Как сваривать трубы ручной дуговой сваркой: с чего начать сборку стыка?

Коротко

• Зазор и притупление кромок берут по ГОСТ 16037-80 под тип соединения и толщину стенки, а не на глаз.
• Стык центруют и фиксируют прихватками по всей окружности тем же электродом, каким пойдёт корень.
• Неповоротный шов ведут снизу вверх участками - положение шва по окружности меняется от нижнего до потолочного.
• Корневой проход и облицовка - два разных прохода с зачисткой шлака между ними.
• Для ответственных трубопроводов берут электроды с основным покрытием и прокаливают их перед работой.

Сварщику, который впервые собирает стык трубы под сварку, нужно понять порядок действий от подготовки кромок до готового шва. Ниже разбираем, как сваривать трубы ручной дуговой сваркой: как готовят зазор и притупление кромок по ГОСТ, как центруют стык и ставят прихватки, чем поворотный стык отличается от неповоротного и в каком порядке кладут корневой проход и облицовку.

Ошибка на любом из этих шагов видна сразу: непровар в корне, смещение кромок или прожог на тонкой стенке. Дальше - по порядку, от подготовки кромок до выбора электрода.

Прежде чем говорить о трубах отдельно, стоит сказать: сама техника - как варить ручной дуговой сваркой - у труб и у плоского металла одна. Меняется только то, как эту технику применяют по кругу, а не по прямой.

1. Подготовка кромок трубы под сварку: зазор и притупление по ГОСТ

Типы сварных соединений стальных труб, разделку кромок, зазор и притупление задаёт ГОСТ 16037-80 «Соединения сварные стальных трубопроводов». Для тонкостенной трубы без скоса кромок (тип соединения С2) при ручной дуговой сварке зазор в стыке растёт вместе с толщиной стенки: 0,5 мм при стенке 2 мм и 1,0 мм при стенке 3 мм.

С толщиной стенки от 3 до 20 мм кромку скашивают на угол 50° ± 5° (тип соединения С8). Зазор в стыке для ручной дуговой сварки при этом - 1 мм на стенках 3-8 мм и 2 мм на стенках 9-20 мм, а притупление кромки - 0,5 мм и 1,0 мм соответственно. Разделку размечают под этот угол ещё до прихваток: без неё дуга не проварит корень на всю толщину.

2. Центровка и прихватки: как собрать стык, чтобы шов не повело?

Кромки центруют по наружному диаметру и проверяют зазор шаблоном по всей окружности - перекос на одном участке стыка потом отзовётся на другой стороне разнотолщинностью шва. Дальше стык фиксируют прихватками, равномерно распределёнными по окружности: они держат зазор и не дают трубе увести при усадке металла во время сварки.

Прихватку варят тем же электродом, каким пойдёт корневой шов, и той же полярностью. Треснувшую или пористую прихватку вырубают и переваривают заново - оставлять её под основным швом нельзя, дефект прихватки станет дефектом корня.

3. Поворотный и неповоротный стык трубы: в чём разница?

Поворотный стык - это когда трубу можно провернуть вокруг оси, и весь шов кладут в одном, самом удобном пространственном положении: нижнем или слегка наклонном. Так сваривают короткие участки на стеллаже или кантователе, пока труба ещё не вварена в линию.

Неповоротный стык - когда труба уже закреплена: например, стыкуется с уже установленным участком трубопровода или уходит в стену. Здесь один и тот же шов по окружности проходит через нижнее, вертикальное и потолочное положения, и электрод, ток и угол наклона приходится менять несколько раз за один проход. У неповоротного стыка нет возможности развернуть трубу под удобное для сварки положение.

4. Порядок наложения шва по окружности: корневой проход и облицовка

Окружность стыка условно делят на участки и ведут шов снизу вверх - на потолочной и вертикальной части металл держится хуже, и короткие проходы с паузами на остывание дают время шлаку и наплавленному металлу закрепиться, прежде чем сила тяжести потянет ванну вниз.

Первым идёт корневой проход - он проваривает притупление кромок насквозь и формирует обратный валик внутри трубы. От корня зависит, будет ли стык держать давление изнутри: непровар здесь не видно снаружи, а при нагрузке трещина может пойти именно оттуда. После корня шлак и брызги снимают щёткой с металлической проволокой и только потом кладут заполняющие слои и облицовку - последний, видимый снаружи проход, который перекрывает разделку вровень с основным металлом.

5. Сварка горизонтального шва ручной дуговой сваркой на вертикальной трубе

Труба стоит вертикально, а стык проходит горизонтальным кольцом - такой шов сварщики называют потолочно-нижним по частям: на ближней к сварщику стороне это обычное нижнее положение, а на дальней, где труба закрывает обзор, дуга уходит в положение, близкое к потолочному. Ванна на этом участке норовит стечь вниз по стенке, поэтому дугу держат короче и не дают металлу перегреться.

Здесь особенно важна равномерная скорость по всей окружности: если задержаться на одном участке, наплавленный металл провиснет наружу или, наоборот, недоварится на соседнем отрезке. Прихватки в этом случае ставят чаще, чем на поворотном стыке - труба никак не закреплена от смещения, кроме самого стыка.

6. Сварка труб большого диаметра ручной дуговой: чем отличается работа?

На толстостенной трубе большого диаметра разделка кромок глубже, и за один проход её не заполнить - корень, несколько заполняющих слоёв и облицовку варят отдельными проходами, каждый со своей зачисткой от шлака. Чем больше слоёв, тем важнее прогрев между ними: холодный металл между проходами - частая причина непровара по границе слоёв.

Если разделку по ГОСТ 16037-80 нужно свести к конкретным нормам, а не к общей схеме «поставщик - потребитель», сводная таблица типов соединений и способов сварки есть в статье ГОСТ на сварку трубопроводов - там собрано, какой документ за что отвечает.

7. Какие электроды взять для сварки трубопроводов?

Для ответственных трубопроводов - под давлением, с несущей нагрузкой, там, где шов потом невозможно переварить без демонтажа - берут электроды с основным покрытием. Например, УОНИ-13/55 (тип Э50А по ГОСТ 9467-75) требуют повторной прокалки при 350-380 °C в течение 1-1,5 часа перед сваркой - сырой электрод основного типа сыплет порами.

Ток подбирают по диаметру электрода и положению шва: для УОНИ-13/55 диаметром 3 мм в нижнем положении это 80-120 А, а в вертикальном и потолочном - уже 80-100 А; для диаметра 4 мм - 130-160 А в нижнем и 120-140 А в вертикальном и потолочном. Точный режим для своей партии смотрите в паспорте на упаковке, эти цифры - ориентир по марке. Для менее ответственных швов - там, где кромка ржавая и зачистка неполная, - применяют рутиловые марки: их подбирают среди электродов для углеродистых сталей. Нужный ток и режим для основных электродов держит любой из сварочных инверторов в режиме ручной дуговой сварки.

К работе на трубопроводах под давлением и на газопроводах допускают только аттестованных сварщиков, а результат шва проверяют по отдельным нормам контроля - так сварка трубопроводов ручной дуговой сваркой регулируется отраслевыми нормами, и здесь мы их не разбираем, это тема отдельного разговора с технадзором на объекте.

8. Частые ошибки при сварке труб ручной дуговой сваркой

• Ставят прихватки только с двух сторон стыка - при усадке трубу уводит, зазор на противоположной стороне закрывается или расходится.
• Ведут неповоротный шов в одном темпе по всей окружности, не снижая ток на потолочном участке - там металл стекает и получается наплыв или непровар.
• Кладут облицовку сразу поверх непрочищенного корня - шлак от корневого прохода остаётся под швом и даёт поры.
• Берут электрод с основным покрытием без прокалки - шов на вид ровный, но пористый внутри, и это вскрывается только на контроле.
• Экономят на разметке угла разделки для толстостенной трубы - без скоса кромок под нужный угол корень не проваривается на всю толщину стенки.

Если после этого шов всё равно ведёт непровар по корню, для начала проверьте угол разделки и зазор - чаще дело в подготовке кромок, а не в руке сварщика. Про саму технику удержания дуги и движения электродом - в статье как правильно варить ручной дуговой сваркой на плоском металле.