Ручная дуговая сварка трубопроводов из низкоуглеродистой, низколегированной стали и чугуна. Сварка трубопроводов имеет свои особенности, обусловленные тем, что эти конструктивные элементы обычно работают под давлением, следствием чего являются высокие требования к качеству сварочных работ. Трубы под сварку выбирают по внутренним диаметрам. В одну группу объединяют трубы, имеющие расхождение по внутреннему диаметру до 1 %, но не более 2 мм. Концы труб под сварку разделывают и обрабатывают - обрезают, снимают фаски механическим способом (резцом, фрезой или абразивным кругом).
Трубы из низколегированных и низкоуглеродистых сталей могут быть обработаны газовой или воздушно-дуговой резкой с последующей зачисткой кромок режущим или абразивным инструментом до удаления следов термической резки. Трубы тщательно очищают от попавших внутрь загрязнений (комьев грунта, грязи, камней и т.д.), после чего концы труб подготавливают к сварке. Торцы, скошенные кромки, а также прилегающие к ним поверхности очищают от грязи, мас'ла и окалины. Перед сборкой необходимо проверить правильность подготовки кромок и зачистить их до металлического блеска. Подготовка под сварку предусматривает выправку деформировавшихся при перевозке концов труб, проверку формы, состояния и совпадения кромок, трубы центрируются, проверяется правильность выставленных зазоров. При сборке стыков трубопроводов (или их секций) должно быть обеспечено правильное фиксированное взаимное расположение стыкуемых труб и деталей, а также свободный доступ к выполнению сварочных работ.
Трубы больших диметров можно взаимно фиксировать при помощи стяжечных приспособлений. Трубы небольших диаметров (до 100 мм включительно) собирают с прихваткой и с полным проваром корня коренного шва. Высота прихватки определяется толщиной стенок трубы и должна быть не менее 3 мм при толщине стенки до 10 мм и 5-8 мм при толщине стенки более 10 мм. Прихватку выполняют теми же электродами, которыми будут варить коренной шов. К качеству прихватки предъявляются те же требования, что и к основному сварному шву. Если при внешнем осмотре прихватки обнаружены поры и трещины, ее удаляют механическим способом. Допускается выполнять сборку труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей путем приваривания к ним технологических пластин или накладок, которые удаляют механическим способом по мере заполнения шва.
При сварке поворотных стыков ось трубы располагают горизонтально или вертикально. Если вращение стыка затруднено, то сварку выполняют в два поворота.
При сварке труб диаметром до 200 мм на стеллажах окружность стыка разделяют на две равные части. Каждый слой шва начинают с нижней части, смещаясь от нижней точки трубы вверх на 20-30 мм. Конец шва следует перекрывать на 20-30 мм. Стыки труб диаметром от 200 до 500 мм при сварке на стеллажах разбивают на 3-4 участка и сваривают снизу вверх, поворачивая каждый участок, располагая его вертикально. Второй слой заваривают участками, равными половине длины окружности, сначала с одной, а затем с другой стороны стыка снизу вверх. Последующие слои сваривают так же, как и второй слой, но с поворотом трубы на 180° или смещением начальной точки сварки на 50-60 мм от начала предыдущего слоя.
Свариваемость и свойства сварных соединений во многом определяются составом чугуна и его структурой. Чугуны различают по форме содержащегося в нем графита. Физические свойства чугуна указывают в его маркировке. Так, индексом «СЧ» маркируют серый чугун, чаще всего применяемый для изготовления конструкций. Механические свойства серому чугуну придает углерод, находящийся в несвязанном состоянии с кристаллами углерода пластинчатой формы.
Высокопрочный чугун маркируют индексом «ВЧ». Графит в этом виде чугуна имеет шаровидную форму за счет введения магния. Ковкий чугун маркируется индексом «КЧ». Увеличение пластичности основного материала обусловлено длительным Отжигом чугуна, что придает графиту хлопьевидную форму и позволяет ему находиться в свободном состоянии. Белый чугун («БЧ») содержит углерод в виде химического соединения цементита, который придает чугуну высокую твердость и хрупкость, что ограничивает его применение в конструктивных целях.
Технологию, режимы и материалы сварки чугунных трубопроводов подбирают в зависимости от вида чугуна и условий его эксплуатации. Сварку можно выполнять и холодным, и горячим методами. При сварке чугуна возможны такие дефекты, как охрупчивание сварного соединения и образование трещин вследствие остаточных напряжений и деформаций. Образование на поверхности сварочной ванны тугоплавких оксидов способствует появлению непроваров. Для борьбы с этими явлениями применяют предварительный и сопутствующий подогрев, обеспечивающий нужную структуру сварного соединения. Процесс подготовки свариваемых поверхностей практически такой же, как в ранее рассмотренных вариантах, и включает в себя очистку деталей, разделку кромок и т.д. Для того чтобы в процессе сварки расплавленный металл не вытекал, сварку лучше выполнять в нижнем' положении с формовкой сварочной ванны.
Сварку выполняют стальными, никелевыми, железно-никелевыми, медно-никелевыми и медно-железными электродами.
Газовая сварка трубопроводов. Прокладка трубопроводов диаметром до 100 мм редко обходится без сварки. При газовой сварке трубы сваривают стыковыми соединениями с выпуклым швом. Выпуклость шва зависит от толщины стенки и обычно находится в пределах 1-3 мм. Трубы со стенками толщиной до 3 мм сваривают без скоса кромок, выдерживая стыкс зазором, равным половине толщины стенки трубы. При сварке труб с более толстыми стенками кромки разделывают, выполняя скос под углом 35-45°. Острые кромки притупляют, чтобы они не оплавлялись при сварке.
При сварке труб необходимо следить за тем, чтобы расплавленный металл не протекал во внутреннюю полость, что снижает сечение трубопровода. Сварку трубопроводов целесообразно вести поворотным методом, выдерживая нижнее положение шва. Однако при монтажных работах это далеко не всегда возможно, поэтому сваривают потолочные и вертикальные швы. Сварку начинают с одной из точек и выполняют четырьмя участками, разделяющими периметр трубы на четыре равные части. В труднодоступных местах, где нельзя приблизить горелку к сварочному шву, выполняют сварку «с козырьком». Для этого в трубе вырезают козырек, сваривают труднодоступные места с внутренней стороны трубы, прикладывают козырек на место и заваривают остальные швы.
Сварка трубопроводов из легированных и разнородных сталей.
При изготовлении и монтаже технологических трубопроводов применяется свыше 40 марок легированных сталей. Обработка и сварка труб из этих сталей затруднены наличием легирующих элементов. Для получения сварного соединения хорошего качества необходимо правильно выбрать вид и способ сварки, сварочные материалы, режимы сварки, а также термическую обработку (предварительный и сопутствующий подогрев, высокий отпуск и отжиг после сварки и т.д.). При изготовлении и монтаже трубопроводов из легированной стали применяются ручная дуговая сварка, автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом, ручная и автоматическая аргонодуговая и полуавтоматическая и автоматическая в среде углекислого газа.
При ручной дуговой сварке труб из легированных сталей число слоев сварного шва зависит от толщины стенки трубы и расположения шва в пространстве. Первые два слоя накладываются электродами диаметром 2,5-3 мм, последующие слои - электродами диаметром 4 мм. При сварке поворотных стыков сварочный ток равен 80-100 А для аустенитных электродов диаметром 3 мм и 100-120 А для электродов диаметром 4 мм; для перлитных электродов диаметром 3 и 4 мм - соответственно 100-120 А и 120-160 А. При сварке неповоротных стыков сила тока должна быть меньше примерно на 15 %. Сварка выполняется, как правило, постоянным током обратной полярности при короткой дуге.
Режимы сварки поворотных стыков под флюсом подбираются исходя из диаметра свариваемых труб, толщины их стенки и свойств свариваемых материалов. Сварка ведется на постоянном токе обратной полярности. У труб со стенками толщиной До 20 мм все слои шва должны свариваться на одном режиме. При толщине стенки труб более 20 мм после заполнения разделки скорость сварки уменьшают на 60-70 %. Коррозионно-стойкие стали (хромоникелевые и хромистые) следует сваривать на минимальных режимах тока при максимально возможных скоростях. Диаметр сварочной проволоки при сварке под флюсом легированных сталей не должен превышать 2 мм. В качестве сварочного оборудования при сварке под флюсом применяются полуавтоматы серии ПШ (ПШ-5, ПШ-54 и др.) или автоматы ТС-17М, ТС-35 и др.
При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом рационально сваривать трубы с толщиной стенки до 2,5 мм. При ручной сварке диаметры вольфрамового электрода и присадочной сварочной проволоки должны примерно быть равны толщине стенки трубы (до 4 мм) или притуплению (при комбинированной сварке). Сварочный ток (А) в этом случае будет равен 40 диаметрам неплавящегося электрода (мм). Сварка ведется на переменном и постоянном токе прямой полярности при помощи любой серийной сварочной горелки (например, типа АР).
Сварку плавящимся электродом рекомендуется использовать при толщине стенок трубы более 2,5 мм.
Для аргонодуговой сварки поворотных стыков труб применяют серийные автоматы с плавящимся электродом типа АСДП, АДПГ, АДСВ, полуавтоматы типа ПШП-10, ПДА-300 и др.
Сварка неповоротных стыков может осуществляться на автоматах типа АТВ, АТ, ТАМ, ОКА и других с неплавящимся электродом.
В среде углекислого газа могут свариваться хромоникелевые аустенитные стали (в основном жаропрочные), некоторые средне- и низколегированные стали. Сваривать трубы в среде углекислого газа можно автоматами типа ТСГ (например, ТСГ-7М) и полуавтоматами А-547У, ПДПГ-300, ПТВ, ПДПГ-500 плавящимся электродом диаметром 0,5-1,2 мм на постоянном токе обратной полярности.
При полуавтоматической сварке швы могут накладываться во всех пространственных положениях. При толщине стенок труб 4-8 мм и диаметре сварочной проволоки 0,8-1,2 мм сварочный ток (для поворотных стыков) составляет 90-130 А при напряжении 18-22 В для аустенитных сварочных проволок. При сварке неаустенитными проволоками сварочный ток на 10 % выше.
При сварке труб из легированных сталей любыми способами необходимо учитывать следующие технологические особенности:
- трубы из перлитных, мартенситно-ферритных и мартенситных сталей должны свариваться без перерывов. При вынужденных перерывах обязательно обеспечивают медленное и равномерное охлаждение металла, изолируя его любыми термоизоляционными материалами. Свободные концы труб при сварке должны закрываться во избежание образования тяги воздуха;
- сваренные стыки труб должны остывать медленно;
- в трубах из аустенитных сталей перед сваркой каждого последующего слоя предыдущий слой {или прихватка) должен полностью остыть на воздухе;
- в процессе сварки поверхность труб защищают от попадания брызг расплавленного металла любым надежным способом. По окончании сварки стыки труб очищаются от шлака, брызг и окалины. Запрещается наплавка клейма.
В практике современного строительства нередко осуществляется сварка труб из разнородных сталей, при которой соединяют различные по составу и структурному состоянию стали или сталь и металл шва, различающиеся по структуре. Применение аустенитных электродов для сварки неаустенитных сталей без последующей термической обработки допустимо при толщине стенок труб до 18 мм. Прихватка и сварка первых слоев, подварочного шва должны выполняться электродами диаметром не более 3 мм. Сварку следует проводить на умеренных режимах сварочного тока: 60-80 А при диаметре электрода
2 мм, 100-120 А при диаметре электрода 4 мм на возможно короткой длине дуги. Стали, кромки которых должны перед сваркой подогреваться, необходимо медленно охлаждать после сварки, а также при вынужденных перерывах в работе.
Приварка фланцев к трубам. Плоские фланцы приваривают к трубам сварными швами двух видов. При давлении в трубопроводе до 1 МПа фланцы приваривают без образования фаски на фланце (рисунок ниже, а). При этом высота шва составляет 5-10 мм в зависимости от диаметра трубы, а расстояние of торца трубы до края фланца - на 1 мм больше.
