Сварка кольцевых швов: технология и материалы

Кольцевым можно назвать шов, выполненный по замкнутому контуру. Чаще всего круглого сечения, когда конец шва совпадает с его началом. Характерен для деталей обечаек, труб, цилиндров.

Наши данные показывают, что выполнение кольцевых швов – наиболее сложная работа. Сварка с переменностью положения. Уровень ответственности – высокий. Часто это –оборудование, подвергающееся давлению, трубопроводные линии, обечайки – в нефтехимии, строительстве не ограничиваясь. Выполняются в условиях доизготовления с последующим монтажом. Требуют увеличенных объемов контрольных операций. Данное задание – «закатать шов» применятся в различных конкурсах сварщиков, выполняется сварка «катушек». При этом определяется профессионализм сварщика.

В различных производствах размер труб начинается от 5 мм. в диаметре и до 10 метров и более в диаметре, оборудование колонного типа, а также резервуарной конструкции диаметром до 50 метров. С ростом диаметров возрастает, и толщина таких конструкций и составляет от 0,5 до 150 миллиметров.

С учетом требований к объектам и их физическим размерам могут применяться общедоступные методы соединения деталей обозначаемых по ИСО 4063:

• ММА (111) ручная дуговая сварка плавящимся электродом
• МАG (135)/ MIG(131) дуговая сварка в активном газе / в инертном газе плавящимся электродом;
• TIG (141) дуговая сварка в инертном газе вольфрамовым электродом;
• SAW (12)–дуговая сварка под флюсом;
• 311 – ацетилен – кислородная (газовая) сварка.

Полагаясь на наш опыт – наибольшее распространение, по универсальности, простоте и производительности получили:

Наименование	Описание процесса	Особенности	Используемые материалы
111	Дуга ˥ горит между электродом 2 и трубой 3 в дымовой среде 4. Защита жидкого металла ванны-газошлаковая 5 образуется за счет расплавления стержня электрода и сгорания покрытия. Длину дуги держат в пределах от 2 до 5 мм., Наплавка получается из расплавления металла элемента и электрода.	Сварка во всех пространственных положениях. Большинство известных марок сталей и сплавов. Высокомобильный способ. Низкая производительность. Плотность швов зависит от умения сварщика и условий выполнения. JASIC EVO ARC 200 (Z2S32)	Электроды серия СТАРТ: МР-3, АНО-4, ОЗС-12, УОНИ 13/45, УОНИ 13/55. Линейка PRO: 46.00, АНО-21, МР-3С, ЛИТ 55Т, ЦЛ-11, НЖ-13, ОЗЛ-6, ОЗЛ-9А.
(135) / (131)	Дуговой разряд ˥ происходит между–проволокой 2 и заготовкой 3 в защитной среде 4, образовывающей защиту расплавленного металла 5. Валик формируется за счет оплавленного металла детали и присадочного металла – проволоки	Положения сварки-все. Проволока диаметрами 0,6-1,6мм. Возможна сварка большинства конструкционных сталей и сплавов. Эффективность выше, чем РДС. Качество шва в зависимости от квалификации сварщика. MIG 400P (N317)	Проволоки серии СТАРТ: Св-08Г2С-О, Св-08ГС-О, Св-08ГС-П. Линейка PRO: ER70S-6, ER308L, ER308LSi, ER309LSi, ER316LSi, ER347L.
(141)	Электрическая дуга Ί горит между НП вольфрамовым электродом 2 и изделием в среде инертного газа – аргоне или др. 4 защищающим расплавленный металл 5 св. ванны и расплавляющуюся часть присадки 6. Сварной шов получается за расплавления части основного металла и прутка (при незначительных толщинах-без присадки)	Все пространственные положения. Способ для выполнения корневых проходов, малых толщин. Пониженная производительность процесса для значительных толщин. Свариваются стали различных уровней легирования. Высокий уровень качества. TIG 500 PACDC (Е312)	Прутки серии СТАРТ: Св-08Г2С-О, Св-08ГС-О, Св-08ГС-П. Линейка PRO: ER70S-6, ER308L, ER308LSi, ER309LSi, ER316LSi, ER347L.
(12)	Сварочная дуга ˥ горит в ванне–вместе с проволокой 2 и изделием 3. Расплавляемый флюс 6 обеспечивает защиту жидкой фазы сварочной ванны 5. Валик формируется за счет металла заготовки и присадочной проволоки	Основное положение: нижнее и нижнее / наклонное. Стали всех классов. Высокопроизводительный процесс. Отличное качество. MZ-1000 (М308)	Проволоки серии СТАРТ: Св-08А-О, Св-08ГС-О, Св-08ГА-О, линейка PRO: Св-08А-П, Св-08ГА-П, ER70S-6, Св08ГНМ, Св10НМА, S2Mo.

Для того чтобы заварить без дефектов, нужно выполнить подгонку деталей и их кромок. Разделительную резкую можно осуществлять газовым резаком. Затем с помощью фрезы или шлифовальной машины зачистить кромки. Фаски на деталях из высоколегированных марок сталей нужно снимать плазменным резаком с дальнейшей обработкой их механически. Принятые заготовки должны быть без каверн, задиров, заусенец. Все видимые неровности требуется удалить шлифованием. Подготовленные к работе сварные конструкции, а также граничащие с кромками участки зоной величиной 20 м. должны быть очищены от посторонних покрытий, коррозии и прочих загрязнений снаружи и на 10 мм. с обратной стороны.

Сборку оптимально выполнять с помощью устройств, обеспечивая правильное фиксированное взаимное положение элементов.

Выполнить прихватку собранного стыка свариваемых элементов в нескольких местах по периметру для их правильного взаимного расположения. Прихватки располагать на равном расстоянии одну от другой. Выполнять их, образуя обратный валик, на тех же параметрах режима, что и при формировании основного шва.

Количество прихваток на стык:

Приведем схему выполнения сварного соединения на примере поворотного и неповоротного стыка трубопровода соответственно:


Очередность выполнения отдельных валиков и слоев одним сварщиком

1-14-последовательность выполнения и направление валиков;

I- IV –слои швов.

Определение потребности в сварочных материалах:

П= М_нм*К_с* К_п

Где М_нм – масса наплавленного металла

К_с – коэффициент расхода материалов при определенном способе.

Покрытые электроды ММА: – 1,34
Сплошная проволока МАG: – 1,12

Пруток TIG – 1,15

проволока SAW: – 1,05

К_п – коэфф. положения шва в пространстве:

• при вертикальном – 1,12;
• горизонтальном – 1,13;
• потолочном – 1,26.

Вычисление М_нм через площади -суммируется поперечная площадь простейших геометрических фигур: зазор, скос кромок умноженный на толщину, усиление шва. Сумма этих площадей умножается на длину шва и удельную плотность металла. Для корректного расчета важно учитывать единицы измерения: {грамм}, {сантиметр}.

М_нм=(F₁+F₂+F_n)*L*G

F₁,F_2,F_n-площадь наплавки{cм²}.

L-длина {см}. длина шва для круга равна произведению диаметра на число π-3,14. Пример для трубы Ø159*3,14=499,26мм = 49,93см.

G-плотность 7,85 {г/см³}- для углеродистой стали. Тогда результат мы получим в граммах.

Применять такие расчеты трудозатратно.

Мы рекомендуем применять готовую таблицу, данные в которой получены из нашей практики:

Расход электродов на сварку одного неповоротного стыка.

Для расчета поворотных изделий, применять коэффициент 0,826 к значению в таблице:

Наружный диаметр, мм.	Толщина стенки трубы (мм)/расход (кг)
	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0	14,0	16,0	18,0
25	0,013	0,024	0,031	0,041	0,052	0,064	0,076
35	0,025	0,300	0,041	0,053	0,063	0,072	0,099
38	0,030	0,035	0,048	0,062	0,079	0,098	0,119
42	0,034	0,040	0,053	0,070	0,095	0,109	0,132
57		0,055	0,072	0,085	0,115	0,144	0,188	0,226	0,285	0,321	0,372
76			0,095	0,125	0,154	0,194	0,253	0,310	0,385	0,433	0,501
89			0,112	0,146	0,182	0,230	0,298	0,365	0,453	0,510	0,589
108			0,136	0,168	0,221	0,281	0,364	0,450	0,551	0,622	0,713	0,906	1,132
114				0,190	0,234	0,300	0,385	0,473	0,582	0,660	0,757	0,961	1,202
133				0,213	0,273	0,353	0,450	0,560	0,682	0,774	0,887	1,126	1,408
140				0,239	0,288	0,371	0,474	0,588	0,719	0,819	0,935	1,187	1,484
159				0,260	0,328	0,423	0,540	0,670	0,820	0,932	1,062	1,349	1,686	2,008
168				0,276	0,347	0,450	0,570	0,710	0,867	0,987	1,123	1,426	1,782	2,112
194				0,324	0,401	0,521	0,661	0,823	1,007	1,141	1,302	1,654	2,067	2,461
219					0,453	0,590	0,746	0,930	1,135	1,265	1,472	1,874	2,339	2,785
273					0,566	0,740	0,933	1,167	1,420	1,620	1,842	2,348	2,928	3,487
325					0,674	0,883	1,112	1,392	1,693	1,870	2,197	2,802	3,502	4,165
377					0,787	1,021	1,291	1,610	1,966	2,230	2,553	3,256	4,068	4,843
426					0,885	1,153	1,461	1,820	2,224	2,530	2,889	3,685	4,605	5,484
480					0,988	1,302	1,647	2,050	2,509	2,850	3,259	4,155	5,194	6,186
530					1,103	1,441	1,820	2,270	2,772	3,150	3,601	4,593	5,741	6,838
630					1,311	1,710	2,165	2,701	3,294	3,760	4,286	5,467	6,834	8,139