Вертикальная сварка труб: какие могут возникнуть сложности и как их избежать

Иногда сварка становится очень трудной задачей, например, если ее необходимо произвести на вертикально расположенных трубах. Главным отличием от работы с горизонтальными предметами является необходимость постоянно изменять наклон электрода, вращать его вдоль шва. Более подробно о том, почему вертикальная сварка труб требует особых навыков от мастера, вы узнаете из этой статьи.

Наиболее распространенные техники вертикальной сварки труб

Сегодня для соединения двух металлических труб используется метод электрической сварки. Основным элементом в этом процессе являются электроды, то есть стальные стержни с нанесенным на них специальным покрытием.

Чтобы во время вертикальной сварки труб электродом металл не стекал вниз, скос кромок выполняют только возле верхнего элемента. Главная задача в этот момент – не позволить жидкому металлу оторваться от зоны сварки. Поэтому необходима стабильно горящая электрическая дуга, причем располагают ее так, чтобы между концом электрода и сварочной ванной было минимальное расстояние.

• Техника «снизу вверх».

Обычно, чтобы заварить вертикальный стык, электрод передвигают от нижней точки к верхней. Таким образом проще контролировать процесс, а электрическая дуга уверенно держит ванну с расплавом, что препятствует растеканию металла. Отметим, что благодаря вертикальной сварке труб проходом снизу вверх, получается шов наилучшего качества.

Прежде чем приступать к работе, необходимо подготовить границы стыка, обработать их согласно всем техническим требованиям. Сам сварочный аппарат настраивают под условия работы, выставляя ток, подбирая электрод.

Далее по границе вертикальных элементов делаются несколько точечных «прихваток», для этого используется соединение коротким швом, чья длина находится в пределах 1-2 см. Это позволяет избежать смещения свариваемых вертикальных элементов во время нагрева под действием температурной деформации.

При вертикальной сварке труб электрод должен находиться под углом 45–90° к плоскости будущего шва.

Вот ряд правил, устанавливаемых для таких работ:

1. Дуга зажигается за счет контакта электрода с металлом.
2. «Прихватки» делают в 3-4 точках по линии стыка элементов, идут от середины к краям.
3. Сваривать начинают у нижней точки линии стыка.
4. Электрод движется по направлению вверх, сварочная ванна постоянно находится в рабочей зоне.
5. При продвижении электрода придерживаются умеренной скорости. Быстроту оценивают по образованию оптимального количества расплава сварной ванны.

Одновременно с вертикальным ходом электрода допускаются поперечные зигзагообразные движения «полумесяцем», «елочкой» либо иным способом. Однако этот прием стоит использовать только для труб, чья толщина стенки превышает 4 мм.

При вертикальной сварке труб шов прокладывают одним проходом, не делая остановок и перерывов. Это правило вызывает больше всего сложностей у неопытных сварщиков, однако вскоре они набивают руку.

• Техника «сверху вниз».

Этот прием часто применяют опытные сварщики. Однако чтобы пользоваться им, нужно знать один нюанс: поджигая электрическую дугу, электрод располагают под углом 90° относительно плоскости свариваемого элемента. После того как металл в точке образования дуги начал плавиться, угол меняют на 15–20° и при этом немного опускают держатель.

Если речь идет о соединении вертикальных толстостенных труб, проводка электрода также выполняется поперечными зигзагами. Для этого может использоваться «пилообразный», «прямоугольный» или «волнообразный» принцип распределения расплава.

Обязательное правило: возбуждают электрическую дугу на нижней кромке. Когда металл начнет плавиться, дугу переводят на верхнюю кромку. При помощи продольных валиков свариваются и горизонтальные швы. Для этого первый валик выполняется 4-миллиметровым электродом, после чего используется 5-миллиметровый.

Для работы с вертикальными трубами лучше всего подходит газовая сварка, поскольку при ней металл нагревается не так быстро. Иными словами, у него нет возможности стекать ниже места шва. Немаловажно и то, что такой метод практически исключает образование окалины, в противном случае она может попасть в шов или оказаться внутри вертикальной трубы.

Техника выполнения вертикальной сварки трубы

Первым шагом перед вертикальной сваркой труб является их очистка от грязи и следов коррозии. Для этого используется механическая обработка. Для резки заготовки можно взять электроинструмент либо применить термический способ. Далее заготовки соединяют между собой, накладывая прихватки, то есть легкие сварочные швы. Сразу скажем, что характеристики прихваток зависят от параметров самих труб.

Для металла толщиной в 12 мм используется соединение трехслойным швом. Максимальная высота каждой прослойки составляет 4 мм, а ширина валика не может превышать 2-З диаметра сварочного электрода. Если приходится работать с вертикальными трубами, чьи стенки толще 8 мм, первый слой выполняется в виде ступенчатого шва, после чего накладывается сплошной шов.

Для качественного формирования обратного валика без выборки и подварки во время сварки используют электрод диаметром 3 мм. Выбор сварочного тока зависит от толщины металла, расстояния между кромками, толщины притупления, при этом сила тока лежит в минимальном или среднем диапазонах.

Оптимальный наклон электрода к вертикальной плоскости нижней вертикальной трубы составляет 80–90°. Наклон электрода по отношению к направлению работы подбирается в соответствии с проплавлением обратной стороны корня шва. Сварка «углом назад» обеспечивает максимальное проплавление, тогда как минимальное достигается при подходе «углом вперед».

Скорость работы зависит от объема сварочной ванны. Нужно понимать, что чем больше полнота корневого валика, тем дольше металлу шва приходится оставаться жидким, а значит, получаются дефекты больших размеров. В идеале скорость должна быть такой, чтобы обе кромки хорошо сплавлялись, а валик оставался «нормальным». Если позволяет толщина металла и заложены выборка и подварка обратной стороны корня шва, лучше использовать электрод диаметром 4 мм.

Второй корневой валик выполняют во всю ширину, при этом обязательно проплавляют первый корневой валик и захватывают края обеих вертикальных труб. Диаметр электрода подбирают в соответствии с шириной первого валика, для чего используют метод промера торцом электрода.

Во время работы торец электрода с обмазкой должен касаться поверхности первого корневого валика. Силу тока устанавливают в среднем диапазоне, а варят со скоростью, необходимой для получения «нормального» валика.

В процессе вертикальной сварки труб придерживаются такого же наклона электрода по отношению к вертикальной плоскости, что и при работе с корневым валиком. Работают методом «углом назад».

Разделку начинают заполнять от нижней кромки, то есть от площадки. Такой подход позволяет использовать наиболее производительные методы сварки.

При проработке третьего валика лучше всего использовать повышенные режимы, а сварочный ток – в среднем или максимальном диапазоне. Электрод держать под углом 70–80° относительно поверхности кромки нижней трубы. Допускается использовать два метода сварки: «под прямым углом» или «углом назад» – выбор зависит от расположения шлака.

Этот валик должен получиться с усилением, если говорить проще, то с «горбинкой» – оптимальную скорость подбирают исходя из этого параметра. Работа ведется как при сварке в нижнем положении, в результате чего получается полочка – она необходима, чтобы сваривать следующий валик на повышенных режимах.

Центр дуги передвигают по нижнему краю второго корневого валика. Прежде чем приступать к третьему валику, сварщику нужно решить, какую полноту он будет иметь. В противном случае ширина незаполненной разделки (между верхней кромкой разделки и выполненным швом) может получиться слишком большой для четвертого валика либо недостаточной для двух валиков. Очень важно, чтобы ширина от края третьего валика до верхней кромки была минимальной, а именно совпадала с диаметром электрода с покрытием либо немного превышала его.

Завершать работу над любым валиком нужно, проплавив начало и зайдя на шов на 20–30 мм. Если работу выполняет один сварщик, необходимо, чтобы каждый валик был закончен по всему периметру без дополнительного перерыва. «Замок», то есть начало нового слоя, смещается относительно предыдущего минимум на 50 мм.

Если приходится осуществлять сварку в несколько проходов и слоев неповоротных стыков на толстостенных вертикальных трубах, лучше всего вести ее по спирали. Дело в том, что такой прием позволяет снизить долю дефектов, поскольку сокращается количество «замков». При приближении к началу валика работу приостанавливают, не доходя примерно 20 мм до начала. Это нужно, чтобы тщательно зачистить, в том числе подрубить, сточить начало валика, если оно получилось слишком высоким.

Далее подходят к началу и делают задержку дуги, подплавляя металл. После чего заходят на валик и продолжают выполнение нового валика – и так до завершения очередного слоя. Таким образом удается делать меньше «замков», при этом получается производительная и качественная сварка по шлаку.

Чтобы варить по шлаку, сварщик должен обладать мастерством высокого уровня. Еще одно важное условие – нужно работать электродами с основным покрытием, поскольку электроды с рутиловым покрытием не позволяют добиться необходимого качества. Дело в том, что во втором случае образуется много более жидкотекучего шлака, что вызывает зашлаковку некоторых участков. При обычной технологии и при сварке по шлаку перед переходом к завершающему валику каждого слоя производят тщательную зачистку разделки от шлака, брызг и нагара.

Для сварки лицевого слоя стоит выбирать электроды того же диаметра, что использовались при заполнении разделки, однако при этом они не могут быть толще 4 мм. Сила тока должна быть среднего диапазона. Выполняется обычная горизонтальная наплавка узкими валиками, ее ширина составляет 1,5 диаметра электрода с покрытием. Самый верхний валик должен быть узким и плотным, поэтому его выполняют на более высокой скорости – таким образом получается плавный переход от шва к основе.

Если над соединением вертикальных труб работают несколько сварщиков, участок делят на столько равных отрезков, сколько специалистов будет задействовано. При этом наиболее подходящим подходом к сварке, при которой не образуются «замки», считается сварка вперехват.

Все сварщики выполняют сварку одного валика, при его завершении производят смещение на 20–30 мм относительно окончания предыдущего валика. Продолжая окончание валика соседнего сварщика, каждый работник переплавляет свое начало готового валика и выполняет заход по спирали на следующий валик. Для нового слоя делают смещение до 50 мм.

Сегодня редко приходится сваривать прямые вертикальные трубы, поскольку в последнее время все чаще используются трубы из пластика, которые имею иной принцип соединения. Однако вертикальная сварка металлических труб остается актуальной задачей на промышленных объектах. Тогда приглашают лучших специалистов, способных сделать все действительно качественно.

Они могут применять газовую или электрическую сварку, используемые в этом случае электроды продаются в строительных гипермаркетах и специализированных магазинах. Если сварка выполнена добросовестно, она и по сей день остается самым надежным способом соединения стальных вертикальных труб.

Приспособления для сварки трубы вертикальными швами

Мало просто уметь варить, если вы хотите получить действительно прочный сварной шов. Иногда очень многое зависит от того, как части трубы расположены в пространстве. Чтобы добиться оптимального положения, используют приспособления, которые фиксируют детали под необходимым сварщику углом.

Нередко приходится применять отдельные приспособления, позволяющие скрепить между собой соединяемые элементы. Это просто необходимо во время работы с тяжелыми вертикальными изделиями сложной формы. Чтобы быстрее произвести монтаж и выемку объемного изделия, делают поворотные фиксаторы.

• Самодельный фиксатор.

Для работы с компактными заготовками фиксаторы можно сделать своими руками – они отлично будут держать элементы под углом 90°. Для этого возьмите металлический уголок, два отрезка полосы, две струбцины. Также вам понадобится угольник, чтобы выставить угол.

Отметим, что уголки могут быть любой длины. К каждому из них нужно приварить полосу, чтобы в результате получился равнобедренный прямоугольный треугольник, где катеты и будут сделаны из уголков.

Важно, чтобы уголки не доходили до вершины треугольника на несколько сантиметров, тогда вам удобно будет варить стержни или профильные трубы в месте стыка. При необходимости можно к уголкам приварить и струбцины, чтобы фиксировать свариваемые изделия.

Но конструкцию может повести во время сварки. Чтобы избежать этого, прихватите ее в четырех местах и лишь после этого полностью сваривайте. Если закрепить это приспособление на столе, оно прослужит вам несколько лет.

• Применение магнитов.

Магнитные фиксаторы могут облегчить работу в домашних условиях. Все они делятся на электромагнитные и те, что работают на основе постоянных магнитов. Первый вариант чаще используют в условиях производства, тогда как для бытовых нужд и мелких производств лучше выбирать вторые. Дело в том, что они имеют небольшие размеры, могут устанавливаться в любых местах, иногда позволяют менять угол фиксации.

Самую простую конструкцию имеют магнитные угольники, поэтому и встречаются чаще всего. Такой угольник нужно просто приложить к одной стороне свариваемой детали, а вдоль другой разместить вторую деталь. В результате этих простых действий вы получите надежное закрепление под прямым углом.

Далее в нескольких местах прихватите детали и сварите заготовку. Подчеркнем, что прихватка является обязательным условием, так как без нее магнитные угольники не выдержат температурных деформаций.

• Соединение труб.

При соединении вертикальных трубопроводов может возникнуть вопрос: как перпендикулярно сварить между собой две трубы.

Задача упрощается, когда выбраны вертикальные профильные трубы с прямоугольным или квадратным сечением. Тогда делают вырез под сечение врезаемого изделия в месте соединения. Далее устанавливают угловую струбцину и зажимают винтом. Либо можно использовать иное приспособление для перпендикулярного соединения деталей. После этого, как всегда, нужно прихватить элементы в нескольких местах и проварить все вкруговую.

Этот же принцип работает во время сварки вертикальных круглых труб с тем лишь отличием, что в торце привариваемой трубы делают вырез с радиусом, совпадающим с радиусом основной трубы. Таким образом удается получить хороший стык, а значит, и прочный шов.