Сварка — популярный способ соединить трубопроводы инженерных сооружений, предназначенных для транспортировки жидкостей и газов. Технологию используют при строительстве зданий, прокладке и ремонте магистралей.
По сравнению с резьбовым соединением, сварка обеспечивает более высокую герметичность. Потребитель экономит средства на крепежных изделиях. Сборная конструкция не выделяется на окружающем фоне: аккуратно сделанный шов незаметен.
Сварку применяют при установке опор, создании МАФ, ограждений, инсталляций и других художественных конструкций. Изделия из профильного проката украшают внутреннее и внешнее пространство.
Когда прорабатывают способ соединения, учитывают характеристики рабочей среды. Если через трубу перекачивают легковоспламеняющиеся жидкости или газы, СНиП запрещает использовать термические способы.
Прочность и аккуратность сварного шва зависит от мастерства специалиста. Если работу выполняет новичок, видны непровары, темные пятна, наплывы, свисающие капли остывшего металла.
Сложнее определить качество внутреннего сварного шва. Эксплуатация труб со скрытым браком ведет к авариям, остановке текущих процессов, перерасходу материальных средств, человеческим жертвам.
Почему возникают дефекты при сварке труб?
Соединения, которые не отвечают стандартам качества, возникают из-за объективных и субъективных причин. Вторая группа — дефекты сварки труб, вызванные неопытностью мастера:
- не усвоены навыки управления электродом;
- некачественная подготовка поверхности;
- неисправность инструмента или оборудования;
- невнимательность, спешка или намеренное нарушение технологии: не тот инструмент, неправильный режим;
- несоответствие квалификации специалиста сложности задания.
Объективными считают несоответствия, связанные с характеристиками проката. Согласно стандарту, по свариваемости сталь делят на четыре группы. Характеристику учитывают при разработке сборной конструкции в условиях серийного производства. В чертеже указывают детали с улучшенными параметрами (первой и второй группы свариваемости). Если риск неизбежен, предусматривают дополнительные проверки: в крупных цехах есть оборудование, которое сразу после операция выявляет брак.
В мелкосерийном производстве иногда соединяют конструкции с низшими параметрами свариваемости. Если патрубок, опора или другая деталь относится к третьей или четвертой группе, неизбежен брак. Когда работу поручают опытному сварщику, процент труб с непроваром меньше.
При разработке новых образцов конструктор указывает сплавы с оптимальными характеристиками. Если нельзя исключить материалы из третьей или четвертой группы свариваемости, в технологическую карту закладывают допустимый процент брака.
Внешние и внутренние дефекты сварки труб
К первой категории относят недоработки, которые обнаруживают при внешнем осмотре. Дефекты сварки видны невооруженным глазом. В категорию входят единичные и расположенные группой сквозные отверстия, темные пятна, следы окислов.
Чтобы выявить внутренние проблемы, используют специальные контрольно-измерительные приборы. Без приспособлений изъян увидеть нельзя.
Внешние дефекты
Видимые несовершенства сложно не заметить, например, прерывистый или зигзагообразный сварной шов. Хорошо видна зона термического влияния. Ширина области 1-20 мм, в зависимости от теплопроводности материала, способа сварки, мастерства специалиста. Около шва видны трещины и рыхлая поверхность. Рядом с ЗТВ расположены поры, окислы, темные пятна.
Причины внешнего брака:
- мастер неправильно ведет электрод;
- спешка: металл не успевает достигнуть температуры плавления, в результате получается непровар;
- небрежность: при неаккуратной работе расплавленные капли металла застывают на торцах.
Если трубу сваривают в автоматическом режиме, недостатки возникают из-за неисправности оборудования.
Наплывы свидетельствуют о низкой квалификации мастера. В процессе работы часть стержня сгорает. Если сварщик неопытен, материал электрода плавится, стекает и застывает в виде капель на шве. На стыке не образуется сварной шов.
Причины наплывов при сварке:
- большая длина дуги;
- неправильный угол наклона электрода;
- повышенная величина тока;
- недостаточная подготовка поверхности (окалина);
- неправильное управление электродом (смещение относительно оси).
Непровар — пропущенные участки сварки. Причины такие, как у наплывов. Непровар влияет на прочность сварного шва. Чтобы исправить дефект, повторно сваривают отдельные участки.
Прожог — нарушение целостности стенок труб: видны сквозные отверстия. Причины явления — уменьшение скорости прохождения контура, повышенная сила тока, нарушение зазора между стыками кромок, некачественная подгонка торцов. При сквозном проплавлении жидкий металл просачивается через отверстие на обратную сторону трубы, капли застывают.
Кратеры — углубления на поверхности трубы. Вмятины образуются при резком отрыве электрической дуги. Вокруг незапланированных углублений видно изменение структуры металла: рыхлый рельеф и трещины.
Нарушение геометрии шва. Неровности хорошо заметны. Места стыка имеют разную ширину и высоту. Причины дефекта:
- недостаточная подготовка поверхности: несоответствия размеров стыкуемых деталей, отсутствия подгонки;
- неопытность человека: сварщик перемещает электрод рывками, а не плавно;
- неправильно выбран режим.
Некрасивый шов портит не только внешний вид трубы. Изъян влияет на прочность соединительной линии. В месте сварки металл остывает неравномерно. Из-за разной температуры появляются внутренние напряжения, которые деформируют шов.
Подрез — канавка вокруг линии стыковки. В околошовной области толщина стенки трубы уменьшается. Как следствие, снижается прочность всей конструкции.
Основная причина дефекта — смещение электрода выше оси. Иногда неправильно выбирают режим. Сварщик устанавливает высокое напряжение и слишком быстро перемещает электрод по контуру.
Внутренние дефекты при сварке труб
Невидимые отклонения сложно обнаружить. Целостность шва после сварки контролируют неразрушающими методами. Для определения механических свойств отбирают опытные образцы и проводят испытания.
Основные виды внутренних дефектов:
- Пережог — изменение структуры зерна.
Дефект проявляется в изменении величины кристаллов. Сцепление между окисленными частицами металла слабее, чем у нормальных (неповрежденных) зерен. Когда структура нарушена, сварной шов становится хрупким.
Дефект нельзя исправить.
- Перегрев — нарушение пропорций между зернами: крупных кристаллов больше, чем мелких.
В месте стыка пластичность стали уменьшается. По сравнению с мелкими зернами, площадь соприкосновения больших кристаллов между собой меньше. При перегреве прочность сварного шва ниже.
Чтобы устранить дефект, трубу направляют на термообработку. Операция выравнивает соотношение микроструктур и размеры зерен.
- Поры — пузыри, заполненные газом: окисью углерода, водородом.
Когда процесс протекает нормально, вещества успевают достичь поверхности и уходят в пространство (испаряются).
Если условия нарушены, разогретый металл взаимодействует с газом. Когда сплав остывает, пузыри остаются внутри.
Причины образования пор — хранение электродов в условиях повышенной влажности, ржавчина или окалина на поверхности металла.
- Шлак и включения негативно сказываются на прочности шва. Изъяны возникают при длинной сварочной дуге.
К внутренним дефектам сварки относят трещины, непровар шва и корня. Причины явлений такие, как при внешних изъянах. Отличие заключается в месте обнаружения — не на поверхности, а внутри стенок трубы.
Методы предупреждения и исправления дефектов сварного шва
Мероприятия включают тщательную подготовку кромок, освоение правил работы с электродом и соблюдение режима.
Способы выявления дефектов сварки:
- визуальный осмотр;
- проверка механических свойств стали на отобранных образцах;
- исследование макроструктуры (предварительно бруски шлифуют и полируют);
- контроль структуры под микроскопом;
- испытания отобранных труб на гидравлический удар;
- ультразвуковой контроль дефектоскопом;
- выявление межкристаллитной коррозии (для труб, которые работают с агрессивной средой).
Чтобы устранить трещины, участок сверлят, зачищают и заваривают.
Для ликвидации подрезов используют накладные пластины. Тонкостенный металл приваривают к трубе.
Наплывы удаляют с помощью абразивного инструмента.
После исправления дефектов конструкции повторно проверяют.
Найти идеальную сварную трубу практически невозможно. Главное — вовремя обнаружить и исправить дефект.
