Svařování spojů trubek a potrubí

Argonové svařování trubek je dnes žádané více než kdy jindy, protože tato technologie je založena na použití nejdostupnějšího, a tedy nejlevnějšího plynu, který je sériově vyráběným produktem. Tento proces navíc umožňuje spojovat různé druhy kovů a nezabere mnoho času.

Pravda, něco jiného je svařovat rovné plochy argonem a něco jiného je svařovat složitější výrobky ve formě trubek. Zde se neobejdete bez určitých dovedností a znalostí některých jemností. Vše musí být provedeno důsledně a podle pravidel, jinak pravděpodobně nebude práce uspokojivě dokončena.

Podstata argonového svařování

Výraz „argonové svařování“, který lze slyšet mezi domácími řemeslníky, je ve skutečnosti nesprávný. Argon je inertní plyn, který se přímo nepodílí na spojování obrobků. Správná formulace je „svařování v inertním prostředí“. V tomto případě se práce provádějí v prostředí argonu nebo jiného ochranného plynu, který zabraňuje negativnímu vlivu prostředí na svařovací zónu.

Pokud se vrátíme ke každodenním výrazům, pak svařování argonem je technologie, která kombinuje svařování plynem a elektrickým proudem. Umožňuje vám spojovat obrobky z jakýchkoli materiálů a velikostí. Technologie je vhodná pro svařování litiny, oceli, mědi a dalších dílů. Funguje stejně dobře pro velké ocelové trubky a malé bronzové závěsné háky. Svařování argonem se používá také pro práci s výrobky z nerezové oceli.

Při procesu argonového svařování trubek a jiných kovových dílů dochází vlivem vysoké teploty k roztavení spojovaných hran.

Oheň se používá k ohřevu obrobků, které nemohou hořet bez kyslíku. Vstupem do chemické reakce s kovem jej kyslík oxiduje. Čím rychleji dochází k oxidaci, tím je proces svařování obtížnější. Tato reakce je jednou z nežádoucích reakcí, se kterými se svářeči setkávají při provádění svářečských prací.

Během oxidace se uvnitř kovu tvoří mnoho vzduchových bublin, které snižují kvalitu svaru. Hliník hoří za přítomnosti velkého množství kyslíku.

Argon je nezbytný k ochraně svařovací zóny před vlivy prostředí, tedy k vytěsnění kyslíku z ní. Vzhledem k tomu, že plyn je těžší než vzduch, vytlačuje kyslík z pracovního prostoru.

Kromě argonu se k tomuto účelu používá také helium. Ten se však používá méně často, protože se spotřebovává intenzivněji a je dražší. Práce s heliem navíc vyžaduje použití ochranného oděvu.

Dalším inertním plynem používaným při svařování je dusík. Jedná se o nejvzácnější plyn používaný ke svařování měděných výrobků. Nejoblíbenější je argon, který dal této technologii svařování hovorové jméno.

Doporučené články o kovoobrábění

• Řezání tlustého kovu: použité vlastnosti a technologie
• Pracoviště svářeče: pravidla pro organizaci a personální obsazení
• Který svařovací stroj si vybrat – Obloukový nebo poloautomatický

Klady a zápory argonového obloukového svařování

Dále si povíme o výhodách a nevýhodách argonového svařování trubek a dalších výrobků, které ovlivňují kvalitu svaru, jeho pevnost a další provozní parametry.

Mezi výhody by mělo patřit:

• Nízká teplota ohřevu, díky které jsou maximálně zachovány rozměry a tvar spojovaných obrobků.
• Vzhledem k tomu, že inertní plyn je hustší a těžší než vzduch, vytlačuje jej z pracovní oblasti a poskytuje ochranu.
• Díky vysokému tepelnému výkonu svařovacího oblouku jsou obrobky spojeny v krátkém čase.
• Svařování trubek a jiných obrobků argonem je velmi snadné a mohou je používat i začátečníci.
• Vhodné pro práci s různými druhy kovů, které nelze svařovat jinými technologiemi.

Technologie má však také řadu nevýhod:

• Argonové svařování nelze provádět za větrných podmínek nebo silného průvanu, protože v takových podmínkách část plynu uniká z pracovního prostoru, čímž se snižuje stupeň jeho ochrany a kvalita svaru. Práce s inertními plyny se provádějí v uzavřených místnostech vybavených dobrým ventilačním systémem.
• Technologie zahrnuje použití svařovacího zařízení s komplexním řídicím systémem a úpravou provozních režimů.
• Pokud je nutné použít vysokoteplotní oblouk, bude nutné dodatečné chlazení obrobků.

Aplikace argonového obloukového svařování

Argonové svařování trubek a jiných kovových polotovarů se používá v různých průmyslových odvětvích, ale i v domácích podmínkách a malovýrobě. Technologie se používá především ke spojování dílů z neželezných kovů a legovaných ocelí. Pokud se má pracovat s tenkými výrobky, provádí se svařování bez použití přísad.

Pomocí technologie svařování v ochranné atmosféře se prodlužuje životnost automobilových dílů, řežou se závity a zalepují se trhliny. Pro získání kvalitního svaru potřebuje svářeč zkušenosti a také znalost fyzikálních a chemických vlastností různých kovů.

Technologie argonového svařování trubek a jiných kovových výrobků umožňuje získat vysoce kvalitní švy a zachovat stejnou hloubku průniku kovu. Používá se, když je potřeba spojit neotočné spoje potrubí. Pro práci s obrobky vyrobenými ze slitin hliníku a titanu jsou vyžadovány netavitelné elektrody pro výrobky z hliníku a nerezové oceli jsou vyžadovány spotřební elektrody.

Technologie ručního svařování trubek v argonu

Ruční argonové svařování trubek se používá k vytvoření kořene svaru procesního potrubí z uhlíkových, nízko, středně legovaných a legovaných ocelí, jejichž průměr nepřesahuje 100 mm a tloušťka stěny je 10 mm.

Technologická potrubí ze slitin chromniklu se instalují také svařováním v ochranném argonovém prostředí. Pokud tloušťka stěn potrubí nepřesahuje 3 mm, svařují se pouze argonovou obloukovou technologií. Pokud jsou stěny potrubí silnější než 3 mm, pak se pro vytvoření kořene svaru používá argonové svařování a další spojování prvků potrubí se provádí argon-obloukovou metodou pomocí přídavného drátu, ruční metodou pomocí obalených elektrod, nebo mechanizovanými metodami svařování.

Pokud vzdálenost mezi svařovanými trubkami nepřesahuje 0,5 mm, není nutné k jejich spojení použít přídavný drát, pokud přesahuje tuto vzdálenost, je zapotřebí přídavný drát; Pokud se argonové svařování trubek provádí za větrného nebo deštivého počasí, je nutné pracovat ve speciálním přístřešku.

Chcete-li určit, v jakém úhlu umístit elektrodu ke svařované trubce, je nutné se zaměřit na kvalitu ochrany a konstrukční vlastnosti hořáku. Při použití hořáků AGM-2 a AGS-3 se úhel může měnit od 0° do 70°, při použití jiných hořáků (AR-3, MG-3 atd.) s kanálovým vzorem proudění plynu – od 0° do 25°.

Pokud je při procesu argonového svařování trubek použit přídavný drát, je přiváděn do pracovní oblasti zleva doprava, zatímco hořák se pohybuje směrem k drátu, tedy zprava doleva. Při vytváření kořenového svaru je amplituda kmitů hořáku a přísady od 2 do 4 mm. Pokud jsou aplikovány další švy, hořák se pohybuje příčnými pohyby, jejichž amplituda kmitů se pohybuje od 6 do 8 mm. Roztavený konec přídavného kovu musí být při svařování v prostředí ochranného plynu. Samotné podávání drátu by mělo být plynulé, bez náhlých pohybů.

Při ručním svařování trubek a jiných kovových obrobků argonem používejte co nejkratší elektrický oblouk (asi 1–3 mm), proud by měl být konstantní s obrácenou polaritou. Oblouk se zapálí a zhasne na okraji nebo švu spojovaných prvků ve vzdálenosti 20–25 mm za kráterem. Argon začne proudit do hořáku 15-20 sekund před aktivací oblouku, přívod inertního plynu se zastaví 10-15 sekund po zhasnutí oblouku. Během těchto období musí proud argonu směřovat k zóně začátku svařování nebo ke kráteru.

Při svařování trubek argonem je nutné věnovat zvýšenou pozornost kořenu svaru a utěsnění kráteru. V druhém případě je optimální dálkové ovládání zdroje elektrického oblouku. Pokud není možné ovládat oblouk na dálku, pak se do kráteru zavede kapka roztaveného kovu s výplní, přičemž se hořák rychle oddálí od oblasti spoje, dokud se oblouk přirozeně nerozbije.

Pokud se svářečské práce provádějí bez použití přídavného drátu, pak se k utěsnění kráteru hořák nejprve rychle přesune v opačném směru pohybu a pak se stejně rychle vrátí zpět do kráteru. Po vytvoření kořenového švu je nutné zkontrolovat jeho kvalitu. Pokud jsou zjištěny praskliny nebo jiné vady, je místo odstraněno pomocí úzkého smirkového kotouče a poté znovu svařeno pomocí přísady. Při tváření kořenového svaru pomocí natavitelné vložky se nepoužívá přídavný drát, vložka je natavena do celé hloubky a po celém obvodu svarového spoje.

Pokud má svařované potrubí malý průměr, množství argonu použitého k proplachování by nemělo být větší než 3-4 l/min. Čím větší je průměr a délka svařovaných trubek, tím delší je doba foukání. Aby se ušetřil inertní plyn, není jím naplněna celá dutina potrubí, ale pouze potrubí v oblasti svarového spoje, pro které se používají speciální zátky k omezení odkalovací zóny.

Po instalaci zátek je inertní plyn přiváděn přes speciální pouzdro a vyplňuje dutinu potrubí. Tato metoda má určité nevýhody. Protože se k foukání používá přes 50 % argonu, který chrání pracovní plochu, stojí ochrana zadní strany vytvořeného švu dvakrát tolik, než přímé svařování spoje. Zvýšení nákladů na čištění je ovlivněno potřebou výroby a instalace zástrček. Pokud se práce provádějí s uzavíracími spoji, je celá dutina potrubí naplněna inertním plynem.

K odstranění těchto nedostatků svářeči používají tavidlo. Pájecí pasta se nanáší při kladné teplotě na rubovou stranu svaru, než začne krystalizovat. Pasta zasychá za 15–20 minut; svářeč kontroluje proces vizuálně se zaměřením na její barvu (suchá hmota bude tmavě šedá).

Spoje se ohřívají pomocí:

• flexibilní topná tělesa typu GEN;
• kombinovaná topná tělesa typu KEN;
• ohebné tlumivky z holého měděného drátu typu M nebo M1T o průřezu 180–240 mm2 s 8–12 závity;
• hořáky s plynovým plamenem.

Po montáži a upevnění na spoj nálevek z plechového azbestu se ohřívá jednofázovými univerzálními hořáky na neutrálním plameni. Jejich počet je zvolen tak, aby rovnoměrně prohříval svarový spoj po celém obvodu. Prstencové víceplamenné hořáky jsou umístěny na obou stranách místa, kde jsou obrobky spojeny.

Argonové svařování trubek lze provádět v rotačních i neotočných polohách. V prvním případě může být osa potrubí umístěna buď svisle nebo vodorovně. Ve druhém je šev vytvořen ve dvou otáčkách. Pokud je délka svařovaných úseků větší než 200 mm, použije se metoda obráceného kroku.

Argonové svařování trubek o průměru menším než 21,9 cm z martenzitických a martenziticko-feritických ocelí provádí jeden svářeč. Pro práci s trubkami větších průměrů jsou zapotřebí dva specialisté. Pokud průměr trubky přesáhne 80 cm, pak svařování provádějí čtyři svářeči, kteří pracují střídavě.

Argonové svařování trubek z martenziticko-feritických ocelí se provádí při teplotě okolí nad 0 °C, práce s trubkami z oceli 15KhM lze provádět při teplotě vzduchu nad +10 °C, přičemž obrobky se bez ohledu na tloušťku stěny zahřívají na +250…+300 °C.

Interval mezi dokončením svářečských prací a zahájením tepelného zpracování je stanoven v souladu s požadavky projektu díla. Při argonovém svařování je důležité nepřehřívat spoje trubek z austenitické oceli. Při zahřívání kovu ve vzdálenosti 20–25 mm od spoje na +100 °C se buď přeruší práce, nebo se spoj ochladí proudem stlačeného vzduchu.

Pokud je nutné provádět argonové svařování trubek z odlišných ocelí s různou úrovní legování, volí se technologie a provozní režimy vhodné pro svařování více legovaných kovů. Při práci s trubkami vyrobenými z různých ocelí, které patří do různých konstrukčních tříd, by měla zvolená technologie a způsob svařování zajistit co nejmenší průnik základního kovu.

Při práci s korozivzdornými a žáruvzdornými oceli s obsahem 12 % chromu a také s vysokochromovými chromniklovými ocelemi by se teplota ohřevu měla blížit teplotě, při které se svařují homogenní oceli s obsahem chromu 12 %.

Argonové svařování nerezových trubek

Při výstavbě hlavních potrubí je nutné sestavit a svařit miliony spojů velkoprůměrových trubek. Pokládání potrubí může být průběžné nebo sekční. V prvním případě se provede postupné prodloužení a všechny spoje se provedou bez otáčení trubek. Ve druhém případě se sekce nejprve svaří při otáčení trubek a poté se spoje na trase bez otáčení. V SSSR se sekční metoda pokládky potrubí používá hlavně při výstavbě hlavních potrubí. Trubky délky 12 m jsou dodávány na polní svařovací základny, kde jsou spojovány do úseků dlouhých 24–36 m. Tyto úseky jsou dopravovány na trasu speciálními vozy a svařeny do strun.

Montáž potrubních spojů je kritickou operací, která do značné míry určuje kvalitu svařování. Při montáži je nutné zajistit vyrovnání trubek, dostatečně přesné vyrovnání svařovaných hran a rovnoměrnou mezeru ve spoji umožňující svaření kořene svaru po celém obvodu. K tomuto účelu se používají externí nebo interní centralizátory. Použití vnitřních centralizátorů umožňuje úplnější mechanizaci montážního provozu. Kromě toho je smontovaný spoj zcela přístupný pro svařování a kořenový svar může být dokončen od začátku do konce bez zastávek nebo lepení. U vnitřního centralizéru je použit mechanismus deštníkového typu s radiálním působením sil na okraje trubek (obr. 15.51).

Dvě řady po 2, 3 středicích prvcích lze nezávisle roztahovat a současně stlačovat. Sekvenčního uvolnění zadní a přední řady středicích prvků 2, 3 je dosaženo přiváděním oleje pod tlakem do dutin 8 a 1. V tomto případě je pohyb každého z kuželů 6 a 7 přenášen přes válečky 5 a svorky 4 na patky, které se přímo dotýkají povrchů montovaných trubek a zajišťují jejich vystředění. Pro uvolnění spoje po montáži a přišpendlení je do dutiny 9 přiváděn olej, který zajišťuje současné odstranění středicích prvků obou řad. Centralizér se obvykle vkládá do potrubí pomocí tyče. Při použití centralizátoru jako rotátoru je tyč zajištěna v ložiskách a udělována rotačnímu pohybu.

Při montáži a svařování sekcí na polních základnách se používají mechanizované linky pro svařování trubek typu MTL (obr. 15.52).

Trubky ze zásobní nádrže 2 se po jednom ukládají na válečkovou dráhu 3 pomocí manipulátoru Montáž se provádí pomocí hydraulického vnitřního centralizátoru 1, zajištěného tyčí a slouží jako rotátor. První trubka je na centralizér posouvána válečkovým dopravníkem 3 tak, že její konec je ve vzdálenosti 15–20 mm od řady svorek centralizátoru, které ji po uvolnění v této poloze zafixují. Druhá trubka je přiváděna válečkovým dopravníkem 3, dokud se nedotkne první a je upevněna uvolněním druhé řady svorek centralizátoru, čímž se dosáhne vystředění spoje. Vystředěné trubky jsou zvednuty nad podélné pohybové válečky a při otáčení trubky provádějí dva svářeči současně kořenový svar s poloautomatickými stroji v prostředí CO.₂ nebo ruční obloukové svařování. Dvoutrubkový úsek svařený v první vrstvě je přiváděn dopředu válečkovým dopravníkem, třetí trubka je na jeho místo přemístěna na centralizátor a cyklus montáže spoje a svařování první vrstvy se opakuje. Poté je sestavený třítrubkový úsek přemístěn nakladačem na mezistojan 4 a poté na druhý stojan 5, kde jsou spoje nakonec automaticky svařeny pod tavidlem pomocí koncového rotátoru 6.

Rotační spoje trubek o průměru 1420 mm a tloušťce stěny do 17 mm je nutné provádět oboustranným svařováním.

Konce trubek jsou mechanicky opracovány se současným nanesením značky na vnitřní povrch pro automatické vedení vnitřní svařovací hlavy podél spoje. Montáž se provádí pomocí samohybného centralizátoru; otáčení je zajištěno otočnými válečky stojanu. Nejprve se svaří vnější švy 1 a 2, poté vnitřní šev 3 (obr. 15.53). Automatické svařování vnitřního švu pod tavidlem je prováděno operátorem, který monitoruje proces pomocí přístrojů.

Provádění neotočných spojů hlavních potrubí velkých průměrů je velmi pracné. Použití vrstev trubek a vnitřních hydraulických centralizátorů zajišťuje mechanizaci procesu montáže, ale svařování se stále obvykle provádí ručně. Pro urychlení tempa kladení potrubí je svařovací proces rozdělen do řady po sobě jdoucích operací. U metody flow-disagregated pracuje tým montážníků a několik týmů svářečů současně. Tým montážníků postupuje vpřed a montuje spoje pomocí vnitřního centralizátoru. Pohybující se za nimi od spoje ke spoji, každý článek svářečů provádí svou vlastní vrstvu svaru a každý svářeč – určitý úsek této vrstvy.

Při pokládce potrubí o průměru 114–529 mm se používá zařízení pro kontaktní svařování potrubních spojů s vnějším prstencovým transformátorem (jednotky TKUS a TKUP). Stacionární instalace TKUS má nerozebíratelnou montážní a svařovací hlavu. Mobilní jednotka TKUP, sloužící ke svařování spojů na trase, má odnímatelnou svařovací hlavu zavěšenou na výložníku speciálního traktoru. Pro kontaktní svařování trubkových spojů velkých průměrů (720 – 1420 mm) se osvědčilo zařízení s vnitřním transformátorem. Na Ekonomickém ústavu pojmenovaném po E. O. Paton vytvořil in-pipe stroj pro montáž a svařování nerotačních spojů přímo na trase (obr. 15.54).

Pojezdový mechanismus 1, odstraňovač otřepů 2 a elektromotory 3 s čerpací jednotkou 4 jsou uloženy v zadním bloku, spojeném s přední svařovací částí závěsem, uzavřeným pláštěm 6. Podvozek se skládá z hnacích válečků umístěných po obvodu a přitlačených k vnitřnímu povrchu trubky pro vytvoření trakce. Nosné válečky 5 jsou rovnoměrně rozmístěny po délce. Cestovní rychlost stroje je 28 m/min a rychlost jeho nastavování je 1 m/min. In-pipe centralizér se dvěma distančními patronami 7 a 10 vytváří celkovou radiální sílu 10–14 MN, která zajišťuje přenos pěchovací síly při svařování až do 4 MN. Svařovací transformátor s vnitřním kroužkem má kontaktní čelisti 8, 9, upevněné v různých centralizačních sklíčidlech. Kontaktní tavné svařování se provádí automaticky podle zadaného programu. Schéma montáže neotočných spojů na trase pomocí popsaného in-pipe stroje je na Obr. 15.55:XNUMX.

Kapacita jednotky je šest spojů za hodinu. Široké nasazení takových strojů zřejmě umožní komplexní mechanizaci celého cyklu montážních a svařovacích prací při pokládce hlavních potrubí velkých průměrů.

Při výstavbě ropných, chemických a metalurgických závodů je nutné provést velké množství potrubních spojů. Moderní ropná rafinerie může mít 500-600 km potrubí a 1500-1600 km mezidílenských ropovodů. Tato potrubí mají velké množství svařovaných dílů. V průměru na 10 m potrubí je potřeba osadit dva ventily, čtyři příruby, dvě kolena, navařit až deset spojů a přivařit dvě armatury. Některé svařované díly jsou také vyráběny svařováním. Potrubí Intershop se od navazovacích potrubí liší větším průměrem potrubí a menším počtem svařovaných dílů.

Montáž a svařování většiny spojů továrních potrubí se obvykle provádí v přípravnách potrubí a při instalaci se svařují pouze spoje spojující hotové úseky nebo celky. V dílně se trubky odesílají ze skladu do přípravny, kde se řežou a hrany se zkosí. Poté jsou trubky přiváděny na montážní linku, kde jsou také přijímány hotové díly (ohyby, T-kusy, příruby, přechody atd.). Montáž celků se provádí na stolech a stojanech vybavených zařízeními, která umožňují montáž prvků v určitém rozsahu velikostí.

Rozdělení prvků do skupin podle standardních velikostí nám umožňuje izolovat značnou část operací s velkými šaržemi stejných dílů od technologického procesu a organizovat výrobu celků ve specializovaných tokových linkách. Na takových linkách se montují a svařují jednotlivé podsestavy, například trubka s přírubou nebo kolenem, následně se tyto podsestavy zasílají na zvětšení a následně finální montáž hotových celků. Ve velkých trubkárnách se při výrobě velkých sérií jednotek stejné velikosti používají specializované automatické obloukové svařovací jednotky a také kontaktní svařování tupých spojů.

Nerotační potrubní montážní spoje se svařují ručně nebo pomocí speciálních strojů v prostředí ochranného plynu. Použití automatických hlav běžících kolem spoje je nezbytné pro zhotovení těžko dostupných švů. Při výrobě montážních spojů důležitých potrubí se jejich montáž pro svařování s automatickou hlavou obíhající kolem spoje obvykle provádí pomocí speciálního centralizátoru, čímž odpadá nutnost stehování.

V ropném, chemickém a jaderném průmyslu se používají trubky ze speciálních ocelí, neželezných kovů a jejich slitin, určené pro provoz při vysokých tlacích a v agresivním prostředí. Technologie svařování takových trubek je velmi rozmanitá, ale spolehlivé pronikání celého průřezu je povinné. Vysoké nároky jsou často kladeny na stav povrchu a obrys svarového švu uvnitř trubky. V jaderném průmyslu se tedy při výrobě potrubních spojů nepoužívá kontaktní svařování z důvodu nutnosti pečlivého odstraňování otřepů. V tomto případě je hlavní metodou svařování argonem bez přídavného kovu, a pokud je obtížné sestavit spoj bez mezery, pak s přídavným kovem v drážce ve tvaru V.

Pro zajištění spolehlivého průvaru a dobrého vytvoření průvaru při provádění první vrstvy se často používá speciální hřibovitý tavný kroužek (obr. 15.56).

Značné množství práce při svařování trubek se provádí při výrobě kotlů a přístrojů. Spojování sítových a spirálových trubek se provádí převážně kontaktním tavným svařováním s následným odstraněním otřepů. Spojení trubek s trubkovnicí jsou základními součástmi většiny výměníků tepla. Spoje bivaků (obr. 15.57) jsou jednoduché na přípravu, ale obtížně svařitelné kvůli velkému rozdílu v tloušťce protikusů.

Spojení A reprodukuje spojení s přírubou, a přestože je obtížnější na přípravu, je vhodnější pro svařování. Zajímavým technologickým řešením je vytvoření výstupku v místě přivaření trubky, znázorněné na Obr. 15.58.

Pro zvýšení přenosu tepla nebo pro jiné účely se k trubkám často přivařují podélná nebo spirálová žebra. Při provádění takových operací je vhodné použít kontaktní svařování vysokofrekvenčními proudy, jak je znázorněno na Obr. 15.59.

Zdroj: Nikolaev G.A. „Svařované konstrukce. Technologie výroby. Automatizace výroby a projektování svařovaných konstrukcí“