Главная › Новости

Сварка труб под углом: соединение лазером

Опубликовано: 06.09.2018

В современном строительстве используются различные виды труб. От материала изготовления свариваемых изделий, конечно же, зависит и технология сварки труб . Прежде чем описать технологию, нужно разобраться, какие существуют способы сварки труб в современных условиях.

Виды сварных соединений труб и деталей трубопроводов.

Трубопроводы свариваются встык и могут использоваться для подачи газа и жидкостей. Они работают при различных температурах нагрева и давлениях. Основные конструктивные элементы и типы швов сварных соединений установлены ГОСТ 16038-80 для медно-никелевых и медных, ГОСТ 16037-80 для стальных трубопроводов. Такие соединения обозначены в ГОСТ 5264-80 У1, могут встречаться в стальных колоннах, балках, резервуарах и фермах. Особое распространение нашли в машиностроительных конструкциях, котлах, баках и трубопроводах.

Сварные соединения под острым и тупым углом должны выполняться в соответствии с ГОСТ 11534-75.

Данный стандарт устанавливает основные конструктивные элементы, типы и размеры сварных соединений конструкций из низколегированных и углеродистых сталей, которые выполняются сваркой плавящимся электродом при толщине свариваемого металла до 60 мм во всех пространственных положениях, при расположении свариваемых деталей под тупым или острым углом. Исполнение требований этого стандарта является обязательным.

Можем выделить несколько типов сварных соединений: стыковое, тавровое, внахлестку и угловое. Вид сварного шва может изменяться в зависимости от типа соединения. Обычно угловой шов имеет вогнутую или плоскую иногда выпуклую поверхность. Размер такого шва задается катетом, видимым или расчетным. Угловые и стыковые швы бывают односторонние и двусторонние. Пробочные швы различают по форме подготовки кромок и размерам. Необходимо проверить перпендикулярность плоскости реза трубы к ее оси, величину притупления и угол раскрытия шва при подготовке стыков труб под сварку.

Высота косынки и длина шва при сварке под разными углами

Угол наклона электрода: а - в горизонтальной плоскости; б- в вертикальной плоскости

При угле α 30 коэффициент 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;

К примеру: величина коэффициента - 2,41 при сварке двух труб под углом 45° наружным диаметром D = 520 мм; тогда величина срезаемой косынки будет равна 1253 мм = 520 х 2,41

Чтобы вычислить длину шва, наружный диаметр трубы умножаем на соответствующий коэффициент:

при угле α 30 коэффициент 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;

Разность толщин стенок труб под сварку и смещение их кромок не должны превышать 10% от толщины стенки и не должны быть более 3 мм. Должен обеспечиваться равномерный зазор при стыковке труб и 2-3 мм между соединяемыми кромками стыкуемых элементов.

Варианты выполнения швов в различных положениях

Положение электрода при сварке "в лодочку": a - сварка в симметричную "лодочку"; б - сварка в несимметричную <лодочку>; в - пространственное положение электрода

Угловые соединения могут выполняться в нижнем положении. Варят угловые соединения «в несимметричную лодочку» и «в симметричную лодочку». Для того чтобы избежать подрезов и непровара кромок, сварку «в лодочку» следует вести электродом, с допустимым опиранием козырька на кромки. Если наложение угловых швов выполняется наклонным электродом, сварку следует вести «углом назад». Угловые швы с катетами более 10 мм без скоса кромок выполняются в один слой с задержкой в корне шва поперечными движениями электрода «треугольником».

Сваривание нахлесточных соединений угловых швов в нижнем положении производится электродами в один слой диаметром до 5 мм без поперечных колебаний. Чтобы добиться проплава углового соединения, необходимо первый валик (корневой угловой) выполнить электродом с диаметром 3 мм при максимальном токе в зависимости от толщины металла 95-120 А.

Перед сборкой стыкуемых труб на длину 15 — 20 мм очищают от грязи, ржавчины, окалины и масла. Составной частью сварного шва являются прихватки. При сварке труб прихватка выполняется в 4 местах по окружности диаметром до 300 мм равномерно швом 50 мм длиной и высотой каждая 3 — 4 мм. При сварке труб более 300 мм диаметром прихватки располагают равномерно через каждые 250 — 300 мм по всей окружности стыка.

Существующие на сегодняшний день способы сварки можно условно разделить на 2 группы. В первую группу следует отнести способы сварки, когда металлы в твердом состоянии свариваются в совместной пластической деформации, зачастую с дополнительным нагревом. Во вторую группу вошли способы плавления в месте соединения.

Основные разновидности сварки

Дуговая сварка - соединение между собой расплавленных металлов с помощью электрической дуги;

Процесс лазерной сварки - глубокое проплавление металла лазерным лучом - похож на процесс электроннолучевой сварки. Концентрированное лазерное излучение воздействует на поверхность металла, и в результате кипения и плавления металла образуется парогазовый канал, который считается приблизительно линейным источником нагрева. Таким образом, лазерная сварка может выполняться встык без дополнительного использования присадочных материалов, что приводит к высокой скорости процесса.

Лучше всего разделить лазерную сварку на 2 типа: точечная и шовная

Сварное соединение лазерной сварки соответствует прочности основного металла, при этом идет минимальная сварочная деформация сварных изделий

Точечная - чаще всего используется в микроэлектронике. С помощью точечной лазерной сварки можно добиться высокой точности в сварке самых малых элементов. Для такой сварки преимущественно применяются импульсные твердотельные лазеры.

Шовная же лазерная сварка используется для получения герметичности шва и надежного механического соединения. Для шовной сварки используются лазеры, которые работают в импульсном режиме или в непрерывном.

Лазерная сварка отличается от других видов узкой зоной термического влияния из-за большой скорости сварки. Сварное соединение соответствует прочности основного металла, при этом идет минимальная сварочная деформация сварных изделий. Лазерная сварка выполняется без вакуумных камер. Можно сваривать материалы широчайшего спектра - от высокоуглеродистых и высоколегированных сталей до сплавов на основе титана и меди, стекла, керамики, пластмасс и разнообразных соединений, в разных пространственных положениях, в труднодоступных местах. Также есть возможность выполнять соединения таких типов, которые сварить традиционным способом сварки просто невозможно. Так, лазерная сварка в настоящее время заслуживает называться наиболее перспективной технологией в сварочных работах.

Для лазерной сварки используют два типа лазеров: твердотельные и газовые

Схема твердотельного лазера

Твердотельными лазерами из-за их небольшой мощности могут свариваться только мелкие детали небольшой толщины, чаще всего это объекты микроэлектроники. Для современных телевизоров лазерной сваркой варится герметичный шов катодов кинескопов. Газовые лазеры являются мощнее, в них в качестве активного тела используют обычно СО2+N2+Не (смесь газов). Газ прокачивается насосом из баллонов через газоразрядную трубку. Разряд электричества между электродами используется для энергетического возбуждения газа. С торцов газоразрядной трубки размещены зеркала. Электроды подключены к питанию. Водяная система охлаждает лазер.

Самыми мощными являются газодинамические лазеры. В работе используются нагретые до температуры 1000-3000 К газы. Газ, со сверхзвуковой скоростью, истекает через сопло Лаваля, после чего происходит адиабатическое расширение и в зоне резонатора охлаждение. После чего возбужденные молекулы углекислого газа переходят на более низкий энергетический уровень и испускают когерентное излучение.

Преимущества лазерной сварки

Экономическими соображениями сдерживается применение лазерной сварки, технологические лазеры пока еще дорогостоящие, поэтому тщательно отбирается область применения лазерной сварки. Лазерная сварка экономически эффективна, если необходимо существенно повысить производительность, так как скорость ее может в несколько раз превышать традиционные способы.

Лазерная сварка обладает преимуществами, которые не присущи другим способам сварки . Лазер может располагаться на большом удалении от месторасположения сварки, что во многих случаях дает экономический эффект. К примеру, для ремонта трубопроводов, которые проложены по дну водоема, существует установка для лазерной сварки. Передвигается тележка с вращающимся зеркалом внутри трубы, а лазер находится в конце секции трубопровода, посылая луч внутри трубы, что и позволяет осуществить лазерную сварку без поднятия трубопровода на поверхность.