Как сваривают концы труб с плоскими и воротниковыми фланцами на производстве?

Фланцевое соединение — разъемный элемент системы для быстрой наладки, ремонта и демонтажа коммуникаций и производственного оборудования.

Металлические переходники стыкуют между собой концы труб и части конструкций (сосудов, корпусов). Арматуру используют на теплотрассах, коммуникациях для доставки бытового газа, холодной и горячей воды.

С помощью быстросъемных колец устанавливают приборы учета, запорную арматуру, заглушки. Плоские фланцы крепят на стояках и в канализационных коллекторах.

Чтобы обеспечить герметичность стыка, применяют прокладки. Выбор вкладыша зависит от конфигурации уплотнительной поверхности фланца, давления в сети, характеристик рабочей среды и требований технологического процесса.

Для газа выбирают прокладки, которые обеспечивают более плотное соединение, чем для воды. Когда транспортируют вредные вещества, на трубопроводах устанавливают быстросъемные диски и уплотнители, которые не разрушаются при контакте с кислотами, щелочами, солями. При демонтаже старую прокладку заменяют новым изделием.

Металлические пластины работают при высокой и низкой температуре: от -253 до +600 ⁰C. К элементам трубопроводной арматуры предъявляют повышенные требования: коррозионная стойкость, теплоустойчивость, свариваемость. Шов обеспечивает герметичность, противостоит разрушению магистрали внутри и снаружи.

Разные приемы сборки плоских и воротниковых фланцев

Общие требования к стыковке трубопроводных элементов одинаковые. Когда сваривают фланцевые соединения для арматуры и аппаратов (сосудов), руководствуются стандартными правилами.

Наиболее популярные конструкции — плоские и воротниковые быстросъемные фланцы. Металлические диски отличаются пространственным расположением, восприятием усилий, способом установки, приемами. Технология сварки плоских и воротниковых фланцев не отличается, кроме способа крепления патрубков.

Общие требования к трубопроводной арматуре и монтажу:

1. Центровка сопрягаемых фланцев относительно внутреннего диаметра трубы.
2. Отсутствие препятствий движению рабочего потока.
3. Создание разъемного соединения. Элементы трубопровода стыкуют основаниями и стягивают крепежом. Болты или шпильки выступают над поверхностью на расстояние не более, чем три витка резьбы.
4. Обеспечение жесткого крепежа конца трубы с фланцем с помощью сварки.

Воротниковые модели используют в магистралях с более высоким давлением (до 25 МПа). Благодаря коническому центратору («шее»), нагрузка распределяется равномерно. Американское название изделия — «Lap Joint», то есть, фланец, привариваемый внахлест.

Когда соединяют воротниковые модели, делают один проход. Для фиксации выбирают сплошной или V-образный шов. Чаще других используют технологию РДС (шов стык). Рабочее положение: плотное прилегание торца трубы к краю «воротника». Шов располагают с внешней стороны.

Плоские быстросъемные кольца работают в системах с условным давлением: PN1-PN2,5. Металлическое кольцо надевают на трубу и приваривают за два прохода: по наружной и внутренней стенке. 

Подготовка к работе

Перед началом сварки кромки сопрягаемых деталей зачищают до блеска. Когда намечают линию будущего шва, учитывают правила и конструктивные особенности элементов:

• толщину уплотнителя;
• расположение головок болтов на фланцах (по правилам, выступающие части находятся на одной стороне);
• зеркало диска находится выше кромки и линии шва;
• край трубы не выходит за плоскость диска.

Суммарное отклонение конструкций в сборе не должно превышать ±3 мм (на один погонный метр).

В подготовительный этап входит фиксация быстросъемных колец приспособлениями. Для удобства работы применяют прихватки и вращатели. Манипуляторы улучшают доступ электрода к рабочей зоне и ускоряют сварку.

Популярные приспособления — аппараты Бондаренко и Лисицына:

• электрод не меняет положение;
• трубу с насаженным кольцом вращают вокруг продольной оси.

Кроме сварки, аппараты применяют при зачистке швов, грунтовке и покраске деталей.

Важный этап подготовки — разделка кромок под сварку. Угол скоса указан в нормативных документах. Стандартная величина для трубопроводных соединений — 30 ⁰C. Все требования к РДС перечислены в ГОСТ 5264-80.

Точный параметр зависит от факторов:

• типа соединения;
• исходной формы кромок:
• характера сварного шва: одно или двусторонний, без скоса кромок или с разделкой;
• формы поперечного сечения;
• толщины стенки трубы.

Если Pу ≤ 25 МПа, оформляют угловой скос. Самый простой инструмент для разделки кромок под сварку — напильник.

Стандарт устанавливает особые правила для магистралей с давлением — не более PN10. Когда соединяют фланец с трубой, скос не делают.

Сварка фланца с трубой

Трудоемкость процесса зависит от свариваемости стали, габаритов и веса сопрягаемых конструкций, наличия приспособлений и свободного пространства в рабочей зоне.

Технологический процесс включает этапы:

• установки быстросъемного элемента на стенд или вращатель;
• подачу трубы;
• стыковку элементов;
• проверку перпендикулярности соединения контрольным треугольником и щупом (допустимое отклонение — не более 2% размера внешней окружности);
• контроль соосности сопрягаемых изделий с помощью уровня и отвеса.

Погрешность зависит от диаметра. Если D = 18-25 мм, отклонение от соосности не должно превышать 1 мм. Когда D ≥ 26-42 мм, стандартный допуск равен 2 мм.

Перед началом работы уточняют требования к зазору (надо оставлять или нет). От этого зависит выбор приемов работы и расположение деталей в сборе.

Если допускаемая величина люфта — более 4,0-5,0 мм, трубу и фланец соединяют угловым швом. Для сохранения зазора используют несколько положений свариваемых деталей:

• нижнее: шов располагают на стыке двух плоскостей;
• вертикальное и горизонтальное.

Когда электрод подают сверху, расплав стекает вниз и застывает на линии шва. Приемы работы: горизонтальные возвратно-поступательные или прерывистые движения «уголками», «восьмерками», «зигзагами». 

Если стык не должен «люфтить», выбирают метод «в лодочку». В этом случае плоскости конструкций располагают под одинаковым углом наклона. Преимущество «лодочки»

• есть свободное пространство для манипулирования электродом;
• меньше затекание металла;
• выше качество шва: кромки провариваются на большую глубину.

Чтобы сварить зазор шириной 1,5 мм, делают поперечные колебательные движения. Положение стержня электрода — под углом 30⁰ к продольной оси трубы.

Если расстояние на просвет равно 4,0-5,0 мм, используют шов большими стежками. Чтобы уменьшить риск непровара, линию стыка проходят два раза.

Порядок работы зависит от предпочтений мастера. Чаще плоский фланец начинают приваривать с внешней стороны. Вначале прихватывают 2-4 точки. Когда труба и фланец зафиксированы, конструкцию стараются не вращать.

Чтобы избежать прилипания капель расплавленного металла, поверхность сбрызгивают спреем. Когда внешний шов готов, приступают к соединению внутренних полостей. Производят зачистку. Цель двойного прохода — укрепить сварной шов.

Воротниковый фланец приваривают встык. Шов проходит по краю снаружи.

Требования к сварному шву

По правилам, ширина валика равна толщине стенки (b). Средний размер: b = 0,5-1,0 см, в зависимости от параметров трубы.

Как правило, на внешней стороне наплавленного металла больше. В разных точках ширина и высота валика отличается. Несимметричность шва не считают дефектом.

Характеристики шва снаружи и внутри разные. У внутреннего шва ширина и высота меньше: b = 0,7 см, чтобы валик из застывшего металла не препятствовал движению рабочего потока.

Для проверки качества шва используют ультразвук, металлографию, или радиографию.

По линии стыка недопустимы: трещины, кратеры, прожоги, поры. В лаборатории исследуют характер шлаковых включений и наплывов.

Самый надежный и дорогой метод неразрушающего контроля — РК. Радиографию используют для ответственных участков трубопроводов.

Ультразвуковую технологию применяют для магистралей общего назначения. Металлографическую экспертизу заказывают реже.

Это основные моменты, которые учитывают при сварке труб с плоскими и воротниковыми фланцами.