Технология и оборудование для сварки трубопроводов

Соединение элементов промышленных и бытовых трубопроводов может выполняться различными способами. Существующие технологии позволяют сваривать отрезки труб любой длины, тип материала при этом не имеет значения. Для успешного производства работ нужно разобраться в том,  и какие методы соединений используются.

Виды трубопроводов

Трубопроводы предназначены для перемещения под давлением жидких или газообразных сред. По назначению разделяются на:

• магистральные,
• водо- и газопроводы,
• промышленные,
• технологические,
• канализационные.

Для сборки используется множество материалов – от пластиков и керамики до бетона и металлов.

Типы сварки и их отличия

Сварка технологических и бытовых трубопроводов осуществляется двумя способами: плавлением либо давлением.

Первый тип разделяется еще на несколько методов, к наиболее распространенным относятся:

• холодный,
• прессовой,
• термитный,
• контактный,
• ультразвуковой.

Сварка трубопровода плавлением разделяется на такие виды:

• электрошлаковая,
• электродуговая (под флюсом, ручная, в защитной газовой среде – углекислом газе либо азоте),
• газовая.

Электросварка

Электросварка выполняется контактным либо дуговым методами. Для сварочных работ применяется трансформатор или инвертор, подающий ток на электрод.

При электросварке труб между частями магистрали образуется дуга с выделением высоких температур. Электрод оплавляется, нагревая кромки трубы.

Преимуществами метода являются:

• минимальная себестоимость,
• высокая функциональность,
• возможность работы в любых положениях.

К недостаткам относятся более высокие затраты труда и времени, чем на производство тех же работ по ГОСТ газовой горелкой.

Выбор электродов

Электроды изготавливаются с различными покрытиями, предназначенными для отдельных методов соединения.

По технологии для сварки труб предназначены стержни с рутилово-кислотной либо целлюлозной, основной обмазкой. Норма расхода электродов на 1 стык трубопровода у них самая низкая. Рутилово-целлюлозная обмазка позволяет выполнять работы даже в вертикальном направлении.

При сварке электродом с основным покрытием образуется шов с повышенным параметром вязкости, не растрескивающийся под воздействием экстремально низких температур. Такими стержнями можно сваривать толстостенные трубы, эксплуатируемые в экстремальных условиях.

Холодная

Холодная сварка труб эпоксидными составами применяется в экстренных случаях для систем отопления или водоснабжения, если они собраны из труб ПНД или полипропиленовых элементов.

Принцип соединения прост: перемешанная масса материала наносится на кромки. При химической реакции образуется твердая корка, обладающая высокими герметизирующими свойствами.

Газовая

Метод предназначен для сопряжения элементов технологических и водопроводных магистралей с использованием газовой горелки, нагревающей присадочную проволоку до расплавления. Разжиженный металл на краях соединяемых труб смешивается и формирует шов.

Газовый способ сварки стальных трубопроводов обладает такими преимуществами:

• эффективность,
• высокое качество рубца,
• простота применения.

Недостатками являются:

• необходимость использования присадочной проволоки,
• высокая стоимость расходных материалов,
• наличие у сварщика специальной квалификации.

Диффузная

Предназначена для соединения пластиковых труб, в том числе отопительной сети.

Для сварки необходимо применение специальных нагревающих аппаратов, в которые устанавливаются насадки требуемого размера. Внутрь насадок устанавливаются подлежащие соединению трубы.

Пластик под воздействием высокой температуры расплавляется, стыковочный шов образуется при сдавливании элементов с обеих сторон. После непродолжительного охлаждения труба вынимается может использоваться по назначению.

Преимущества способа:

• возможность соединения ПВХ-труб, пластиковых, полиэтиленовых,
• высокая производительность оборудования,
• устойчивость шва к механическим деформациям.

Недостаток – необходимость подбора насадок и аппаратуры для конкретных образцов в зависимости от их диаметров.

Как состыковать?

Типы швов при сварке магистральных или бытовых трубопроводов по расположению в пространстве разделяются на несколько групп:

• низовые,
• потолочные,
• горизонтальные,
• вертикальные.

По протяжению на трубопроводе швы могут устраиваться сплошными либо обрывистыми.

Особенности

Процесс сварки труб во много отличается от соединения листового металла, также различия имеют сварка газопровода и систем для горячего водоснабжения.

Основные аспекты заключаются в следующем:

• Режим настройки оборудования. Выбор сварочного тока по результатам специальных расчетов.
• Сваривание труб небольшого диаметра (до 100 мм) требует предварительной ручной сборки либо соединения коротких отрезков в отдельные участки.
• При устройстве поворотов и сваривании труб значительного диаметра.
• Скорость разворота принимается равной скорости смещения проводника.
• Наиболее благоприятное размещение сварочной ванны – под 30° относительно верховой точки.
• При необходимости разворота участка на 180° назначется несколько стадий – сваривание верхних четвертей трубы по направлению друг к другу, поворот элемента и проваривание оставшейся линии, поворот на полный угол и доваривание шва.
• Сложность сваривания неповоротных стыков.
• Устройство вертикально расположенных стыков осуществляется в две стадии. По периметру стык разделяется на два участка, размещающиеся в низовой, потолочной и горизонтальной позиции. Сваривание начинается с потолочного участка, электрод проводится по направлению к нижнему. Участки соединяются короткими дугами.
• Располагающиеся горизонтально стыки соединяются углом назад, электрод размещается к оси под ушлом 80°. Работа производится на средней дуге.

Требования к материалам и сварщикам

Перед свариванием трубопроводных элементов необходимо правильно определить свойства материалов, подобрать необходимое оборудование и расходники. Не менее важны сведения о назначении магистрали, предъявляемых к качеству шва требованиям. Металл в месте соединения должен обладать прочностью и пластичностью на уровне показателей основного материала трубопровода.

Сварщики, работающие с соединениями 1-4 категории, должны обладать требуемой квалификацией и опытом, пройти специальную подготовку и инструктаж по охране труда. Рабочим выдается удостоверение с записью о проверке знаний.

На сопряжения участков 5 категории назначаются сварщики без прохождения испытаний, по результатам тестовой сварки.

Важно! После проверки и контроля качества сварного шва трубопровода независимо от сложности на удалении от рубца 3-5 см каждый сварщик ставит собственное клеймо.

Подготовка перед работами

В первую очередь следует внимательно изучить чертежи, выполнить нарезку труб по указанным в них размерами и схемой расположения сварных стыков газопровода либо магистрали иного предназначения.

Предварительно следует произвести обработку кромок стыков, которые необходимо сварить. Процесс заключается в создании скоса, очистке и центрированию краев.

Разновидности сварных соединений

Соединение труб может выполняться:

• в тавр,
• внахлест,
• встык,
• в угол.

Вид стыковки выбирается по роду металла, методу сварки и назначению трубопровода. К примеру, элементы отопительных систем сопрягаются встык. Для труб толстостенных требуются двойные швы – внутренние и внешние. Во избежание наплыва металла электрод следует устанавливать под углом 45° к оси элемента.

Установка прихваток

При сопряжении элементов трубопроводов технологического либо промышленного назначения необходима установка прихваток. Для их устройства подбирается электрод, посредством которого будет производиться выполнение основного шва. Работа выполняется звеном из двух сварщиков.

Для труб размером до 300 мм выполняется 4 прихватки, равномерно распределенных по кругу. При сопряжении труб большего сечения прихватки протяжением 50 мм следует размещать на удалении 250 мм друг от друга. Ширина их должна составлять не менее 4 мм.

Особенности электросварки

При выполнении электросварки отдельное внимание уделяется стыкам на поворотах. В сложных ситуациях применяется зеркало, кончик электрода допускается подгибать и варить неповрежденной частью.

При сварке под наклоном 30° к поверхности наложение сварного рубца выполняется по окружности. Для низколегированных марок стали шов разрешается выполнять однослойным. Двойной шов обеспечивает дополнительную прочность соединения. Чем большей толщины стенка, тем большее количество проходов производится.

Трубы значительного диаметра свариваются до половины шва, участки затем очищаются от шлака, выполняется следующий шов на удалении 15 мм от предыдущего.

Важно! Расстояние между сварными швами трубопровода регламентируется ГОСТ 32569-2013 для конкретных случаев расположения. К примеру, для элементов с толщиной стенок до 3 мм принимается интервал не менее чем в 3 толщины. При размере стенки до 3 мм швы можно располагать на удалении 2 толщин.

C поворотом и без поворота стыка

Сварка трубопроводов выполняется одним из следующих способов:

• с поворотом стыка,
• без поворота.

Для сопряжений с поворотом вначале делают три прихватки с расположением на 4, 8 и 12 часов по условному круговому циферблату. Затем устраивается пара основных шва – с 1 по 5 час и с 11 до 7. Трубу разворачивают на 90° и заваривают до конца, герметизируя участок.

Сварка без поворота используется для трубопроводов, повернуть которые нельзя. Начальный шов производится строго от низа к верху, последующие допускается производить в любом направлении.

Сваривание труднодоступных мест, расположенных у стены либо бетонной опоры выполняется через врезку – специальное отверстие в верху трубы. По завершении работ врезка наглухо герметизируется.

Автоматическая

На заводах для сопряжения элементов применяются специальные сварочные устройства, процесс производится в автоматическом режиме.

Сварка выполняется присадочными прутками, сматывающимися с катушки и подающимися в зону работ. В ней организуется защита от окисления с помощью технических газов. При невозможности полной автоматизации работа применяется полуавтоматическая сварка.

Альтернативные способы

Соединение труб и установка на них арматуры производится также индукционной либо газовой сваркой.

Сваривание газом выполняется с применением кислородо-ацетиленовой смеси, основные инструменты –резак и горелка. Кромки нагреваются до расплавления совместно с присадочной проволокой для наполнения шва.

Индукционный способ подразумевает применение для разогрева элементов индукционного тока. Соединение краев выполняется с помощью нажимных роликов.

Технология для толстостенных труб

Сварку труб из углеродистых и низколегированных марок стали с толстыми стенками (свыше 20 мм) рекомендуется производить слоями повышенной толщины.

Сначала производится сварка в потолочном положении с постепенным наращиванием слоя. При проходе в полувертикальное положение специальным приемом создается горизонтальная площадка.

Затем сваривание осуществляется в своеобразном низовом положении, при этом возможно использования электродов сечением свыше 5 мм. Размеры ванны велики, потому сварщик должен обладать высокой квалификацией чтобы удерживать ее в стабильно жидком состоянии.

Важно! По завершении работы производится контроль качества сварного соединения трубопровода. Шов обстукивается молотком для удаления шлака, выполняется визуальный осмотр. Для проверки наличия протечек, трубопровод испытывается путем пробной подачи воды, газа или пара

На просвет

«На просвет» это сварка элементов трубопровода со сквозным зазором. Таким способом сваривают трубы диаметром не более 12 мм.

Сначала наносятся несколько прихваток, их количество определяется на глаз по сечению трубы. Затем стык очищается для обнаружения возможных дефектов, подлежащих вырезке. Получившийся шов равномерно заполняется.

На заключительном этапе выполняется облицовочный слой. В результате получается красивый ровный рубец с плотно проваренным корнем. Выступ рубца на поверхности допускается до 1 мм.

В зимних условия

Под влиянием пониженных температур остывание сварочной зоны происходит за короткое время, затрудняется выведение газов из оплавленного металла. По этой причине сталь делается хрупкой, возможно ее термическое разрушение, образование направленных от шва трещин.

Во избежание образования таких дефектов следует:

• как можно более плотно сжимать элементы,
• раскаливать кромки до обретения ими светло-красного оттенка,
• повышать силу тока на 10-20%.

Принятие таких мер позволяет создать пластичный и мягкий сварной, герметичный рубец.

Ремонт

Участок с дефектом предварительно зачищается пескоструем либо шлифмашиной. Способ ремонта предполагает наплавление дефектного места.

Используется ручная сварка с основными электродами. Первый слой наплавляется стержнями сечением до 3,2 мм. Заполнительный и облицовочные слои выполняются электродами сечением 3-4 мм. До наплавки участок рекомендуется прогреть каким-либо электронагревательным прибором.

Зажигание дуги осуществляется на краях участка. Заполняющие слои округлой либо прямой формы выполняются узким валиком по встречно-симметричной схеме. Ширину первых слоев рекомендуется принимать в интервале 4-6 мм. Каждый последующий слой устраивается шириной 8-10 мм.

Важно! Ремонтная сварка на действующих газопроводах производится с использованием специальных полуцилиндрических футляров. Выполнять ремонт сваркой допускается только при невозможности применения иного метода.

Методы проверки качества сварных соединений

Для обнаружения дефектов сварных швов и неразрушающего контроля качества сварных соединений трубопровода применяются следующие методы:

• визуальный осмотр с использованием увеличительных приборов,
• цветовая дефектоскопия,
• магнитный,
• ультразвуковой,
• рентгенографический – просвечивание швов рентгеном с получением снимка.

Проведенный успешно контроль сварных соединений трубопроводов подтверждается нанесением специальной маркировки и клейма на каждом участке.

Дефекты швов

Дефекты разделяются на:

• внутренние,
• внешние,
• сквозные.

К внешним дефектам, обнаруживаемым визуально, относятся:

• Трещины – Возникают из-за снижения прочностных характеристик материала, повышенных напряжений, наличия в сварочной ванне атомов водорода.
• Подрез – заглубление между основным материалом и оплавленным. Появляется из-за утончения стали в месте соединения при увеличенном напряжении дуги. Устраняются переваркой после очистки.
• Наплыв. Образуется при натекании расплавленного металла на поверхность основной. Причины – малое напряжение дуги, медленная сварка, присутствие окалин.
• Кратеры. Образуется при резком отрыве дуги. Устраняются повторным свариванием после зачистки.
• Свищи – воронки в теле рубца. Появляются из раковин либо крупных пор при некачественно выполненной подготовке или дефектов присадочных прутков.

Внутренние недостатки определяются специальной аппаратурой. К ним относятся:

• Непровар, образующийся при слишком малом взаимном сплавлении частей шва.
• Пористость – полые участки внутри рубца, заполненные газом. Появляются по причине наличия в материале свариваемых элементов посторонних примесей, сырости, низкой защищенности ванны.

К сквозным относятся дефекты, проходящие через всю толщу сварочного рубца, обнаруживаемые визуально. К ним относятся:

• прожоги, возникающие в результате медленной сварки при чрезмерно высокой силе тока.
• трещины.

Иван Голиков, сварщик, стаж работы – 15 лет: «Следует внимательно относиться к качеству выполнения работ, даже если по их завершении не предполагается проведение контроля. Сварка элементов трубопровода – дело ответственное и достаточно сложное, требующее соблюдение технологии от подготовительных работ до заключительных. При сомнениях в своих способностях и отсутствии навыков лучше пригласить профессионалов, дающих гарантию на выполненную работу».