Автоматическая сварка труб под флюсом: принцип и применение

Автоматическая сварка под флюсом трубопроводов: принцип, параметры, область применения

Автоматическая сварка под флюсом (SAW) — заводская технология для поворотных стыков труб, которая даёт глубокое проплавление, стабильное качество шва и высокую производительность за счёт полной автоматизации процесса. Но это не универсальная замена ручной дуговой сварке на любом трубопроводе — у метода есть чёткая область применения по диаметру и толщине трубы. В статье разбираем принцип работы, технику сварки поворотных стыков и параметры режима — на основе действующего отраслевого документа, а не общих описаний «сварки под флюсом вообще».

Принцип работы

При сварке под флюсом сварочная проволока подаётся в зону горения дуги автоматически, а перед дугой по линии шва насыпается слой гранулированного флюса из флюсоаппарата. Дуга горит не в открытом воздухе, а в замкнутой полости под флюсом — там, где плавятся и основной металл, и сам флюс. Расплавленный флюс всплывает над сварочной ванной и полностью изолирует её от атмосферного воздуха, предотвращая окисление и азотирование металла шва. После кристаллизации на поверхности остаётся шлаковая корка, которая легко отделяется, открывая чистый ровный шов, а неизрасходованный флюс собирается и может использоваться повторно.

Такая закрытая дуга позволяет работать на значительно больших токах, чем при сварке открытой дугой, без избыточного разбрызгивания металла — отсюда и более глубокое проплавление, и высокая производительность процесса.

Область применения к трубам

Для трубопроводов автоматическую сварку под флюсом нельзя назначать по общему описанию метода «для любых труб» — у неё есть чётко очерченная область применения. Согласно РД 153-34.1-003-01 (раздел 12), автоматическая сварка под флюсом поворотных (кольцевых) стыков распространяется на трубы диаметром более 200 мм при толщине стенки от 4 мм и более, из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, выполняется на заводе или на сборочной площадке. Это не домашняя и не выездная монтажная технология — трубу нужно вращать на специальном оборудовании.

Конструктивные элементы и размеры самих сварных соединений стальных трубопроводов (а не общий ГОСТ по сварке под флюсом для листового металла) определяет ГОСТ 16037-80. На объектах меньшего диаметра и там, где нет возможности вращать трубу на стенде, применяют не эту заводскую технологию, а ручную дуговую сварку трубопроводов — она остаётся основным способом монтажа и ремонта сетей отопления и водоснабжения на объекте заказчика.

Оборудование

Основной рабочий орган — сварочный трактор: самоходный или неподвижно закреплённый на трубе агрегат со сварочной головкой, кассетой проволоки и механизмом подачи. Для вращения самой трубы применяют роликовый стенд с приводом; при сварке секторных отводов вместо роликового стенда используют манипулятор с приспособлением для крепления отвода. Источник питания обеспечивает стабильные параметры тока — сварку допускается вести как на переменном, так и на постоянном токе обратной полярности.

Техника сварки поворотных стыков

Собранные стыки сначала прихватывают — ручной дуговой сваркой углеродистыми электродами диаметром не более 3 мм, ручной аргонодуговой или механизированной сваркой в углекислом газе. Независимо от конструкции стыка (с подкладным кольцом или без него), один-два корневых слоя также выполняют вручную — дуговой, аргонодуговой или механизированной сваркой в СО₂, и только затем переходят на автоматическую сварку под флюсом. Толщина корневого слоя — не менее 4 мм в стыках с подкладным кольцом и не менее 6 мм без него; на трубах диаметром более 800 мм и на стыках секторных отводов корневой слой выполняют изнутри трубы в виде подварочного шва.

Мундштук сварочной головки смещают от верхней точки трубы (зенита) в сторону, обратную направлению вращения. Величина смещения зависит от диаметра трубы:

Наружный диаметр трубы Смещение электрода от зенита
200–400 мм 15–20 мм
>400–800 мм 30–50 мм
более 800 мм 60–70 мм

Слой флюса в зоне сварки должен составлять 40–50 мм — для удержания флюса на цилиндрической поверхности трубы применяют флюсовые коробки, плотно прилегающие к её поверхности. Стыки труб толщиной до 12 мм допускается варить за один проход; при большей толщине шов накладывают за два прохода и более. Ориентировочный режим сварки всегда уточняют на пробном стыке — табличные значения тока и напряжения из технологии являются стартовыми, а не окончательными.

Флюс и проволока

Марку флюса не выбирают отдельно от присадочной проволоки — комбинацию «проволока + флюс» подбирают вместе, по марке свариваемой стали: для ряда углеродистых сталей применяют, например, сочетания с флюсами ОСЦ-45 или АН-348-А, для некоторых низколегированных — иные комбинации проволоки и флюса. Требования к плавленым флюсам — маркам и химическому составу — устанавливает ГОСТ 9087-81.

По химической активности флюсы разделяют на пассивные (не влияют на химический состав шва) и слаболегирующие (обогащают шов небольшим количеством кремния, марганца и других элементов, повышая ударную вязкость). Для сварки под флюсом низколегированных сталей активность флюса должна быть ниже, чем для низкоуглеродистых — вместо кремния и марганца в состав чаще вводят флюорит (плавиковый шпат), дающий легкоплавкие шлаки, которые проще отделяются от шва.

Преимущества и ограничения

Преимущества: высокая производительность за счёт больших токов и скорости сварки, глубокое проплавление, стабильное качество и однородная структура шва, минимальное разбрызгивание металла, надёжная защита сварочной ванны от атмосферы, возможность полной автоматизации процесса.

Ограничения: метод применим практически только в нижнем положении шва (поворотные стыки труб варят именно поэтому — вращая трубу, а не меняя положение сварщика); дуга скрыта под флюсом, визуальный контроль процесса в моменте невозможен; метод неэффективен для малых диаметров и тонкостенных труб — в РД область применения прямо ограничена диаметром от 200 мм и стенкой от 4 мм; оборудование немобильно и требует тщательной подготовки кромок и сборки стыка.

Контроль качества

Все законченные сварные соединения проходят визуальный контроль, а измерительный контроль проверяет геометрию и размеры шва там, где это предусмотрено требованиями к конкретному трубопроводу. Для выявления внутренних дефектов применяют ультразвуковой или радиографический контроль — конкретный объём неразрушающего контроля определяется типом соединения и применимыми требованиями, а не единым процентом для всех швов.

Итог

  • Сварка под флюсом — не замена ручной дуговой сварке везде, а технология для поворотных стыков труб диаметром более 200 мм со стенкой от 4 мм (РД 153-34.1-003-01, раздел 12).
  • Корневой слой выполняют вручную (дуговой, аргонодуговой или в среде СО₂), и только затем переходят на автоматическую сварку под флюсом.
  • Смещение электрода от зенита трубы и толщина слоя флюса (40–50 мм) заданы нормативно и зависят от диаметра трубы — это не произвольные настройки оператора.
  • Марку флюса подбирают вместе с присадочной проволокой под сталь трубы, а не по отдельности.
  • Главное ограничение метода — практически только нижнее положение шва и непригодность для малых диаметров и тонкостенных труб.

Вопросы и ответы

При ручной дуговой сварке сварщик ведёт электрод вручную, а при автоматической под флюсом сварочную головку перемещает оборудование по поворотному стыку трубы. По отраслевому документу корневой слой или слои выполняют ручной дуговой, аргонодуговой сваркой или механизированной сваркой в СО₂, и только после этого остальную часть стыка варят под флюсом — такой шов не варится целиком автоматически.
Автоматическая сварка под флюсом поворотных стыков по РД 153-34.1-003-01 (раздел 12) распространяется на трубы диаметром более 200 мм при толщине стенки от 4 мм, из углеродистых и низколегированных сталей, и выполняется на заводе или сборочной площадке. Это не универсальный порог для любых труб и условий, а область применения именно данной технологии.
Нет. Технология рассчитана на поворотные стыки, для которых трубу вращают на роликовом стенде, а для секторных отводов используют манипулятор. Варить под флюсом в произвольном положении (например, на неповоротном стыке без возможности вращения) этот метод не позволяет.
Мундштук сварочной головки смещают от верхней точки трубы в сторону, обратную направлению вращения, — величина смещения зависит от диаметра трубы (15–20 мм для труб 200–400 мм, 30–50 мм для 400–800 мм, 60–70 мм для труб свыше 800 мм). Это задаёт корректное положение сварочной ванны относительно движущегося стыка.
Флюс выбирают не отдельно, а вместе с присадочной проволокой — по марке свариваемой стали. Для ряда углеродистых сталей применяют, например, флюсы ОСЦ-45 или АН-348-А в сочетании с соответствующей проволокой; для низколегированных сталей — другие комбинации. Требования к плавленым флюсам (марки, химический состав) устанавливает ГОСТ 9087-81.
Все законченные сварные соединения проходят визуальный контроль, а измерительный контроль проверяет размеры и форму шва там, где это требуется. Для выявления внутренних дефектов применяют ультразвуковой или радиографический контроль — его объём зависит от типа соединения и применимых к трубопроводу требований, а не назначается одинаковым для каждого шва по умолчанию.

Остались вопросы?

Оставьте заявку на бесплатную консультацию.