Кутові з`єднання трубопроводів зварюванням

У сучасному будівництві використовуються різні види труб. Від матеріалу виготовлення виробів, що зварюються, звичайно ж, залежить і технологія зварювання труб. Перш ніж описати технологію, потрібно розібратися, які існують способи зварювання труб в сучасних умовах.

Види зварних з`єднань труб і деталей трубопроводів.

Трубопроводи зварюються встик і можуть використовуватися для подачі газу і рідин. Вони працюють при різних температурах нагріву і тиску. Основні конструктивні елементи і типи швів зварних з`єднань встановлені ГОСТ 16038-80 для мідно-нікелевих і мідних, ГОСТ 16037-80 для сталевих трубопроводів. Такі сполуки позначені в ГОСТ 5264-80 У1, можуть зустрічатися в сталевих колонах, балках, резервуарах і фермах. Особливого поширення знайшли в машинобудівних конструкціях, котлах, баках і трубопроводах.

Зварні з`єднання під гострим і тупим кутом повинні виконуватися відповідно до ГОСТ 11534-75.

Даний стандарт встановлює основні конструктивні елементи, типи і розміри зварних з`єднань конструкцій з низьколегованих і вуглецевих сталей, які виконуються зварюванням плавиться при товщині зварюваного металу до 60 мм у всіх просторових положеннях, при розташуванні зварюваних деталей під тупим або гострим кутом. Виконання вимог цього стандарту є обов`язковим.

Чи можемо виділити кілька типів зварних з`єднань: стикове, Таврове, внахлестку і кутовий. Вид зварного шва може змінюватися в залежності від типу з`єднання. Зазвичай кутовий шов має увігнуту або плоску іноді опуклу поверхню. Розмір такого шва задається катетом, видимим або розрахунковим. Кутові і стикові шви бувають односторонні і двосторонні. Пробкові шви розрізняють за формою підготовки кромок і розмірами. Необхідно перевірити перпендикулярність площини різу труби до її осі, величину притуплення і кут розкриття шва при підготовці стиків труб під зварювання.

Висота косинки і довжина шва при зварюванні під різними кутами

Кут нахилу електрода: а - в горизонтальній площині-б-у вертикальній площині

При куті α 30 коефіцієнт 3,73;

35 -3,17- 40 - 2,75- 45 - 2,41- 50 - 2,15- 35 - 3,17- 40 - 2,75- 45 - 2,41- 50 - 2,15- 55 - 1,92- 60 - 1,73- 65 - 1,57- 70 - 1,43- 75 - 1,3- 80 - 1,19- 85 - 1,09- 90 - 1,00- 95 - 0, 92 100 - 0,84- 105 - 0,77- 110 - 0,7 115 - 0,64- 120 - 0,58- 125 - 0,52- 130 - 0,47- 135 - 0,41- 140 - 0,36- 145 - 0,32- 150 - 0,27- 155 - 0,22- 160 - 0,18 165 - 0,13 170 - 0,09- 175 - 0,04;

Наприклад: величина коефіцієнта - 2,41 при зварюванні двох труб під кутом 45 ° зовнішнім діаметром D = 520 мм-тоді величина срезаемой косинки буде дорівнює +1253 мм = 520 х 2,41

Щоб обчислити довжину шва, зовнішній діаметр труби множимо на відповідний коефіцієнт:

при куті α 30 коефіцієнт 8,86;

35 - 7,7- 40 - 6,8 45 - 6,2 50 - 5,7- 55 - 5,29- 60 - 4,96- 65 - 4,7- 70 - 4,46- 75 - 4,27- 80 - 4,1- 85 - 3,97- 90 - 3,85- 95 - 3,74- 100 - 3,65- 105 - 3,57- 110 - 3,5 115 - 3, 44- 120 - 3,39- 125 - 3,35- 130 - 3,31- 135 - 3,27- 140 - 3,24- 145 - 3,22- 150 - 3,19- 155 - 3,18- 160 - 3,16- 165 - 3,15- 170 - 3,15- 175 - 3,14;

Різниця товщини стінок труб під зварювання і зміщення їх кромок не повинні перевищувати 10% від товщини стінки і не повинні бути більше 3 мм. Повинен забезпечуватися рівномірний зазор при стикуванні труб і 2-3 мм між сполучаються крайками стикуються,.

Варіанти виконання швів в різних положеннях

Положення електроду при зварюванні "в човник": a - зварювання в симетричну "човник" - б - зварювання в несиметричну <човник>- в - просторове положення електрода

Кутові з`єднання можуть виконуватися в нижньому положенні. Варять кутові з`єднання «в несиметричну човник» і «в симетричну човник». Для того щоб уникнути підрізів і непровару крайок, зварювання «у човник» слід вести електродом, з допустимим опертям козирка на кромки. Якщо накладення кутових швів виконується похилим електродом, зварювання слід вести «кутом назад». Кутові шви з катетами більше 10 мм без скосу кромок виконуються в один шар з затримкою в корені шва поперечними рухами електрода «трикутником».

Зварювання з`єднань внапуск кутових швів в нижньому положенні виробляється електродами в один шар діаметром до 5 мм без поперечних коливань. Щоб домогтися проплавити кутового з`єднання, необхідно перший валик (кореневої кутовий) виконати електродом з діаметром 3 мм при максимальному струмі в залежності від товщини металу 95-120 А.

Перед складанням стикуються труб на довжину 15 - 20 мм очищають від бруду, іржі, окалини і масла. Складовою частиною зварного шва є прихватки. При зварюванні труб прихватка виконується в 4 місцях по колу діаметром до 300 мм рівномірно швом 50 мм довжиною і висотою кожна 3 - 4 мм. При зварюванні труб більше 300 мм діаметром прихватки розташовують рівномірно через кожні 250 - 300 мм по всьому колу стику.

Існуючі на сьогоднішній день способи зварювання можна умовно розділити на 2 групи. В першу групу слід віднести способи зварювання, коли метали в твердому стані зварюються в спільній пластичної деформації, часто з додатковим нагріванням. До другої групи увійшли способи плавлення в місці з`єднання.

Основні різновиди зварювання

Дугове зварювання - з`єднання між собою розплавлених металів за допомогою електричної дуги;

1. Дугова - з`єднання між собою розплавлених металів за допомогою електричної дуги;
2. Електрошлакове - плавлення металу відбувається за рахунок теплоти, отриманої завдяки виділяється електричного струму, який проходить через розплавлений шлак;
3. Ультразвукова - по волноводу передаються ультразвукові коливання від перетворювача до робочого наконечника. Під дією ультразвукових коливань і вертикального стискає зусилля в заготовках виникають сили тертя, яких достатньо для отримання зварювального з`єднання;
4. Контактна - тиском. Заготовки, які з`єднуються, затискають електродами, і під дією зварювального струму в зоні контакту відбувається сильний розігрів і стиснення заготовок, результатом якого є зварювальне з`єднання;
5. Лазерна - зварювання світловим променем, який отримують від спеціальних твердих і газових випромінювачів. Таку зварювання лазером можна виконувати на повітрі на відстані від генератора. Лазерне зварювання здійснюється променем лазера, який нагріває і плавить метал. Енергія лазерного променя концентрується на невеликій ділянці. Луч має певну довжину хвилі і частоту, завдяки чому точно фокусується оптичними лінзами, так як кут заломлення в лінзі променя постійний.

Процес лазерного зварювання - глибоке проплавлення металу лазерним променем - схожий на процес електронно-променевого зварювання. Концентрований лазерне випромінювання впливає на поверхню металу, і в результаті кипіння і плавлення металу утворюється парогазовий канал, який вважається приблизно лінійним джерелом нагрівання. Таким чином, лазерне зварювання може виконуватися встик без додаткового використання присадних матеріалів, що призводить до високої швидкості процесу.

Найкраще розділити лазерну зварювання на 2 типу: точкова і шовна

Зварене з`єднання лазерного зварювання відповідає міцності основного металу, при цьому йде мінімальна зварювальний деформація зварних виробів

Точкова - найчастіше використовується в мікроелектроніці. За допомогою точкового лазерного зварювання можна домогтися високої точності в зварюванні найменших елементів. Для такої зварювання переважно застосовуються імпульсні твердотільні лазери.

Шовна ж лазерне зварювання використовується для отримання герметичності шва і надійного механічного з`єднання. Для шовного зварювання використовуються лазери, які працюють в імпульсному режимі або в безперервному.

Лазерне зварювання відрізняється від інших видів вузькою зоною термічного впливу через великій швидкості зварювання. Зварене з`єднання відповідає міцності основного металу, при цьому йде мінімальна зварювальний деформація зварних виробів. Лазерне зварювання виконується без вакуумних камер. Можна зварювати матеріали найширшого спектра - від високовуглецевих і високолегованих сталей до сплавів на основі титану і міді, скла, кераміки, пластмас і різноманітних сполук, в різних просторових положеннях, в важкодоступних місцях. Також є можливість виконувати з`єднання таких типів, які зварити традиційним способом зварювання просто неможливо. Так, лазерне зварювання в даний час заслуговує називатися найбільш перспективною технологією в зварювальних роботах.

Для лазерного зварювання використовують два типи лазерів: твердотільні і газові

Схема твердотільного лазера

Твердотільними лазерами через їх невеликої потужності можуть зварюватись тільки дрібні деталі невеликої товщини, найчастіше це об`єкти мікроелектроніки. Для сучасних телевізорів лазерним зварюванням вариться герметичний шов катодів кінескопів. Газові лазери є потужнішим, в них в якості активного тіла використовують зазвичай СО2 + N2 + Чи не (суміш газів). Газ прокачується насосом з балонів через газорозрядну трубку. Розряд електрики між електродами використовується для енергетичного збудження газу. З торців газорозрядної трубки розміщені дзеркала. Електроди підключені до живлення. Водяна система охолоджує лазер.

Найпотужнішими є газодинамічні лазери. У роботі використовуються нагріті до температури 1000-3000 К гази. Газ, з надзвуковою швидкістю, закінчується через сопло Лаваля, після чого відбувається адіабатичне розширення і в зоні резонатора охолодження. Після чого порушені молекули вуглекислого газу переходять на більш низький енергетичний рівень і випускають когерентне випромінювання.

Переваги лазерного зварювання

Економічними міркуваннями стримується застосування лазерного зварювання, технологічні лазери поки ще дорогі, тому ретельно відбирається область застосування лазерного зварювання. Лазерне зварювання економічно ефективна, якщо необхідно істотно підвищити продуктивність, так як швидкість її може в кілька разів перевищувати традиційні способи.

Лазерне зварювання має переваги, які їм невластиві іншим способам зварювання. Лазер може розташовуватися на значній відстані від місця розташування зварювання, що в багатьох випадках дає економічний ефект. Наприклад, для ремонту трубопроводів, які прокладені по дну водойми, існує установка для лазерного зварювання. Пересувається візок з обертовим дзеркалом всередині труби, а лазер знаходиться в кінці секції трубопроводу, посилаючи промінь всередині труби, що і дозволяє здійснити лазерну зварювання без підняття трубопроводу на поверхню.