Вопросы и ответы по сварке. Вопрос №71.
Расскажите, пожалуйста, об особенностях сварки при монтаже труб из коррозионно–стойких хромоникелевых сталей аустенитного класса.
К аустенитному классу коррозионно–стойких сталей относят стали, имеющие после высокотемпературного нагрева преимущественно структуру аустенита (могут содержать до 10% феррита). Такие марки хромоникелевых сталей известны в мировой практике под наименованием стали с содержанием примерно 18% хрома и 10% никеля. Это — наиболее широко используемые в промышленности стали марок 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.
При подготовке и сварке труб из сталей аустенитного класса должны быть учтены специальные требования, которые сводятся к следующему. Резку труб и обработку кромок до проектного размера под сварку следует выполнять механическим способом. В случае использования термической резки с кромок должен быть снят слой металла до полного удаления всех неровностей, цветов побежалости и возможных горячих трещин.
Основными способами сварки, широко используемыми при монтаже трубопроводов, являются ручная дуговая сварка покрытыми электродами и дуговая сварка неплавящимся электродом в защитных газах. По условиям выполнения сварочных работ при монтаже трубопроводов из аустенитных сталей температура в зоне сварки не должна быть ниже –10 °С, т. е. при которой не требуется предварительный подогрев. При более низкой температуре сварочные работы разрешается выполнять только в специальных защитных устройствах.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. При сварке покрытыми электродами зона, примыкающая к стыку шириной не менее 100 мм, должна быть покрыта водным раствором каолина или асбестовой тканью для защиты труб от брызг расплавленного металла.
Технология ручной дуговой сварки таких сталей предусматривает использование электродов и др. Рекомендуемые режимы сварки в зависимости от положения шва в пространстве и диаметра электрода приведены в технических условиях, паспортах и на электродных этикетках. Толщина стенки трубы определяет число слоев, которое необходимо наложить для заполнения разделки. Опыт показывает, что при толщине стенки трубы 4–6 мм число заполняющих слоев составляет 2, при — 3, при — 4. С увеличением толщины стенки через каждые число слоев увеличивается на 1. Наиболее ответственный — корневой шов, он должен надежно проплавлять кромки свариваемых труб и образовывать на внутренней поверхности шва равномерный обратный валик. Как правило, наружная поверхность корня шва должна быть вогнутой. Облицовочный шов должен иметь плавное очертание и сопряжение с поверхностью трубы без подрезов. Ширина шва должна быть такой, чтобы перекрывать ширину разделки на 2–3 мм в каждую сторону. Сварку следует выполнять на возможно короткой дуге. Перед гашением дуги сварщик должен заполнить кратер путем постепенного отвода электрода и вывода дуги на на только что наложенный шов. Последующее зажигание дуги производят на металле на расстоянии 12–15 мм от кратера. Во всех случаях многослойной сварки разбивку на участки выполняют с таким расчетом, чтобы стыки участков в соседних слоях не совпадали, а точки были смещены одна относительно другой, но не менее чем на 15 мм, и последующий участок перекрывал предыдущий на Стыки труб диаметром менее 219 мм, независимо от толщины стенки, должен сваривать один сварщик. С целью равномерного распределения сварочных напряжений и поддержания необходимого температурного режима по всему периметру стыка трубы диаметром более 219 мм должны сваривать одновременно два сварщика. Порядок наложения слоев при сварке труб в наиболее часто встречающихся монтажных условиях приведены на
Дуговую сварку неплавящимся электродом в защитных газах трубопроводов выполняют ручным и автоматическим способами. Сваривают с присадочной проволокой и без нее. Для сварки сталей марок 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т рекомендуют применять присадочную проволоку марки диаметром а в отдельных случаях – 3,0 мм, вольфрамовые лантанированные электроды по ГОСТ 23949 и аргон по ГОСТ 10157. Трубы с толщиной стенки до целесообразно соединять аргонодуговой сваркой, при большей толщине стенки предпочтителен комбинированный способ, при котором корневой слой выполняют аргонодуговым способом, а заполняющие слои — ручной дуговой сваркой покрытыми электродами. Для защиты корневого шва от влияния воздуха при аргонодуговой сварке первых двух слоев трубы с внутренней стороны рекомендуется заполнять аргоном. Кроме защиты шва, поддув аргона также способствует улучшению формирования обратного валика. Для уменьшения расхода аргона при поддуве объем, заполняемый аргоном, ограничивают специальными заглушками, устанавливаемыми при сборке труб на расстоянии от торца стыка (рис. 7). Пропущенный до сварки через образованную заглушками камеру объем аргона должен быть равен четырех–пятикратному объему камеры.
При аргонодуговой сварке особое внимание следует уделять провару корня шва и заделке кратера. Для заделки кратера сварного шва при аргонодуговой сварке применяют дистанционное управление сварочным источником. В случае отсутствия системы дистанционного управления заделку кратера следует производить путем ввода в кратер капли присадки с одновременным ускорением отвода горелки от стыка до естественного обрыва дуги. При аргонодуговой сварке без присадочной проволоки кратер, образовавшийся при замыкании «замка», заделывают путем ускоренного отведения горелки в сторону, противоположную направлению сварки, и быстрого возвращения горелки на прежнее место. Подачу аргона из горелки начинают на раньше момента зажигания дуги и прекращают через после обрыва дуги. В течение этого времени направляют струю аргона на кратер для защиты металла от воздействия воздуха. Зажигание и гашение дуги следует производить на свариваемой кромке или уже сваренном шве на расстоянии позади кратера.
При заварке поворотных стыков ось трубы располагают горизонтально или вертикально. Если вращение стыка затруднительно, то сварку корневого шва выполняют в два поворота (рис. 8). Направление и порядок сварки корневого слоя вертикального и горизонтального неповоротных стыков представлены на рис. 9.
Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки стыков труб из аустенитных сталей указаны в таблице.
Таблица. Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки неповоротных стыков труб из аустенитных сталей
| Толщина стенки трубы, мм | Диаметр вольфрамового электрода, мм | Диаметр присадочной проволоки, мм | Сила сварочного тока, А | Расход аргона, л/мин | Рекомендуемое чило проходов |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,0–2,0 | 1,5 | 1,2–1,6 | 30–40 | 5–7 | 1 |
| 2,0 | 2,0 | 1,6–2,0 | 40 | 6–8 | 1 |
| 3,0 | 2,0–2,5 | 1,6–2,0 | 50–60 | 6–8 | 2 |
| 4,0 | 2,0–2,5 | 1,6–2,0 | 50–60 | 8–10 | 2 |
| 5,0 | 2,5–3,0 | 2,0–3,0 | 70–100 | 10–12 | 2 |
| 6,0 | 2,5–3,0 | 2,0–3,0 | 100–120 | 10–15 | 2–3 |
Для уменьшения деформаций неповоротные стыки труб диаметром до 100 мм сваривают участками по 1/2 окружности. Сварку стыков труб большего диаметра выполняют вразброс участками по 3/4 окружности (рис. 10).
После выполнения каждого прохода сварку стыка прекращают и вновь возобновляют, когда температура свариваемого соединения достигнет 100 °С. Для уменьшения потерь рабочего времени можно одновременно сваривать два–три стыка.
При аргонодуговой сварке труб используют расплавляемые вставки (рис. 11). Они способствуют хорошему формированию шва с внутренней стороны трубы и обеспечивают легирование корня шва за счет подбора соответствующего материала вставки. Предпочтительны расплавляемые вставки прямоугольного сечения, изготовляемые из сварочной проволоки. Расплавляемую вставку устанавливают между стыкуемыми трубами без зазора и скрепляют прихватками. Прихватку и сварку корневого шва производят аргонодуговым способом без присадочной проволоки. Формирование происходит за счет расплавления вставки и кромок свариваемых труб. При сварке корневого шва горелке придают колебательные движения с амплитудой
При аргонодуговой сварке рекомендуют использовать способствующие проплавлению аэрозольные активаторы серии Patig, изготавливаемые по ТУ а также флюсы–пасты
В последние годы все большее распространение получает ручная импульсная дуговая сварка неплавящимся электродом, которая позволяет регулировать тепловложение в стык по жесткой программе. Наличие импульсов обеспечивает отказ от колебаний электрода, что существенно упрощает технику сварки, а своеобразные условия кристаллизации позволяют получать благоприятную форму шва, способствующую уменьшению количества дефектов.
Автоматическую аргонодуговую сварку применяют при сварке корня шва и всего сечения неповоротных стыков трубопроводов. Корневой слой стыков труб можно сваривать как с подачей присадочной проволоки, так и без нее. Оборудование для автоматической аргонодуговой сварки позволяет существенно повысить производительность труда при проведении сварочных работ, добиться высокого качества сварных соединений при проведении сварки в любых пространственных положениях, даже при относительно невысокой квалификации персонала, благодаря многообразию задаваемых режимов работ. Его выпуск освоен специализированными предприятиями Украины и России.
| Материал также доступен в формате PDF, для просмотра требуется Acrobat Reader. |
СНиП III-42-80 : Сборка, сварка и контроль качества сварных соединений трубопроводов
очистить до чистого металла кромки и прилегающие к ним внутреннюю и наружную поверхности труб на ширину не менее 10 мм.
При стыковой сварке оплавлением следует дополнительно зачищать торец трубы и пояс под контактные башмаки сварочной машины.
4.2. Допускается правка плавных вмятин на торцах труб глубиной до 3,5 % диаметра труб и деформированных концов труб безударными разжимными устройствами. При этом на трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву до 539 МПа (55 кгс/мм2) допускается правка вмятин и деформированных концов труб при положительных температурах без подогрева. При отрицательных температурах окружающего воздуха необходим подогрев на 100—150°С. На трубах из сталей с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм2) и более — с местным подогревом на 150—200° С при любых температурах окружающего воздуха.
Участки и торцы труб с вмятиной глубиной более 3,5 % диаметра трубы или имеющие надрывы необходимо вырезать.
Допускается ремонт сваркой забоин и задиров фасок глубиной до 5 мм.
Концы труб с забоинами и задирами фасок глубиной более 5 мм следует обрезать.
4.3. Сборка труб диаметром 500 мм и более должна производиться на внутренних центраторах. Трубы меньшего диаметра можно собирать с использованием внутренних или наружных центраторов. Независимо от диаметра труб сборка захлестов и других стыков, где применение внутренних центраторов невозможно производится с применением наружных центраторов.
4.4. При сборке труб с одинаковой нормативной толщиной стенки смещение кромок допускается на величину до 20 % толщины стенки трубы, но не более 3 мм при дуговых методах сварки и не более 2 мм при стыковой сварке оплавлением.
4.5. Непосредственное соединение на трассе разнотолщинных труб одного и того же диаметра или труб с деталями (тройниками, переходами, днищами, отводами) допускается при следующих условиях:
если разность толщин стенок стыкуемых труб или труб с деталями (максимальная из которых 12 мм и менее) не превышает 2,5 мм;
если разность толщин стенок стыкуемых труб или труб с деталями (максимальная из которых более 12 мм) не превышает 3 мм.
Соединение труб или труб с деталями с большей разностью толщин стенок осуществляется путем вварки между стыкуемыми трубами или трубами с дeтaлями переходников или вставок промежуточной толщины, длина которых должна быть не менее 250 мм.
При разнотолщинности до 1,5 толщины допускается непосредственная сборка и сварка труб при специальной разделке кромок более толстой стенки трубы или детали. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов должны соответствовать указанным на рис. 1.
Смещение кромок при сварке разностенных труб, измеряемое по наружной поверхности, не должно превышать допусков, установленных требованиями п. 4.4 настоящего раздела.
Подварка изнутри корня шва разностенных труб диаметром 1000 мм и более по всему периметру стыка обязательна, при этом должен быть очищен подварочный слой от шлака, собраны и удалены из трубы огарки электродов и шлак.
Рис. 1. Конструктивные размеры разделки кромок и сварных швов разнотолщинных труб (до 1,5 толщины стенки)
4.6. Каждый стык должен иметь клеймо сварщика или бригады сварщиков, выполняющих сварку. На стыки труб из стали с нормативным временным сопротивлением разрыву до 539 МПа (55 кгс/мм2) клейма должны наноситься механическим способом или наплавкой. Стыки труб из стали с нормативным временным сопротивлением разрыву 539 МПа (55 кгс/мм2) и более маркируются несмываемой краской снаружи трубы.
Клейма наносятся на расстоянии 100—150 мм от стыка в верхней полуокружности трубы.
4.7. Приварка каких-либо элементов, кроме катодных выводов, в местах расположения поперечных кольцевых, спиральных и продольных заводских сварных швов, не допускается. В случае если проектом предусмотрена приварка элементов к телу трубы, то расстояние между швами трубопровода и швом привариваемого элемента должно быть не менее 100 мм.
4.8. Непосредственное соединение труб с запорной и распределительной арматурой разрешается при условии, что толщина свариваемой кромки патрубка арматуры не превышает 1,5 толщины стенки стыкуемой с ней трубы в случае специальной подготовки кромок патрубка арматуры в заводских условиях согласно рис. 2.
Во всех случаях, когда специальная разделка кромок патрубка арматуры выполнена не в заводских условиях, а также когда толщина свариваемой кромки патрубка арматуры превышает 1,5 толщины стенки стыкуемой с ней трубы, соединение следует производить путем вварки между стыкуемой трубой и арматурой специального переходника или переходного кольца.
Рис. 2. Подготовка промок патрубков арматуры при непосредственном соединении их с трубами
4.9. При сварке трубопровода в нитку сварные стыки должны быть привязаны к пикетам трассы и зафиксированы в исполнительной документации.
4.10. При перерыве в работе более 2 ч концы свариваемого участка трубопровода следует закрыть инвентарными заглушками для предотвращения попадания внутрь трубы снега, грязи и т. п.
4.11. Кольцевые стыки стальных магистральных трубопроводов могут свариваться дуговыми методами сварки или стыковой сваркой оплавлением.
4.12. Допускается выполнение сварочных работ при температуре воздуха до минус 50°С.
При ветре свыше 10 м/с, а также при выпадении атмосферных осадков производить сварочные работы без инвентарных укрытий запрещается.
4.13. Монтаж трубопроводов следует выполнять только на монтажных опорах. Применение грунтовых и снежных призм для монтажа трубопровода не допускается.
4.14. К прихватке и сварке магистральных трубопроводов допускаются сварщики, сдавшие экзамены в соответствии с Правилами аттестации сварщиков Госгортехнадзора России, имеющие удостоверения и выдержавшие испытания, регламентируемые требованиями пп. 4.16—4.23 настоящего раздела.
4.15. Изготовление сварных соединительных деталей трубопровода (отводов, тройников, переходов и др.) в полевых условиях запрещается.
4.16. При производстве сварочных работ каждый сварщик (бригада или звено сварщиков в случае сварки стыка бригадой или звеном) должен (должны) сварить допускной стык для труб диаметром до 1000 мм или половину стыка для труб диаметром 1000 мм и более в условиях, тождественных с условиями сварки на трассе, если:
он (они) впервые приступил(и) к сварке магистрального трубопровода или имел(и) перерыв в своей работе более трех месяцев;
сварка труб осуществляется из новых марок сталей или с применением новых сварочных материалов, технологии и оборудования;
изменился диаметр труб под сварку (переход от одной группы диаметров к другой — см. а — в на рис. 3);
изменена форма разделки торцов труб под сварку.
Рис. 3. Схема вырезки образцов для механических испытаний
а — трубы диаметром до 400 мм включительно; б — трубы диаметром от 400 мм до 1000 мм; в — трубы диаметром 1000 мм и более; 1 —образец для испытания на растяжение (ГОСТ 6996-66, тип XII или XIII); 2 — образец на изгиб корнем шва наружу (ГОСТ 6996—66, тип XXVII или XXVIII) или на ребро; 3 — образец на изгиб корнем шва внутрь (ГОСТ 6996—66, тип XXVII или XXVIII) или на ребро
4.17. Допускной стык подвергается:
визуальному осмотру и обмеру, при котором сварной шов должен удовлетворять требованиям пп. 4.26; 4.27 настоящего раздела;
радиографическому контролю в соответствии с требованиями п.4.28 настоящего раздела;
механическим испытаниям образцов, вырезанных из сварного соединения в соответствии с требованиями п. 4.19 настоящего раздела.
4.18. Если стык по визуальному осмотру и обмеру или при радиографическим контроле не удовлетворяет требованиям пп.4.26,4.27, 4.32 настоящего раздела, то производится сварка и повторный контроль двух других допускных стыков; в случае получения при повторном контроле неудовлетворительных результатов хотя бы на одном из стыков бригада или отдельный сварщик признаются не выдержавшими испытание.
4.19. Механическими испытаниями предусматривается проверка образцов на растяжение и изгиб, вырезанных из сварных соединений. Схема вырезки и необходимое количество образцов для различных видов механических испытаний должны соответствовать указанным на рис. 3 и в табл. 3.
Диаметр трубы, мм
Количество образцовдля механических испытаний
на изгиб срасположением корня шва
Практическое занятие «Порядок сварки и наложения слоев шва при сварке труб различных диаметров в различных пространственных положениях»
Почти 60% объема сварочных работ при строительстве трубопроводов приходится на ручную дуговую сварку. Это соединение секций или отдельных труб в непрерывную нитку, сварка переходов через естественные или искусственные преграды, сварка крановых узлов, отводов и др.
При сооружении трубопроводов сварные стыки могут быть поворотными, неповоротными и горизонтальными (рис.1).
Рис.1 Сварные стыки труб:
а – поворотный; б – неповоротный; в – горизонтальный
Перед сборкой и сваркой трубы проверяют на соответствие требованиям проекта, по которому сооружается трубопровод, и техническим условиям. Основными требованиями проекта, а также технических условий являются: наличие сертификата на трубы; отсутствие эллипсности труб; отсутствие разностенности труб; соответствие химического состава и механических свойств металла трубы требованиям, указанным в технических условиях или ГОСТах. При подготовке стыков труб под сварку проверяют перпендикулярность плоскости реза трубы к ее оси, угол раскрытия шва и величину притупления. Угол раскрытия шва при толщине стенок трубы 8…12 мм должен составлять 60 — 70°, а величина притупления – 2…2,5 мм (рис.2).
Подготовка кромок под сварку:
1. Угол разделки кромок
3. Толщина свариваемого металла
Рис.2 Подготовка кромок труб под сварку при толщине стенок 8…12 мм
При толщине стенки 16 мм и более трубы большого диаметра могут поставляться с комбинированной разделкой кромок в соответствии с рис.3.
Типы разделки кромок труб для ручной дуговой сварки, односторонней автоматической сварки под флюсом, полуавтоматической сварки в защитных газах
Рис.3. Типы разделки кромок.
а) — для труб диаметром 57-1420 мм с толщиной стенки до 16 мм и после газовой резки
б) — для труб диаметром 273-1420 мм с толщиной стенки более 15 мм
б) — для автоматической сварки труб в защитных газах
При строительстве распределительных трубопроводов допускается ручная дуговая сварка труб без разделки кромок с толщиной стенки до 4 мм (рис.4).
Рис.4. Способы разделки труб перед сваркой
Фаски снимают с торцов труб механическим способом, газовой резкой или другими способами, обеспечивающими требуемую форму, размеры и качество обработанных кромок. Разностенность толщин стенок свариваемых труб и смещение их кромок не должны превышать 10% толщины стенки, но быть не более 3 мм. При стыковке труб должен обеспечиваться равномерный зазор между соединяемыми кромками стыкуемых элементов, равный 2…3 мм.
Перед сборкой кромки стыкуемых труб, а также прилегающие к ним внутренние и наружные поверхности на длине 15…20 мм очищают от масла, окалины, ржавчины и грязи.
Прихватки, являющиеся составной частью сварного шва, выполняют те же сварщики, которые будут сваривать стыки, с применением тех же электродов.
При сварке труб диаметром до 300 мм прихватка выполняется равномерно по окружности в четырех местах швом высотой 3…4 мм и длиной 50 мм каждая. При сварке труб диаметром более 300 мм прихватки располагают равномерно по всей окружности стыка через каждые 250…300 мм.
Рис.5. Зависимость числа прихваток от диаметра трубы
При монтаже трубопроводов необходимо стремиться к тому, чтобы по возможности больше стыков сваривалось в поворотном положении.
Количество слоев шва при дуговой сварке труб определяется толщиной стенок труб и их диаметром. При толщине труб свыше 8 мм и диаметре более 300 мм сварку ведут в 4 слоя (корневой, 2 основных, декоративный). В случае, когда толщина стенок трубы до 8 мм, сварку выполняют в два слоя сплошным швом. По внешнему виду сварной шов должен иметь слегка выпуклую поверхность с плавным переходом к поверхности основного металла. Высота усиления шва должна быть одинаковой по всему периметру в пределах от 1 до 3 мм, ширина не должна превышать 2,5 толщины стенки трубы.
Сварку труб малого диаметра и малой толщины стенки производят поворотным способом. В процессе сварки поворачивают трубу (рис.6) в сторону, противоположную направлению сварки.
Рис.6. Схема сварки стыка труб малого диаметра.
Второй слой выполняют аналогично первому, но в противоположном направлении.
Трубы, толщина стенки которых составляет 8…12 мм, сваривают в три слоя плюс декоративный шов.
Первый слой создает местный провар в корне шва и надежное оплавление кромок. Для этого необходимо, чтобы наплавленный металл образовал внутри трубы узкий ниточный валик высотой 1…1,5 мм, равномерно распределяющийся по всей окружности. Используют электроды диаметром 2…3 мм. Для получения провара без сосулек и грата движение электрода должно быть возвратно-поступательным с непродолжительной задержкой электрода на сварочной ванне, незначительным поперечным колебанием между кромками и образованием небольшого отверстия в вершине угла скоса кромок. Отверстие получается в результате проплавления основного металла дугой. Размер его не должен превышать 2 мм – больше установленного зазора между трубами. Второй и третий слой выполняют электродом диаметром 4…5 мм и при повышенном токе одним из следующих способов: поворотом трубы на 180° и поворотом трубы на 90°.
Поворот трубы на 180° (рис.7).
Стык делят на 4 участка. Вначале сваривают участки 1 – 2, после чего трубу поворачивают на 180° и заваривают участки 3 – 4 (рис.7, а). Трубу поворачивают еще на 90° и сваривают участи 5 – 6, затем поворачивают трубу на 180° и сваривают участки 7 и 8 (рис.7, б). В процессе сварки нужно следить за тем, чтобы начало и конец шва не совпадали, перекрытие смежного слоя составляет 20…25 мм.
Рис.7. Схемы сварки стыка трубы:
а – второго слоя; б – третьего слоя
Поворот трубы на 90° (рис.8).
Рис.8. Схемы сварки стыка трубы:
а – второго слоя; б – третьего слоя
Стык также делят на 4 участка. Вначале сваривают участки 1 – 2. Затем трубу поворачивают на 90° и сваривают участки 3 – 4 (рис.8, а). После сварки второго слоя трубу поворачивают на 90° и сваривают участки 5 – 6, затем поворачивают на 90° и сваривают участки 7 – 8 (рис.8, б).
Четвертый декоративный слой во всех рассматриваемых выше способах накладывают в одном направлении при вращении трубы.
Трубы диаметром более 500 мм сваривают обратноступенчатым способом. Длина каждого участка зависит от диаметра трубы и составляет 150…300 мм (рис.9).
Рис.9. Схема сварки стыка труб большого диаметра:
а – первого слоя; б – второго слоя
Сварка неповоротных стыков – один из самых сложных видов сварочных работ. Основная сложность заключается в необходимости выполнения сварки в различных положениях.
Неповоротные стыки по положению в пространстве бывают вертикальными (ось трубы горизонтальная) и горизонтальными (ось трубы вертикальная).
Неповоротные стыки труб при толщине стенок свыше 3 мм сваривают несколькими слоями, высота каждого слоя не должна превышать 4 мм, а ширина валика должна быть равна 2…3 диаметрам электрода. Стыки труб диаметром более 300 мм сваривают обратноступенчатым способом, длина каждого участка должна быть 150…300 мм. Каждый участок сваривается короткой дугой, равной половине диаметра электрода. Перекрытие швов (замок) зависит от диаметра детали и может составлять от 20 до 40 мм. Начинать сварку надо «углом назад», а заканчивать «углом вперед».
Сварка вертикальных стыков.
Процесс начинается с потолочного положения и заканчивается на нижнем положении. Наиболее жесткие требования предъявляются к качеству корневого шва. При его выполнении необходимо следить за равномерным проплавлением кромок деталей, чтобы получить равномерный обратный валик с усилением 1…3 мм на внутренней поверхности шва. Первый слой сваривают при возвратно-поступательном движении электрода с задержкой дуги на сварочной ванне. Это позволяет проплавлять кромки стыка с образованием узкого ниточного валика высотой 1…1,5 мм на его внутренней стороне. При этом на свариваемые кромки не должны попадать брызги расплавленного металла и сварка должна быть выполнена без прожогов. Для этого дуга должна быть короткой. Отрывая дугу от ванны, нельзя удалять ее более чем на 1…2 мм. Перекрытие начала и конца смежного слоя должно составлять 20…25 мм. Последующий слой сварки должен быть смещен от нижней точки окружности трубы на 5…6 см, и так каждый последующий слой относительно начальной точки предыдущего. Электрод при сварке второго и последующих слоев должен иметь поперечные колебания от края одной кромки к краю другой кромки. При сварке поверхность каждого шва должна быть вогнутой или слегка выпуклой. Чрезмерная выпуклость шва, особенно при потолочной сварке, может быть причиной непровара. Заполняющие слои шва надежно сплавляются между собой и проплавляют кромки свариваемых труб. После каждого слоя шва необходимо обязательно очищать поверхность шва от шлака. Последний слой выполняется высотой 2…3 мм и шириной на 2…3 мм большей, чем ширина разделки кромок; он должен иметь плавный переход от наплавленного металла к основному. Порядок выполнения вертикальных неповоротных стыков показан на рис.10.
Рис.10. Порядок выполнения вертикальных неповоротных стыков.
Сварку труб большого диаметра могут выполнять одновременно несколько сварщиков (их число может достигать четырех). Как правило, если сварщиков двое, то они выполняют сварку снизу, и идут вверх по периметру в направлении (по циферблату часов) 6 – 3 – 12 и 6 – 9 – 12. (рис.11). При этом в потолочной части стыка замок следует смещать на 50…60 мм от нижней точки окружности трубы. В двух смежных слоях замки должны отстоять друг от друга не менее чем на 50…100 мм.
Рис.11. Последовательность наложения швов при работе 2-х сварщиков
Рис.12. Последовательность наложения швов при работе нескольких сварщиков:
а – трех; б — четырех
Сварка горизонтальных стыков.
При сварке горизонтальных стыков труб на кромке нижней трубы фаска не снимается или снимается угол 10…15°, что улучшает процесс сварки без изменения ее качества. Лучшим методом сварки горизонтальных стыков является сварка отдельными валиками небольшого сечения. Первый валик накладывают в вершине шва электродами диаметром 3…4 мм при возвратно-поступательном движении электрода с обязательным образованием на внутренней стороне стыка узкого ниточного валика высотой 1…1,5 мм.
Рис.13. Сварка горизонтального стыка
После первого валика (слоя) зачищают его поверхность, второй валик накладывают так, чтобы он перекрывал первый при возвратно-поступательном движении электрода и его небольшом колебании от края нижней кромки до края верхней кромки. Сварку выполняют в том же направлении, что и сварку первого слоя (валика). Затем ток увеличивают и сваривают третий валик электродами диаметром 4…5 мм. Третий валик накладывают в направлении, противоположном первому, он должен перекрывать 70% ширины второго валика. Четвертый валик укладывают в том же направлении, но располагают в углублении между третьим валиком и верхней кромкой.
Сварка неповоротных стыков труб требует опыта выполнения данного вида работ, поэтому ее доверяют профессионалам. Особенно, если речь идет о трубопроводах с повышенными требованиями к герметичности сварных соединений.
При сварке стыка трубы более чем в три слоя, начиная с третьего слоя, каждый последующий выполняется в противоположном направлении по отношении к предыдущему. Трубы диаметром до 200 мм сваривают сплошными швами, а диаметром более 200 мм – обратноступенчатым методом. Горизонтальные неповоротные стыки сваривают «углом назад». Наклон электрода относительно вертикальной оси должен составлять 80…90°. Сваривать рекомендуется дугой средней длины.
После сварки сварщик обязан очистить стык от шлака и брызг, осмотреть и исправить все наружные дефекты и поставить клеймо.
2. Порядок проведения работы
2.1. Используя материал, представленный для изучения, материалы лекций 6 «Технологичность сварных конструкций. Общие понятия о технологическом процессе изготовления сварных конструкций» и 7 «Технология заготовительного производства. Правка, гибка металла, механическая и термическая резка», материалы интернет-ресурсов, основную и дополнительную литературу, ознакомиться с порядком сварки и наложения слоев шва при сварке труб различных диаметров в различных пространственных положениях.
2.2. Изучить самостоятельно и описать процесс аргоно-дуговой сварки тонкостенных труб.
3. Содержание отчета.
Отчет должен содержать:
3.1. Описание процесса сборки и сварки труб малого и большого диаметра.
3.2. Проведение сравнительного анализа сварки труб малого и большого диаметра.
3.3. Описание процесса сварки в среде аргона труб малой толщины.
4. Контрольные вопросы.
· Какими бывают сварные стыки труб?
· Каковы особенности подготовки кромок под сварку стыка труб?
· Каков порядок сборки и сварки поворотного стыка труб?
· Каков порядок сборки и сварки неповоротного стыка труб?
Расчет силы тока при сварке
Качественная сварка невозможна без точного и правильного расчета силы тока – важнейшего параметра в технологии сварочных работ. Если этот показатель слишком низкий, стержень будет залипать, и поджига дуги не произойдет. Напротив, если выбраны слишком высокие токи, электродуга зажжется хорошо, но возможно прожигание металла детали. Кроме того, и сам стержень сгорит быстрее, чем положено, особенно, если он небольшого диаметра.
Как же рассчитать необходимую мощность? Каким током варить электродом того или иного диаметра? Давайте посмотрим деально.
Ключевые параметры расчета режима сварки
Правильно выбранный режим работы сварочного оборудования обеспечивает хороший и быстрый поджиг и стабильную электродугу. Помимо силы тока параметрами, которые влияют на настройку режима, являются:
- род тока (постоянный, переменный) и полярность постоянного;
- диаметр электродного стержня;
- марка электродного проводника;
- пространственное положение шва при выполнении работ.
Чем больше перечисленных показателей учитывается в расчетах, тем качественнее будет результат. Рассмотрим, какой ток на какой электрод подается в зависимости от толщины последнего.
Диаметр электрода и сила тока
Толщина электрода напрямую зависит от толщины свариваемых деталей и размера сварного шва. Если ширина последнего не превышает 3–5 мм, то опытный сварщик, как правило, выберет расходник диаметром от 3 до 4 мм. При больших размерах сварочной ванны (5–8 мм) толщина стержня обычно составляет не более 5 мм.
Что же касается величины тока, то работают такие показатели.
- При d 3 мм – от 65 до 100 Ампер. Диапазон значений широк, они зависят от пространственного положения шва и химического состава свариваемого металла (соответственно и металла сердечника). Сварщики-новички и любители не ошибутся, если выберут усредненное значение – 80–85 Ампер.
- При d 4 мм – от 120 до 200 А. Зависимость та же – состав металла, расположение шва в пространстве. Это самый распространенный диаметр стержня, характерный для промышленных работ. Позволяет варить и тонкие, и широкие швы.
- При d 5 мм значение варьируется в диапазоне 169–250 А. Это уже достаточно большой диаметр. Роль играют не только состав сплава и положение шва, но и глубина проварки: чем она больше, тем больше должна быть и сила тока. Если глубина сварочной ванны не менее 5 мм, в режиме должен быть выставлен максимальный показатель – 250 А.
- При d 6–8 мм минимальный показатель мощности те же 250 Ампер. В условиях тяжелых работ с использованием трансформаторов он увеличивается до 300–350 А.
Ниже в таблице приведены рекомендуемые значения, которые известны любому профессиональному сварщику, но которые могут быть полезны для любителей и новичков.
Диаметр электрода, мм
Толщина металла, мм
Сила тока, А
Положение шва
Пространственное положение шва также играет большую роль при расчете мощности. Какой ток для сварки электродом выбрать с учетом этого критерия? Здесь важно знать, что наибольшие значения выбираются при заваривании швов в горизонтальном (нижнем) положении. Если шов накладывается вертикально, то сила тока в среднем будет на 10–15% меньше.
Самый низкий показатель – при наложении потолочных швов: ток должен быть ниже в среднем на 20%, чем при работе на горизонтальных поверхностях. Для наглядности укажем значения в таблице (на примере электродов с обмазкой основного типа).
d электрода, мм
Пространственное положение
Нижнее
Вертикальное
Потолочное и полупотолочное
Сварка не выполняется
Полярность
Сварка современными аппаратами производится только постоянным током прямой или обратной полярности. Электроды постоянного тока обеспечивают гораздо большую (на 15-20%) глубину провара, чем при использовании переменного тока от трансформатора.
- На прямой полярности варят чугун, низколегированные, низко- и среднеуглеродистые стали и добиваются глубокого проплавления металла деталей.
- На обратной варят более широкий спектр сталей (низколегированные, низкоуглеродистые, средне- и высоколегированные), сваривают тонкостенные конструкции, также ее используют при высокой скорости плавления электродов.
И глубокий провар, и высокая скорость сварки требуют больших величин тока. Таким образом, и при обратной, и при прямой полярности сила тока может быть увеличена в обоих указанных случаях.
Напряжение
Отдельно следует сказать о напряжении. На современных инверторных устройствах этот показатель выставляется автоматически, поэтому в расчетах он не играет существенной роли. Для РДС этот диапазон составляет 16–30 Вольт.
Не влияет данный параметр и на глубину провара. Здесь важен фактор безопасности: в момент замены электрода напряжение дуги резко повышается до 70 В, поэтому сварщик должен быть крайне осторожен.
Формула расчета
Опытные сварщики обычно настраивают электродугу экспериментальным путем, не делая сложных предварительных расчетов. А новичкам пригодятся не только размещенные в статье таблицы, но и формула, по которой рассчитывается, каким электродам какой нужен ток. Она действует в отношении электродов самых востребованных диаметров (3–6 мм).
- I = (20+6d)d, где
- I – сила тока, d – диаметр электрода.
Если толщина стержня менее 3 мм, расчет осуществляется по формуле: I = 30d.
Однако и этими формулами следует пользоваться с учетом пространственного положения сварки: при потолочной варке отнимаем 10–15% от результата, который получаем по формуле.
Все важнейшие параметры режима сварки производитель, как правило, дает на упаковке. Не исключение – продукция Магнитогорского электродного завода. При корректной настройке необходимых показателей режима сварочных работ электроды МЭЗ обеспечат отличный поджиг электродуги, ее устойчивое горение и образцовый результат – ровный сварной шов с необходимыми характеристиками.