6.3. Выполнение прихваток Сварка, термообработка и контроль трубных систем котлов и трубопроводов при монтаже и ремонте энергетического оборудования (РТМ-1С). Руководящий документ. РД 153-34.1-003-01 (утв. Приказом Минэнерго РФ от 02.07.2001 N 197)

Сборка изделий под сварку прихватками: основные рекомендации

Выполняя прихватки, вы должны понимать, что хоть они и нужны для временной фиксации, подходить к этому делу необходимо со всей ответственностью. Именно поэтому мы рекомендуем не забывать о нескольких основных рекомендациях:

• Качество прихваток должно быть не хуже, чем у основного шва. Если вы допустили ошибку и на них появились дефекты, лучше все переделать по-новому.
• Выполняют прихватки таким же электродом, как и основной шов.
• Делая прихватки, устанавливайте ток выше, чем при сварке на 20%. Т.е., если вы планируете варить током в 100 А, то для прихваток установите показатель в 120 А.
• Обязательно очищайте прихватки от шлака. Чтобы в основном шве не было дефектов, они должны быть ровными и чистыми.

Как правило, сборка занимает до трети времени, которое уходит на полное изготовление конструкции. Это важный и трудоемкий процесс, несоблюдение основных правил которого может с большой долей вероятности привести к возникновению брака.

Как проводят сборку изделий? Как правило, по общему алгоритму:

1. Все входящие в состав конструкции детали собирают в месте, где планируется проводить сварочные работы.
2. Сборку осуществляют постепенно, переходя от одних деталей к другим.
3. Сначала собирают отдельные узлы, а уже потом их объединяют в полную конструкцию.

В ходе работы можно использовать специальные подпорные клинья, магнитные фиксаторы, особые стенды и сварочные столы. Когда конструкция соединена, можно приступать к выполнению прихваток. Но важно помнить, что их нельзя располагать в месте пересечения сварочного шва.

Что нужно знать?

Во время сварки прихватка полностью проваривается либо убираются механическим способом. По этому признаку их можно разделить на два вида:

• временные – используются для закрепления деталей и в последствии удаляются; наносятся с обратной сварке стороны;
• остающиеся – являются частью основного шва и выполняются с полным проваром.

Прихватка на угловом соединении

Последовательность выполнения швов различной длины:

• Короткий и средний. Первая точка ставится в середине будущего шва, следующая слева от нее, затем справа. Продолжать надо попеременно с разных сторон на одинаковом удалении от предыдущей точки до тех пора, пока не будут прихвачены края.
• Длинный. Последовательность противоположная предыдущему варианту. Сначала ставятся две точки по краям, затем прихватывается середина шва, после чего добавляются внутренние точки.
• Кольцевой. Первая точка ставится произвольно, вторая напротив нее. Следующие две прихватываются с поворотом в 45 градусах от них. Таким образом конструкция получается приваренной крест на крест. Затем, между каждой точкой добавляется еще одна.

Важно! Качество должно быть не хуже, чем у основной сварки, поэтому, при наличии дефектов, производится удаление и наложение нового шва.

Выполнение

После того как вся конструкция соединена, узлы и детали соединяются прихватками.

Расположение зависит от того:

• где планируется делать сварочный шов;
• в какой части конструкции ожидается максимальное внутреннее напряжение;
• где возможна деформация.

ВАЖНО! Прихватка не должна находится в месте, где планируется пересечение сварочного шва.

Техника наложения зависит от желаемой глубины провара, но, в общем, не отличается от техники наложения сварочного шва. По сути, прихватка – это короткий сварочный шов, выполненный в один проход.

В случае, когда предполагается автоматическая сварка, прихватка накладывается с противоположной от первого прохода стороны, если не предъявлены обратные требования.

Длина

Длина зависит от протяженности соединения деталей. Распространенными принято считать прихватки длиной 10-50 мм, либо вообще точечные на коротких соединениях.

Протяженность соединения меньше 10 мм применяется для закрепления деталей из тонкой стали, толщина которой не превышает 3 мм и в процессе сборки мелких деталей, а также для предварительного и временного закрепления конструкции. При сварке труб длина равняется 2-5 толщин металла.

Зазор

Необходим для проплавления корня шва и формирования обратного валика.

Устанавливается стандартом на конструктивные элементы сварных соединений для различных способов сварки или отраслевыми нормативно техническими документами (ГОСТ, СТО, РД).

Важно! При заниженном зазоре возможен непровар, при завышенном прожог.

Как правильно делать прихватки при сварке?

Вы определились с тем, что прихватки нужны, знаете, сколько их будет, и какой длины. Теперь дело осталось за «малым» — выполнить соединение. Но и тут все не так просто, как хотелось бы. Если не соблюдать определенный алгоритм, то можно наломать немало дров, и в дальнейшем всю работу придется переделывать.

Последовательность выполнения прихваток напрямую зависит от того, с каким швом вы сейчас работаете:

• Короткий или средний. Первая прихватка делается строго в центре. Следующая — слева от нее, затем справа. Все последующие прихватки располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом чередование продолжается заданным образом. Таким образом необходимо дойти до краев заготовок.
• Длинный. Тут все необходимо делать с точностью да наоборот, нежели в предыдущем варианте. Сначала прихватываете края, а затем постепенно придвигаетесь к середине.
• Кольцевой. В данном случае способ сварки прихваток немного другой. Первая точка ставиться произвольно. Вторую — напротив нее. Затем от каждой точки необходимо развернуться на угол в 45 градусов, и сделать прихватки там. В итоге вы получите элементы, приваренные к друг другу крест-накрест. Потом между каждыми двумя точками добавляют еще по одной для увеличения надежности, особенно если разговор идет о трубах с большим диаметром.

Количество

Количество прихваток определяет шаг или по-другому промежуток, через который располагаются точки. Влияет на него толщина и жесткость деталей, а также габариты и конфигурация самого свариваемого изделия.

Соединение повело из-за отсутствия прихватки

Для разных материалов существуют свои стандарты. Например, для деталей из листового металла 0,5-4 мм шаг делается 30-60 мм (сварка плавлением) либо 50-150 мм (точечная сварка).

Количество зависит от размеров изделия. Труба диаметром 100 – 400 мм должна иметь 3-4 прихватки длиной 30-40 мм, в то время как при диаметре меньше 50 мм достаточно одной или двух длиной около 10 мм.

Количество прихваток при сварке

Сколько же понадобиться прихваток, чтобы надежно зафиксировать детали относительно друг друга? Количество мест крепления определяется тем, насколько длинным будет сам шов, какова толщина металла, жесткость конструкции.

Чаще всего специалисты ориентируются по общепринятым стандартам. Так, например, если вы работаете с листовым металлом толщиной от 0,5 до 4 мм, шаг принято делать длиною в 3–6 см при сварке плавлением и 5–15 см при точечном соединении.

Определенное влияние на расстояние между прихватками оказывают и размеры заготовок. Так, длина прихваток при сварке труб диаметром 10–40 см должна быть хотя бы около 30 мм, а количество их — 3–4 штуки. Если же сечение не превышает 5 см, то хватит 1–2 точек соединения по 1 см.

Линейное смещение кромок

Линейным смещением свариваемых кромок соединяемых листов или труб  называют смещение между двумя свариваемыми элементами, у которых поверхности параллельны, но расположены не в одной плоскости.   

Допускаемое смещение кромок устанавливается нормативными документами (ПБ,ОСТ, СТО, РД).

Важно! Большое смещение  кромок может привести к непровару в корне сварного шва.

Нормируемые параметры сборки деталей под сварку

• Смещение кромок (Линейное смещение стыковых соединений);
• Зазор;
• Отклонение от прямолинейности (Угловое смещение);
• Требования к прихваткам (количество, длина, высота, место установки);
• Смещение продольных швов смежных сварных труб;
• Требования к приспособлениям, установке и снятию технологических креплений.

Определение

Прихватка в сварке – это короткие сварочные швы, расположенные по установленным нормам и правилам. Делается после сборки в узел и до начала самой сварки. Выполняется ручной дуговой сваркой однопроходными швами и имеет определенный шаг (расстояние между швами).

металлический бак, собранный на прихватки перед сваркой

Назначение:

• отсутствие смещения деталей во время сварки;
• сохранение зазоров между деталями;
• увеличение жесткости узла.

Правка и гибка металла: особенности

При подготовке металла под сварку устраняются какие-либо неровности, кривизна или другие дефекты, и это называется правкой металла. Эти действия совершаются путем давления на металл при помощи пресса или вручную — ударом молотка.

Правке подвергаются как черные, так и цветные металлы.

Схема правки листового металла: а — деревянным молотком (киянкой), б — деревянным или металлическим бруском.
Помимо того, полосы из стали, прутья, проволока, любой вид труб, стальные круги и даже сварные конструкции.

Существует два метода правки:

• ручная правка — основой являются стальные или чугунные правильные плиты или различные наковальни, выполняется работа молотком;
• машинная правка — осуществляется на правильных машинах.

При правке металла материал может быть как холодным, так и горячим.

Также к подготовке относится и гибка металла. Это работа слесарная, во время которой заготовку изгибают под нужным углом и радиусом и придают ей требующуюся форму. Гибка тоже выполняется вручную, при помощи гибочных станков и прессов. Гибку можно производить как на глаз, так и по разметкам, шаблонам и по образцам.

Рубка металла перед сваркой

Когда производится подготовка металла под сварку, снимают слой металла, а именно фаску, задействовав кромкострогательный станок или газорезательный автомат. В некоторых случаях рубку изготавливают зубилом, которое бывает ручное или пневматическое.

Схема рубки металла

Кромки рубят по рискам, которые нанесены с применением никерного разметчика, они представляют собой две параллельные линии. Внутренняя обозначает верхнее ребро фаски, внешняя находится в нижней части фаски. При отсутствии рисок мастер использует при рубке линейку.

Чтобы при рубке фасок не ошибиться, необходимо к работе относиться с большим вниманием и нажимать на инструмент нужно равномерно. При выполнении рубки фасок края листа должны быть надежно закреплены. Листы, которые не установлены на место, подлежат обрубке прямо на стеллаже или после укладки на пол, но в любом случае материал требуется зажать, чтобы не допустить сдвигов при ударе.

Сборка деталей

Сборка деталей до начала сварки – важный и трудоемкий процесс, который занимает до 30% времени и сил от общего изготовления изделия.

К сведению! Значительная доля брака происходит из-за недостаточно тщательной подготовки.

Варианты сборки:

1. предварительно собираются все входящие в изделие детали, после чего начинается процесс прихватки и сварки швов;
2. сборка деталей осуществляется поочередно;
3. сначала собираются, прихватываются и свариваются отдельные узлы, после чего начинается общая сборка изделия. Способ подходит для масштабных конструкций.

Сборка может происходить как с помощью подпорных клиньев или струбцины, которые убираются по мере формирования шва, так и на специальном стенде. Обычно используется стандартный стенд, который подойдет для большинства несложных работ, однако, массовое производство подразумевает наличие специализированного места.

Для сборки конструкции из листов металла допустимо использовать электромагнитный стенд. Это удобно, но не всегда возможно, ведь магнитное поле имеет свойство отрицательно влиять на сварочную дугу.

Сколько выдерживает?

Как и в случае со сварочным швом, на прочность влияет:

• качество и состав металла,
• технология,
• марка электрода,
• а также то, как происходило охлаждение шва и множество других факторов.

Поэтому, точно ответить на вопрос, какую нагрузку выдержит сварочная прихватка невозможно.

Стоит учитывать, что изначально прихватка рассчитана только на то, чтобы прихватить шов, а не нести нагрузку. Однако, несмотря на это она должна выдерживать достаточный вес для того, чтобы не лопнуть во время проведения основных сварочных работ.

Требование к прихваткам

Прихватки должны обеспечивать жесткость конструкции в процессе сварки за счет:

• количества;
• размеров (длины, высоты);
• равномерности расположения по длине шва.

Прихватки не должны снижать качество сварного шва, поэтому:

• должны выполняться аттестованными сварщиками;
• должны располагаться на свариваемых кромках ( за исключением мест пересечения сварных швов);
• должны выполняться теми же сварочными материалами, что и корневой слой шва;
• должны зачищаться (или удаляться) для обеспечения формирования корневого слоя;
• не должны иметь дефектов. При появлении дефектов в прихватке (пор, трещин) необходимо работы приостановить до выяснения причин;

При недостаточной длине прихваток возможно их разрушение, при завышенной их длине будет большая поперечная усадка и уменьшение требуемого зазора, что приведет к непровару.

Смещение продольных швов сварных труб

Необходимо для исключения концентратора напряжений в месте перекрестия продольных и кольцевых швов.

Для магистральных и промысловых газопроводов смещение преграждает лавинообразное разрушение по сварному шву на переходе с одной трубы на другую.

Требования

Основные требования:

• электрод берется аналогичный электроду, применяемому для сварки;
• толщина должна быть в два раза меньше сварочного шва;
• сварочный ток выбирается на 20% выше чем при сварке;
• прихватка по всей длине должна быть очищена от шлака и быть ровной, в противном случае это может привести к дефектам;
• ставится с лицевой стороны.

Требования к сборке технологических трубопроводов

Смещение кромок  по наружному диаметру разнотолщинных труб не должно превышать 30% от толщины тонкостенного элемента, но не более 5 мм. 

Смещение кромок по внутреннему диаметру не должно превышать значений:

• 0,10 S, но не более 1мм — для трубопроводов Рy свыше 10 МПа (100 кгс/см2) и трубопроводов I категории, работающих при температуре ниже — 70°C ;
• 0,15 S,но не более 1мм — для трубопроводов II — V категорий.

Если смещение кромок превышает допустимое значение, то плавный переход в месте стыка должен быть обеспечен путем проточки конца трубы под углом не более 15°.

Для трубопроводов с Ру до 10 МПа (100 кгс/см2) допускается калибровка концов труб методом цилиндрической или конической раздачи.

Условное смещение. Отклонение от прямолинейности, замеренное линейкой длиной 400 мм в трех равномерно расположенных по периметру местах на расстоянии 200 мм от стыка, не должно превышать: 1,5 мм — для трубопроводов Рy свыше 10 МПа (100 кгс/см2) и трубопроводов I категории; 2,5 мм — для трубопроводов II — V категорий.

Требования к прихваткам. Количество прихваток для трубопроводов диаметром до 100мм-2шт.; 100-600мм.-3-4шт.; свыше 600мм.-через каждые 300-400мм.

Длина прихватки для трубопроводов диаметром до 600мм. 2,0 — 2,5 толщины стенки, но не менее 15 и не более 60мм. Свыше 600 мм.-50-70мм.

Высота прихватки для трубопроводов диаметром до 600мм.  0,4 — 0,5 толщины стенки при толщине стенки до 10 мм и 5 мм при толщине стенки от 10 мм и выше. Свыше 600 мм.  4-5мм.

Требования к приспособлениям и технологическим креплениям

Сборка осуществляется с помощью центраторов или привариваемых на расстоянии 50 — 70 мм. от торца труб временных технологических креплений. Технологические крепления изготовливаются из стали того же класса, что и свариваемые трубы. Для закаливающихся теплоустойчивых сталей технологические крепления могут быть изготовлены из углеродистых сталей.

При сборке стыков из аустенитных сталей с толщиной стенки трубы менее 8 мм, к сварным соединениям которых предъявляются требования стойкости к межкристаллитной коррозии, приварка технологических креплений не допускается.

Требования к смещению продольных швов

При сборке труб и других элементов с продольными швами последние должны быть смещены относительно друг друга. Смещение должно быть не менее трехкратной толщины стенки свариваемых труб (элементов), но не менее 100 мм. При сборке труб и других элементов с условным диаметром 100 мм и менее продольные швы должны быть смещены относительно друг друга на величину, равную 1/4 окружности трубы (элемента).

Угловое смещение (перелом)

Угловым  смещением листов (труб) — называют смещение между двумя свариваемыми элементами, поверхности которых не параллельны и не находятся под заданным углом.

Допускаемое угловое смещение (отклонение от прямолинейности трубопроводов) устанавливается нормативными документами (ПБ, ОСТ, СТО, РД)

Угловое смещение труб, как правило, измеряют на расстоянии 200 мм. от стыка прикладыванием линейки длиной не менее 400 мм и измерением зазора.