуется подготовка:
- Корректировка или обрезка концов при деформации.
- Очистка кромок от загрязнений и коррозии с применением щеток, шлифовальных машин и других инструментов.
- Обезжиривание поверхности с помощью растворителей.
- Формирование кромок толщиной более 3 мм под углом с одной или двух сторон.
- Непосредственная подготовка и очистка кромок перед началом сварочных работ.
Для выявления недостатков и оценки качества сварки используются разнообразные методы, определенные ГОСТ 57180-2016, включая магнитный, ультразвуковой и радиографический анализ. Особое внимание уделяется проверке на герметичность сварных швов.
