4 вида сварки труб: какой выбрать для трубопровода и чем они отличаются.

Система труб монтируется на строительной площадке. Сначала трубы сортируются на заводе в соответствии с толщиной стенки или другими параметрами. На строительной площадке различные элементы свариваются, а затем укладываются в траншею или на опоры.

Методы сварки стальных труб

Сварка стальных труб — один из самых надежных методов монтажа инженерных систем. В отличие от фланцев, она не требует большего расхода металла и не увеличивает вес конструкций, что сказывается на стоимости всего проекта. Резьбовые соединения уступают сварным по виброустойчивости и внутреннему давлению. Соединение металла происходит на молекулярном уровне и гарантирует длительный срок службы.

Сварка стальных труб используется для всех типов трубопроводов:

• Магистральных;
• Промышленных;
• Технологических;
• Систем газоснабжения;
• Водопроводов;
• Канализации.

Технологии постоянно совершенствуются, и постепенно достигается высокая степень автоматизации процессов, например, при производстве изделий для сварки труб. Методы сварки различаются в зависимости от типа воздействия:

• Механическая: производится давлением. Например, при вращении шпинделя механическая энергия превращается в тепловую, что вызывает оплавление. К механическим относят диффузионную сварку в вакууме, ультразвуковое соединение и посредством взрывов.
• Термическая: межатомные связи устанавливаются посредством нагрева. Источниками энергии служат электрическая дуга, ток, пламя, излучение. Оплавление кромок сопровождается формированием ванны, в которой концентрируется расплавленный металл.
• Термомеханическая: виды, объединяющие воздействие температурой и давлением. Например, при использовании контактного метода материал нагревают, затем осуществляют пластическую деформацию.

В зависимости от сложности работы и условий труда выбирается оптимальный метод и материалы. Несмотря на кажущуюся простоту работы, сварщик должен иметь высокую квалификацию, обладать достаточными знаниями и не быть безработным более 6 месяцев.

Выбор электродов и оборудования

Сварочный электрод — это стержень со специальным покрытием, обладающий высокой электро- и теплопроводностью. В настоящее время существует более 200 типов, примерно половина из которых предназначена для ручной сварки, а остальные — для промышленной.

Электроды можно разделить на две основные группы: плавящиеся и неплавящиеся.

Первая группа представляет собой проволоку, которая плавится под воздействием электричества или другой энергии и заполняет пространство между свариваемыми деталями. Оболочка (или покрытие) проволоки выделяет газ, который окружает рабочую зону и защищает расплавленный металл от окисления.

Второй тип — это угольный, графитовый или вольфрамовый стержень. Во время сварки поступающее тепло расплавляет кромки деталей, а энергия расплава расплавляет электрод. По мере необходимости в средней зоне добавляется присадочный металл. Процесс происходит в среде защитного газа. Этот процесс можно использовать для сварки неферромагнитных сплавов, включая аустенитные и мартенситные стали, но он редко применяется в других областях из-за своей сложности.

Процесс сварки зависит от типа сварочного оборудования. Давайте рассмотрим наиболее важные типы:

• Трансформатор : снижает напряжение электросети с 220 или 380 В до нужной величины, чаще всего, до 70 В. В настоящее время мало применяется из-за большого веса.
• Инвертор : применение инверторных технологий уменьшило силовой трансформатор, создав стабильный источник тока.
• Генератор : автономный источник питания для дуговой сварки.
• Выпрямитель : аппарат, который преобразует переменный ток в постоянный.
• Автомат дуговой сварки : автоматическое устройство, выполняющее соединение поверхностей на недоступных человеку скоростях.
• Сварочный аппарат : совокупность механизмов, обеспечивающих перемещение головки вдоль шва, подачу флюса, защитного газа, и другие функции. Если действие происходит механизированным способом, устройство называют сварочным автоматом.

Сварщик должен быть оснащен средствами защиты: Маска со светофильтром, элементы тепловой и электрической защиты от расплавленных брызг и электричества. Если сварка производится в помещении с недостаточной вентиляцией, необходимо дополнительное вытяжное оборудование, чтобы избежать отравления газами или пылью.

Подбор электродов

Для проведения сварочных работ на трубах отопления или других конструкциях в первую очередь нужны электроды. От качества этого расходного материала зависит не только надежность сварных швов и герметичность системы, но и способ выполнения работ.

Электрод представляет собой тонкий стальной стержень со специальным покрытием, который обеспечивает постоянную дугу при сварке труб, участвует в формировании шва и предотвращает окисление металла.

Классификация электродов включает различие в зависимости от типа стержня и типа внешнего покрытия.

1. С неплавящейся серединкой. Материалом для такой продукции служит графит, электротехнический уголь или вольфрам.
2. С плавящейся серединкой. В данном случае в качестве сердечника служит проволока, толщина которой зависит от типа сварочных работ.

Что касается внешнего покрытия, то большое количество электродов, представленных на рынке, можно разделить на несколько групп.

Покрытие может быть таким:

Прежде чем приступить к сварке, мы рекомендуем вам поинтересоваться у своих коллег-сварщиков, какие электроды они предпочитают. В любом случае это будут разные марки, так как на рынке представлено множество брендов, которые могут отличаться в зависимости от города.

Следует отметить, что существует прямая зависимость между ценой и качеством электродов. Уже не раз было доказано, что дешевые расходные материалы не позволяют сваривать трубы с требуемым качеством. Поэтому не стоит экономить на этом факторе стоимости, так как это может значительно увеличить затраты.

Разновидности сварных швов и соединений труб

Существует несколько способов электросварки труб:

• размещая детали встык – в данном случае отрезки трубы находятся точно напротив друг друга;
• соединение в тавр – эта технология сварки труб подразумевает, что два куска трубы размещены перпендикулярно, в форме буквы «Т»;
• скрепление внахлест – в таком варианте один из кусков трубы развальцовывается, чтобы его можно было надеть на другой;
• угловое соединение – то есть, две детали размещены под углом 45° или 90°.

Электромуфтовая сварка труб позволяет получить такие швы:

• горизонтальные – в таком случае свариваемые трубы расположены вертикально;
• вертикальные – это швы на вертикальном участке трубы;
• потолочные – в данном случае электрод помещают в нижней части детали, над головой работника;
• нижние – соответственно, швы, для выполнения которых нужно наклоняться вниз.

В случае со стальными трубами следует отметить, что соединение должно быть торцевым, причем обязательно сваривать торцевой шов на толщину стенки изделия. Оптимальным методом является использование изогнутого нижнего шва.

Существует еще несколько рекомендаций по сварке труб сваркой:

1. При проведении сварочных работ следует держать электрод под углом в 45° или чуть меньше, тогда расплавленный металл будет попадать внутрь свариваемой трубы в гораздо меньшем количестве.
2. Если вы выполняете соединение в тавр или встык, то вам понадобятся 2-3 мм электроды. При этом сила тока, оптимальная для надежной герметизации системы, составляет в пределах 80-110 ампер.
3. Для надежного проваривания соединения внахлест сила тока должна быть увеличена до 120 ампер, а электроды можно использовать аналогичные.

1. Оптимальная высота сварного шва должна составлять 3 мм над поверхностью трубы. Только после ее достижения можно считать работу завершенной.

Особого упоминания заслуживают профилированные изделия. Сварка этих труб должна производиться точечно. Это означает, что сначала свариваются две точки на противоположных сторонах профиля, затем две другие точки и так далее, пока не нагреется вся труба. Затем выполняется непрерывный сварной шов по всей окружности трубы.

Предварительные работы

Для того чтобы трубы были сварены правильно, необходима тщательная подготовка поверхности. Поскольку при сварке часто приходится работать со старыми трубами, первое, что необходимо сделать, это очистить рабочую поверхность металла до полировки, чтобы на краях не было ржавчины, краски или окалины. Размер очищаемой поверхности должен составлять не менее 1 см от края.

Концы труб следует скосить (концы должны быть скошены под углом 65-70°) и оставить заусенец 2 мм (та часть, которая не скошена). Затем рекомендуется обезжирить трубы в месте сварки химическими веществами, такими как растворитель, спирт или аналогичными. Это поможет материалу лучше прилипнуть (свариться) к рабочей поверхности.

Края трубы также следует проверить на наличие дефектов. Изделия с трещинами или сколами могут плохо свариваться, а давление или повышенная температура могут повредить поврежденный участок, когда начнется работа.

При сварке необходимо учитывать толщину стенки материала, так как сварить две трубы может быть невозможно или очень сложно. Работа должна проводиться между двумя поверхностями одинаковой толщины, так как невозможно сделать полный шов между тонкостенной и толстостенной трубой из-за недостаточного проплавления шва. Кроме того, в процессе сварки тонкой трубы может произойти деформация или разрушение соединения.

При сварке необходимо также учитывать угол резки труб. Он должен составлять 90°, поскольку сварной шов получается не таким прочным, что может привести к деформации или разрушению соединения. Кроме того, при сварке двух труб проще сделать прямой шов, чем диагональный, так как это удобнее и менее трудоемко.

Виды швов и соединений

Существует несколько основных способов сварки труб:

• соединение встык – это метод при котором две детали должны находиться друг напротив друга, например, 2 конца трубы;
• тавровый стык или сварка в тавр – это способ, которым чаще всего пользуются при врезке в трубу. Он подразумевает под собой соединение 2 труб перпендикулярно друг другу (в форме буквы «Т»);
• крепёж внахлёст применяется для более герметичной сборки 2 труб, а также при небольших расхождениях в диаметре или при наличии неровностей. Для такой сварки одну из труб развальцовывают (увеличивают край с помощью специального инструмента, растягивая её поверхность изнутри) и надевают её край на другой конец поверхности;
• угловая сварка – это процесс соединения 2 деталей под разными углами. Чаще всего это 45°, 60° или 90°.

Стыки также различаются по положению и углу сварки. Например, горизонтальный шов используется для труб, проходящих перпендикулярно земле, а вертикальные швы делаются, когда трубы проходят горизонтально.

Поскольку сварку труб иногда приходится выполнять под потолком или на полу, эти типы соединения отличаются друг от друга. Сварка под потолком требует, чтобы электрод располагался внизу изделия, над головой рабочего, в то время как сварка на полу — это тот тип соединения, при котором необходимо нагибаться.

Выбор электродов для сварки трубопроводов

Диаметр электрода для сварки стальных труб дуговым методом зависит от толщины заготовки. Ниже приведены характеристики корпуса и стержня электрода, на которые следует обратить внимание:

• Электроды марки АНО-24, АНО-21 и МР-3 используются для изготовления сварных швов, не предназначенных для работ под большим давлением (сточные трубопроводы, дренажные системы) и высокой скоростью потока. Для работы можно использовать переменный ток.
• Универсальные электроды марки УОНИ рекомендуют начинающим сварщикам. Они образуют прочное соединение с хорошей проваркой металла. При массовых работах с использованием электродуговой сварки трубопроводов они не эффективны, так как не обладают высокой скоростью изготовления сварного соединения, к тому же надо постоянно контролировать состояние дуги.
• Электроды японского производства марки LB-52U применяют для соединения магистральных и технологических трубопроводных линий, предназначенных для эксплуатации при высоком давлении. Они обладают свойством ровного горения даже в моменты некоторого «провисания» в напряжении сети.
• Для ручной дуговой сварки газовых трубопроводов высокого давления довольно часто используют электроды швейцарской фирмы ESAB, которые позволяют выполнять сварной шов хорошего качества. Электроды ОК 46 считаются универсальными, а марка ОЗС 12 применяется для обработки низкоуглеродистых сталей. При использовании ОК 74.70 и ОК 53.70 можно применять ток любой полярности, так как слой обмазки включает в себя защитный флюс, препятствующий реакции окисления расплавленной сварочной ванны.
• Отечественная марка ЛЭЗ ЛБгп используется для сварки тонкостенного трубного проката и нанесения финишного слоя на стыковых соединениях толстостенных труб.
• Э-09Х1МФ, УОНИИ-13/45 и Э42А предназначены для сварки тепловых трубопроводов из легированных сталей, толстый пласт обмазки типа Д формирует шлаковый слой, который защищает расплавленный металл от окисления.

Правильный выбор электродов в значительной степени обеспечивает бесперебойную работу трубопроводных сетей. Качество стали проката и стержня должно совпадать, так как правильный выбор покрытия электрода влияет на степень защиты сварочной ванны.

Варианты соединений трубопроводов при сварке

Существуют следующие основные процедуры для сварки проводников:

• Соединение «встык» предполагает, что торцы двух деталей перед сваркой размещаются друг напротив друга, к примеру, торцы обеих труб.
• Тавровое стыковое соединение или сварка «в тавр» – способ, который наиболее часто применяется при врезке в трубу. Представляет собой соединение двух перпендикулярных относительно друг друга труб, по форме напоминающих букву «Т».
• Метод сварки «внахлест» используется при необходимости усиленной герметичности сборки из двух труб, или в тех случаях, когда существуют небольшая разность в диаметрах или наличие неровных поверхностей. При такой технологии необходимо край одной из труб развальцевать (увеличить изнутри ее диаметр при помощи специального инструмента) и надеть ее край на конец сопрягаемой поверхности.
• Сварка «угловая» представляет собой соединение двух труб под определенным углом. Наиболее часто применяются углы стандартного ряда: 45°, 60° или 90°.

Кроме того, сварные соединения могут отличаться друг от друга по углу и положению шва. Например, в горизонтальных швах трубы соединяются в вертикальном положении относительно земли, в то время как в вертикальных швах обе трубы располагаются горизонтально.

Поскольку при сварке трубы могут быть уложены как на полу, так и под потолком, сварные швы отличаются друг от друга. При сварке труб под потолком электрод располагается под изделием, которое находится над головой сварщика, тогда как при сварке труб под потолком сваривается изделие, которое должно быть наклонено в сторону сварщика.

Способы сварки труб

Для сварки стыков труб обычно используются три метода:

— вручную, плавящимися электродами,

— с помощью полуавтомата в углекислом газе, где дуга генерируется тугоплавким электродом, а для покровного слоя используется сварочная проволока,

— дуговая сварка под флюсом, при которой защитные слои наносятся на еловую сталь.

• Электрошлаковая, благодаря толстому слою шлака шов не окисляется.
• Газовая, нагрев обеспечивается сжиганием ацетилена, поступающего в рабочую зону из горелки.

Другими процессами являются контактная сварка, ультразвуковая сварка и термомеханическая сварка.

Газовая сварка

Процесс используется на месте, когда трубы находятся далеко от источников энергии или когда сварка труб сваркой невозможна: прокатная труба не может вращаться или скручиваться при выполнении шва. Содержание присадочного металла в сварных швах при газовой сварке выше, чем при дуговой. Металл меньше подвержен воздействию температуры, и риск возникновения остаточных напряжений в металле невелик.

При сварке труб газом, ацетиленом или газогенератором температура в рабочей зоне выше, если горит ацетиленовый баллон. Присадочная проволока ETV подается так, чтобы она лежала на горячем металле. Для 3-миллиметровых швов разделка кромок не требуется, но для толстостенных листов кромки обрезаются под углом.

Оцинкованная сталь собирается с потоком HLS-B, при этом концентрация кислорода в газовой смеси повышается. После работы дополнительная антикоррозионная защита сварных швов не проводится.

Метод ручной дуговой электросварки

Для того чтобы правильно сварить трубу электросваркой, необходимо учитывать технологию. Количество проходов зависит от толщины проката, состав электродов и покрытие выбираются в зависимости от типа проката. При сварке труб большого диаметра удар наносится по чешуйке перед следующим слоем металла — кованым швом. Направление сварки поверхности меняется — даже швы выполняются в направлении, противоположном отдельным швам. Многое зависит от первого шва, он выполняется медленно, используется контрольный ролик для проверки металла на наличие трещин. При обнаружении дефектов неровный шов срезают и на его месте делают новый со смещением от 15 до 30 мм. Для верхнего слоя выбирают электроды с толстым слоем.

Выбор электродов

При дуговой сварке стальных труб диаметр электродов необходимо выбирать в зависимости от толщины свариваемого проката. При этом важно учитывать особенности сердечника электрода и покрытия. Диаметр электрода следует выбирать в зависимости от толщины проката:

• Электродами МР-3, АНО-21, АНО-24 варят швы, не испытывающие высокого давления (дренажные системы, сточные трубопроводы), где скорость потока незначительная. Работать можно на переменном токе.
• Универсальные УОНИ рекомендуют использовать начинающим, они хорошо проваривают металл, образуют прочное соединение. Для большого объема электродуговой сварки они не эффективны из-за невысокой скорости образования шва, необходимости постоянного контроля дуги.
• LB-52U – электроды японских производителей используют для монтажа технологических и магистральных трубопроводов, рассчитанных на высокое давление. Для LB-52U характерно ровное горение даже при небольшом «провисании» напряжения в сети.
• Электроды швейцарской компании ESAB отличаются хорошим качеством шва, ручная дуговая сварка газовых магистралей высокого давления нередко проводится ими. ОЗС 12 применяют для низкоуглеродных сталей, ОК 46 — универсальные. На токе любой полярности варят ОК 53.70 и ОК 74.70, в обмазке содержится защитный флюс, сдерживающий окисление ванны расплава.
• Отечественное ЛЭЗ ЛБгп применяют для финишного слоя на стыковых соединениях толстостенного трубного проката, для сварки тонкостенных труб.
• Э42А, УОНИИ-13/45, Э-09Х1МФ применяют при монтаже теплосетей из легированных сталей, толстая обмазка типа Д образует шлаковый слой, защищающий расплавленный металл от окисления.

Электроды во многом определяют бесперебойную работу трубопроводных сетей. Сталь стержня должна соответствовать марке проката, а тип покрытия определяет степень защиты расплавленных ванн.

При выборе типа установки для технологического трубопровода или системы снабжения учитывается толщина проката, марка стали и эксплуатационная нагрузка на металл. Толстые стенки свариваются многослойными швами с предварительной разделкой кромок. Тонкостенные листы следует зачищать только перед сваркой. Если у вас есть сварочный аппарат, вы можете сварить швы самостоятельно.