Ручная дуговая сварка труб. Как правильно сварить трубу?

Сварка различных труб ручной дуговой сваркой заключается в образовании в точке приложения электрода к поверхности трубы высокотемпературной электрической дуги. Под её действием металл электрода расплавляется до жидкого состояния и каплями стекает вниз в точку соединения двух элементов трубопровода, металлическая поверхность которых также расплавляется до полужидкого состояния. Попавшие на стык металлические капли, застывая, соединяют между собой детали и герметизирует шов. Шлак, содержащийся в электроде, всплывает наверх сварочного расплава до момента застывания последнего.

Популярность дугового сваривания определяется именно своей технологической простотой, а также высокой прочностью и герметичностью получаемых швов.

Технология дуговой сварки

Прочность соединений, полученных в результате сварки, достигается за счет нагревания электрической дугой сплавов из разных металлов и их пластической деформации от воздействия высоких температур. Этот процесс приводит к взаимному обмену элементарных частиц электрода и используемых материалов. Возникают молекулярные связи, делающие крепление неразъемным.

Подходя к сварке трубопроводов со всей ответственностью, необходимо знать основные моменты технологии сварки разных материалов.

Сварка неповоротных стыков

Для сварки неповоротных стыков металлической трубы подходит трехслойная сварка. Если такие стыки варят на трубах диаметром до 1,2 см, их ширина должна равняться тройной толщине электрода, а высота быть не выше 0,4 см. Способ сварки – поступательно-возвратный. Дуга делается максимально короткой – до 2 мм. Предыдущий слой покрывается следующим на 2-2,5 см.

Сварка поворотных стыков

Поворотные стыки также варят в три слоя. Процесс происходит в несколько этапов:

1. Стык условно разделяют на 4 части.
2. Сваривают два из них и поворачивают полученное соединение на 180 градусов.
3. Сваривают остальные отрезки.
4. Переворачивают трубу на 90 градусов и варят слой второй.
5. Поворачивают трубу еще раз на 180 градусов.
6. Повторно сваривают две оставшиеся части.

Если необходимо сварить трубы, диаметр которых более 50 см, выполняется технология обратноступенчатая:

1. Стык делится на короткие отрезки от 15 до 30 см.
2. Трубу вращают и накладывают слои.

Поворотные стыки, диаметр которых до 20 см, варят без разделения на отрезки. В этом случае применяют сплошной шов при вращении трубы. Обратите внимание, что 2 и 3 слои сварки накладывают в противоположных направлениях. Смежные слои перекрывают на 1-1,5 мм.

Сварка трубопроводов из сталей повышенной прочности

Уменьшению металлоемкости конструкций при строительстве трубопроводов способствует использование для этих целей изделий из стали повышенной прочности. При работе с ними учитывают:

• тепловой режим, который препятствует появлению закалочных трещин и мартенсита;
• качество сварочных материалов, которые обеспечивают повышенную технологическую прочность наплавленного металла и его равнопрочность с основным материалом.

Для этого проводят следующие операции:

• по условиям проплавления проводят расчет режима сварки;
• определяют допустимую скорость остывания стали после сварки.

Варят стали повышенной прочности двумя способами:

• с термической обработкой сварных стыков;
• без термической обработки сварных стыков.

Электроды, предназначенные для сваривания труб с высокой прочностью, имеют сопротивление разрыву свыше 590 МПа.

Главные преимущества электродов для варки с последующей обработкой соединений:

• ударная вязкость;
• небольшое удлинение;
• сопротивление разрывам.

Под стандарты ГОСТ 9467-75 подходят 5 видов неосновного материала для сварки металлоконструкций повышенной прочности:

• Э150;
• Э1255;
• Э100;
• Э85;
• Э70.

При сваривании металлоконструкций из сталей упрочненного класса без последующей после сварки термической обработки, выбирают электроды, обеспечивающие получение шва с аустенитной структурой металла. В результате получают сварные соединения с повышенной устойчивостью к образованию трещин, а сам шов – с высокими показателями вязкости и пластичности.

Сварка газопроводов и труб для транспортировки агрессивных жидкостей

Трубопроводы для транспортировки агрессивных жидкостей, кислот и щелочей, должны быть отведены от других инженерных коммуникаций. Все соединения должны быть герметичны, не подвержены трещинам и иметь стойкость к высокому давлению.

Материалы для сварки должны обладать антикоррозийными и антиокислительными свойствам, чтобы не возникло протекания вдоль сварного соединения в довольно агрессивных средах. При сварке трубопровода данного типа важно соблюдать и не нарушать правила, чтобы избежать нежелательных дефектов.

Специальные сварочные работы

Существуют особые способы сварки, которые используются только для определенных видов изделий конкретной специфики сваривания.

Диффузионная сварка

Образование связей на атомарном уровне за счет пластической деформации при приближении металлических элементов друг к другу при повышенной температуре получило название диффузионной сварки.

Соединения, полученные таким методом, имеют преимущества:

• экологичность;
• низкий расход электроэнергии;
• сохранение качественных характеристик используемых металлических деталей;
• небольшая зависимость от внешнего воздействия;
• соединение материалов, обладающих различными свойствами.

Сварка давлением

Сварка давлением – разновидность контактной сварки. В ее процессе поверхности находятся под высокоинтенсивным давлением, поэтому соединение получается бед дополнительного нагрева.

Качество шва, полученного таким способом зависит от:

• приложенных усилий;
• возможности металла поддаваться пластическому деформированию;
• предварительной подготовки материала.

При контактной сварке свариваемую область подвергают защите с помощью среды инертного газа.

К специальным видам сварочных работ также относятся:

• термитная сварка;
• сварка трением;
• сварка взрывом;
• электроннолучевая сварка;
• импульсно-дуговая сварка.

Электрошлаковая сварка

Работы при такой сварке основаны на процессе, при котором через расплавленный шлак проходит электрический ток, и энергия электронов преобразовывается в тепловую.

Отличительными характеристиками электрошлаковой сварки являются малая сосредоточенность энергии в области нагревания и большая зона нагрева.

Лазерная сварка

Излучение лазера – высококонцентрированный источник нагревания. Им служит оптический квантовый генератор.

Обладает рядом преимуществ в сравнении с другими видами сварки:

• повышенные скорости охлаждения и нагревания, которые снижают область термического воздействия и уменьшают вероятность качественных изменений металла;
• луч можно передавать на значительные расстояния, что делает возможной сварку в труднодоступных местах;
• деформация деталей уменьшается в десяток раз, благодаря узкому, но глубокому шву.

Работа с газопроводами и трубами для транспортировки агрессивных жидкостей

Для формирования корневого шва применяются керамические прокладки. Они крепятся с обратной стороны и формируют расплавленный металл, не давая ему вытечь. Керамические прокладки предотвращают появление пористости, подрезов и наплывов.

Сварщик 6 разряда, бригадир бригады сварщиков оборудования для пищевой и химической промышленности Бородай Н. С.: «При сварке ответственных труб и емкостей из нержавеющей стали с внутренней стороны не допускается образование валиков. При прокладке корневого шва следует обеспечить, поддув аргона на место сваривания. Если невозможно местно использовать аргон, его закачивают в емкость или трубу, обеспечив поддув на протяжении всей сварки корневого шва с интенсивностью 3 – 4 л/мин. При доступе внутрь свариваемой конструкции, на обратную сторону шва наносится флюс паста, разбавленная спиртом до консистенции зубной пасты. Она поможет сформировать ровный шов и не допустит образование аграта – ежиков».

Подготовка к ручной дуговой сварке

Чтобы соединение получилось качественным и надежным, следует придерживаться целого комплекса условий.

Выбор режима дуговой сварки

Эффективность процесса зависит от правильного выполнения технологических моментов, поэтому важно выбрать режим сварки. Для этого нужно точно знать конфигурацию и толщину заготовок, химсостав металла и конструкцию сварочного соединения. В результате будет подобран подходящий диаметр электрода и величина тока.

Разные факторы имеют различное влияние на процесс, поэтому их поделили на 2 вида.

Основные параметры (они связаны с характером горения дуги), которые нужно учитывать:

• количество проходов;
• быстрота дуговой сварки – зависит от толщины металла и шва, оптимальная скорость перемещения должна быть такой, чтобы шов оказался в 2 раза шире диаметра электрода;
• длина дуги сварки – связана с диаметром электрода, от нее зависит прочность свариваемого соединения;
• полярность и род тока – бывает прямой и полярной, в зависимости от того, из какого металла сделано изделие;
• сила тока – влияет на качество шва и производительность сварки;
• диаметр электрода – зависит от кромок свариваемых изделий и способа сварки.

Дополнительные параметры:

• наклон и длина электрода – от этих показателей зависит степень и скорость его нагревания;
• температура металла для сварки начальная;
• расположение изделия в процессе – электрод удерживают вертикально, это имеет значение для ширины и глубины шва.

Зная особенности всех параметров режима сварки, можно настроить свой сварочный аппарат на максимально продуктивную и эффективную работу.

Сварочное оборудование и типы электродов

Основное оборудование для ручной дуговой сварки – разного рода трансформаторы, которые способствуют непрерывности электродуги и являются источником питания. Эту же функцию выполняет и сварочная установка.

Рабочим инструментом сварщика для дуговой ручной сварки есть электрический держатель. Его цель – удержание электрода и подвод к нему электрического тока. Им выполняются все манипуляции в процессе, со стороны специалиста не прикладываются длительные усилия.

Держатели надежно крепят электрод в любых положениях, перпендикулярно и под углом, что позволяет не деформировать изделие при работе в труднодоступных местах. Электродержатели производят смену не более 4 секунд. По способу закрепления электрода их делят на специализированные и универсальные.

Для ручной дуговой сварки электроды подбирают неплавящиеся и плавящиеся, которые изготавливают из легированной, высоколегированной и углеродистой стали.

Обработка стыков трубопровода

Сборка стыков под сварочные работы заключена в совмещении торцов труб, чтобы их поверхности совпали, а ось трубопровода не была нарушена. Обрабатывают концы механическим способом – фрезой, резцом, абразивным кругом.

Обработка стыков необходима для холодного натяга, который компенсируется при последующем прогревании трубопровода его удлинением. Холодный натяг дает возможность разгрузить конструкцию от температурных напряжений.

Обработка стыков после натяга грозит образованием в них трещин после нагревания. При рабочей или комнатной температуре прочность стыка выше, чем при температуре отпуска. При отпуске первого стыка, который выполняет функцию пластического шарнира, часть натяга снимается.

Предварительный подогрев трубы

При сварочных работах со сталями среднелегированными, с повышенным содержанием углеводорода, которые склонны к резкой закалке, обязателен предварительный нагрев труб. Из-за чувствительности к термическому циклу сварки, область околошовная становится резко закаленной и непластичной при любом виде сварки. Шов формируется неудовлетворительно.

Предварительный подогрев приводит к снижению скорости остывания зоны возле шва, в ней образуются структуры с запасом пластичности. Они служат защитой от образования трещин под воздействием цикла термодеформации.

Температуру подогрева рассчитывают с учетом толщины стали и ее химического состава. После чего корректируют, определив реальную скорость охлаждения и сопоставив эти показатели.

Подбор электродов

Не менее важным для получения высококачественных швов является использование проверенных расходных материалов. Плохие электроды станут непреодолимым препятствием на пути к достижению нужного результата. Лучшими на сегодняшний день считаются такие марки:

• АНО-21, АНО-24 и МР-3. Для использования требуется сеть переменного тока. В связи с невысокой стоимостью расходный материал востребован в самых разных отраслях деятельности человека, включая приусадебные хозяйства. Такие электроды отлично справляются с задачами сваривания конструкций для частного подворья: ворот, теплицы, навеса и т.д. Для соединения труб, а особенно магистралей высокого давления перечисленные расходные материалы непригодны;
• УОНИ. Высокого качества сердечники заслужили похвалу профессионалов. Тем не менее, электродам свойственны и отрицательные моменты. К примеру, они не позволяют выполнять сварочные работы в быстром темпе. Шов формируется медленно и очень важно поддерживать стабильность электрической дуги. Работать с такими электродами смогут те, кто имеет за плечами опыт с аналогами АНО и МР;
• LB-52U. Из всех рассматриваемых марок для сваривания труб электросваркой подходят лучше всего. Японская разработка предпочтительная в реализации крупных проектов. Электроды формируют ровный, привлекательный шов и отлично держат дугу. Единственный их недостаток – это сравнительно высокая стоимость.

Техника ручной дуговой сварки

Дуговая сварка является универсальным способом соединения металла. От качества сварочного шва зависит всей конструкции. Важно научиться грамотно работать со сварочным аппаратом, чтобы шов был надежным и герметичным.

Требования к сварному шву по ГОСТ

Стандарт параметров качества сварных швов определен по ГОСТ 23118-99. Кроме него, контроль за всеми видами сварочных работ и их результатами производят согласно:

• ВСН 012-88 – инструкция, по которой определяется, какие действия предпринимаются для контролирования качества сварных швов;
• ВБН А.3.1.-36-3-96 и ВСН 006-89 – подробный инструктаж о проведении работ сварочным аппаратом;
• СП 105-34-96 – сборка правил, которые регламентируют стандарты проведения сварочных работ и характеристики качества сварного шва.

Приемы дуговой сварки

Запал дуги проходит в несколько стадий:

• короткое замыкание электрода на элемент;
• отведение электрода;
• появление дуги.

Касаться электродом изделия следует отрывисто, иначе возникает опасность его приваривания. Качество сварки зависит непосредственно от длины дуги:

• длинная — делает шов пористым, неоднородным;
• короткая — устойчиво горит и гарантирует хороший шов.

Если угол наклона меньше 90градусов, сварку проводят углом вперед, если больше – наклонив назад. Электрод при сварке может двигаться тремя способами:

• движения поперек шва – в результате получают шов, который называют расширенный валик;
• движение вдоль оси электрода – для поддержки постоянной длины дуги;
• движение вдоль оси валика – получают узкий шов и ниточный валик.

Схемы сварки

Схема дуговой сварки заключена в образовании замкнутого контура, по которому циркулирует высокочастотный, постоянный или переменный ток. Сварочные швы бывают трех видов:

• короткий;
• средний;
• длинный.

По размеру сечения швов определяются их свойства:

• однословность или однопроходность;
• многопроходность или многослойность.

Однопроходная сварка – экономична и проста, высокопроизводительна. Ее недостаток – низкая пластичность металла и большая область перегрева.

В результате многослойной сварки создаются надежные и прочные соединения, они более износоустойчивы. Для заполнения шва применяются несколько способов сварки:

• «каскадный»;
• «горкой»;
• «в угол»;
• «в лодочку».

Порядок подготовительных работ

Сварка труб ручной сваркой потребует от вас ряда подготовительных действий:

1. Зачистить зону сварочных работ от грязи и масел.
2. Для качественного сваривания элементы трубопровода необходимо установить «встык» и выровнять друг относительно друга.
3. Выставить оптимальный режим сварки и установить на сварочный аппарат электроды, отвечающие технологическим требованиям.
4. Перед началом сварочных работ установите на трубах заземляющие контакты.
5. Чтобы надёжнее закрепить элементы трубопровода друг с другом, сделайте по окружности несколько прихваток – небольших сварных швов, фиксирующих точное положение свариваемых элементов.

Пошаговое обучение — дуговая сварка неповоротных стыков труб

Горизонтальная и вертикальная сварка неповоротных стыков отличаются лишь тем, что при втором варианте расположения шва постоянно нужно менять угол наклона электрода.

Сварка корневого валика на трубе

Корневой обратный валик формируют электродом диаметром 0,3 см. Длина дуги – короткая или средняя. Наклон электрода к вертикальной плоскости трубы выдерживают, глядя на проплавление другой стороны корня шва, он составляет 80-90 градусов углом назад.

Величина тока подбирается с учетом зазора между торцами, толщины основного металла, толщины притупления и положения в диапазоне.

Объем сварочной ванны определяет скорость сварки. Она должны быть подобрана так, чтобы оба торца отлично сплавлялись, а корневой валик оставался в норме. Возможно применение электрода большего диаметра – 0,4 см. Валик второй делается по всей ширине, приваривая корневой и кромки. Сварщик выбирает электрод, промеряв его торцом ширину первого валика. Сварка происходит углом назад, со средней скоростью. Величина тока – средняя.

Заполнение шва

Заполняют разделку с нижней кромки. Третий валик выполняется на повышенных режимах.

В зависимости от размещения шлака сварку проводят под прямым углом или углом назад 70-80 градусов. Величина тока подается в максимальном диапазоне.

Скорость сварки должна быть такой, чтобы получился валик с усилением. Электрод движется по нижнему краю второго валика. Полноту третьего элемента сварщик должен рассчитать так, чтобы она была не слишком широкой и не узкой.

Юлия Петриченко, эксперт

При сварке четвертого валика наклон электрода 80-90 градусов, выполняется углом назад или под прямым углом. Он должен быть в норме.

Скорость сварки подбирается такая, чтобы сварочная ванная сплавляла верхнюю кромку разделки с третьим валиком, проплавляя второй по центру.

Замок сварного шва

Сварка каждого из валиков оканчивается проплавлением начала и запуском на шов на 0,2-0,3 см. Если работа выполняется в одиночку, каждый слой следует оканчивать по всему периметру без перерывов. «Замки» должны быть отдалены друг от друга на 0,5 см.

Многослойную сварку ведут по спирали, чтобы за счет уменьшения «замков» снизить дефективность сварочного шва.

Сварка лицевого слоя

Лицевой слой варят электродами такого же диаметра, как и при заполнении разделки. Величина тока – средняя.

Делают обычную горизонтальную наплавку (1,5 диаметра электрода), верхний слой выполняют на повышенной скорости для получения более плоского и гладкого валика. Диаметр электрода можно подобрать и меньший, соответственно с ним уменьшают и сварочный ток.

Образование ежиков

Грат, или еж, это полое образование внутри шва или под слоем брызг. Образование ежиков при сварке трубы относится к сварочным дефектам, которые действуют разрушающе. Просветка рентгеновскими лучами определяет внутренние дефекты, неразрушающий метод контроля. Чаще всего грат образуется при сварке алюминия. Его следует варить переменным током, отрывистым методом, чтобы не было перегрева.

Чтобы избежать образования ежиков, следует следить за образующимися в ванной газами, они должны успеть выйти наружу. Если происходит остановка, следует вернуться на 20 – 30 мм, очистить поверхность от шлака и продолжить, начиная идти по шву.

Сократить количество аграта можно тщательной очисткой кромок, особенно на алюминии. Тогда ржавчина и грязь не будут плавиться в ванне, и загрязнять шов.

Чтобы убрать цвета побежалости без снятия слоя абразивным кругом, можно использовать химический метод. На поверхность трубы наносится травильная паста Inox Gel или Stain Clean. Составы очень ядовитые, следует одевать респиратор и перчатки, наносить кистью.

Ошибки в сварной обработке труб

Поскольку на практике просветная сварка труб сложная работа, у начинающих сварщиков часто происходит забраковка деталей. Избавиться от нее без практики и наработки личного опыта невозможно.

Ускорить обучение может разбор теории сварочного дела и стандартов по сварке на просвет.

Далее будут приведены ошибки в просветной обработке труб и способы их предотвращения.

И именно наработка опыта позволит предотвратить появление непроваров в будущем.

Опыт и интуиция важны в просветном сваривании, однако изучение техдокументации к заданию существенно облегчит выполнение работы.

Еще пара советов для предотвращения типичных ошибок:

1. Несмотря на сложность, сваривание производится при короткой длине сварной дуги. Даже если хочется облегчить задачу, нельзя менять длину дуги. Сварка уже на среднем значении ухудшит качество соединения.
2. В процессе сваривания пруток не отрывается. Отрыв присадочного прутка производится только при необходимости его обновления.
3. От детали к детали нужно следить за настройками силы тока.
4. Не стоит игнорировать подготовительный этап. Правильная зачистка и разделывание кромок облегчает работу.
5. Работа проводится только сухими присадочными прутками.
6. Не стоит проводить процесс сварки на просвет во время непогоды.
7. Качество оборудования и дополнительных элементов тоже имеет вес в надежности результата.

Как правильно и ровно сварить трубопровод

Трубопроводы монтируют:

1. Встык, трубы плотно сдвигают, зазор заполняют расплавленным металлом. Тонкостенные зазоры сразу заполняют полностью. Когда сваривают две трубы толще 3 мм, делают несколько встречных проходок, каждый раз начиная шов с разных мест.
2. Внахлест, такой метод соединения удобен для разнотолщинных трубных заготовок. При такой сварке металлических труб валик образует плавный переход с одного диаметра на другой.
3. Под углом сваривать трубу электросваркой удобно в нижнем положении. В верхнем используют газосварку.
4. Тавровое соединение образуется, когда трубопровод разветвляется или одну ветку магистрали врезают в другую.

Между собой трубные заготовки сначала соединяют в нескольких точках, чтобы стык не расходился. Этот процесс называется сборкой. Затем проваривают весь шов.