Технология сварки стальных оцинкованных труб

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 25.04.2024

Содержание:

Трубы, покрытые цинком, способны служить более 30 лет. Их льготное применение в системах водоснабжения, обогрева до 55⁰ и газопроводах обусловлено экологической безопасностью и антибактериальными характеристиками. Цинкование препятствует коррозии, увеличивает устойчивость и прочность стали к различного рода нагрузкам. Несмотря на высокую стоимость таких изделий, их часто используют для подземной прокладки. Технико-экономический анализ демонстрирует, что затраты на подобные проекты остаются низкими благодаря уменьшению затрат на ремонт.

Стальные трубы, покрытые тонким слоем цинка, получают название оцинкованных. При контакте с атмосферным воздухом этот элемент быстро окисляется, образуя на поверхности устойчивую пленку из оксидов. Эта пленка предотвращает проникновение окислителей внутрь металла.

Есть различные методы, которыми проводят цинкование:

  • Интенсивное: окунание в расплав.
  • Напыление происходит с использованием растворителя в холодном состоянии, который после нанесения проходит процесс высыхания.
  • Гальванический метод: процесс нанесения ионов Zn в водный электролит в ванну, с использованием электрического тока.
  • Термодиффузионный процесс происходит во вращающемся сосуде, где создается условия низкого давления и высокой температуры, и при этом все составляющие находятся под напряжением.
  • Термогазовый: частицы жидкого металла перемещаются в потоке нагретого до высокой температуры газа.

Технологические решения используются во многих секторах: они ключевые в создании трубопроводных систем, выпускных труб, водосточных устройств, элементов и других компонентов.

Комплексность процесса монтажа при помощи сварки обусловлена различием температурных режимов плавления стали и цинка. При достижении температуры 907⁰, цинк переходит в состояние кипения, выделяя в атмосферу вредные пары, способные вызвать отравление. Помимо этого, процесс сварки также включает в себя выгорание металла и потерю его коррозионной устойчивости, что приводит к формированию пористого и неустойчивого шва, в то время как стальт требуется температура от 1450 до 1520⁰ для плавления.

Альтернативные способы предлагаются для решения проблемы. Спектр трубного металлопроката ВГП включает в себя модели с резьбой и муфтой, в отдельных ситуациях применяют обжимные пресс-фитинги с кольцом и уплотнителем.

Согласно пункту 16 СНиП 30501-85 "Внутренние водоснабжение и канализация зданий", предлагалось провести сварку оцинкованных труб, при этом обеспечивая устранение токсичных веществ, или предварительно очистить трубы от оцинковки на протяжении 20-30 мм. После этого, нужно было применить 94% цинковую краску на околошовную зону.

"

Варку разрешали проводить с использованием следующих материалов:

  • Проволока для самозащиты Св-15ГСТЮЦА, обогащенная церием, диаметром 0,8-1,2 мм, выпущенная в соответствии с ГОСТ 2246-70.
  • Электроды до трех миллиметров, покрытые рутиловой или фтористо-кальциевой оболочкой;
  • Согласно проекту, применением других методик.

В 2012 году документ был аннулирован. Новый стандарт СП 73133302016 не разрешает использование сварных труб из гальванизированной стали внутри зданий, исходя из пункта 46. В соответствии с параграфом 512, разрешено использовать кованое чугунное оборудование, включающее фитинги, фланцы и соединительные элементы, для монтажа.

В случае, если по определенным обстоятельствам нужно произвести сварку оцинкованного материала и это не противоречит санитарному регулированию, необходимо по максиму возможного препятствовать возможным неблагоприятным последствиям:

  • Пары оксидов цинка представляют собой опасность для здоровья. Работы следует проводить в хорошо проветриваемых помещениях, чтобы избежать отравления вредными веществами. Работники должны использовать респираторы для защиты дыхательных органов, а также не забывать о другой необходимой защите, такой как защитная маска, перчатки и резиновая обувь.
  • Во время активного кипения Zn, поверхность стали покрывается микротрещинками и порами, делая соединение проницаемым. Максимальное уменьшение времени нагрева является сложной задачей при обработке толстостенного проката.
  • Таким образом, интегритет защитного покрытия в области вокруг шовного соединения все же повреждается и, как следствие, продолжительность эксплуатации изделия сокращается. Можно отчасти исправить эту проблему, прибегнув к применению цинковых красок.

Существуют методы, при помощи которых можно избежать профессионального выгорания:

  • Если применение фитингов неприемлемо для тонкостенного проката, они режут резьбу и соединяют структуру при помощи герметиков.
  • Удаляют слой цинка в зоне вокруг шва, а по окончании сварки накладывают антикоррозиейное покрытие.

Используемые методы сварки трубопроводов из оцинкованного материала:

  • Электродуговая вручную, используя особые электроды.
  • Термин "под флюсом" означает при условии низких температур, которые способствуют слиянию стали и припоя.

Цинковая сталь также сваривается по-другому, но эти методы наиболее эффективны для листового материала. Такие методы включают Tig со сварочным вольфрамовым стержнем в атмосфере аргона, а также полуавтоматическую Mig/Mag с медной проволокой в окружении смеси аргона и диоксида углерода.

Установка электросварочной линии мало чем отличается от стандартных работ, кроме необходимости удалять гальванику в районе шва. Попавший в купель с расплавленным металлом цинк приводит к формированию железо-цинковых интерметаллидов, свойства которых делают данный участок непригодным для использования.

  • Различие в коэффициентах термического расширения Fe и Zn приводит к возникновению напряжений и искажениям.
  • Минимальное присутствие Zn в расплавленном железе стимулирует процесс диффузии, образование слоев и трещин.
  • В случае, если смешение металлов было недостаточным, крайне вероятно, что края шва будут неровными и стык будет уязвим для коррозии.

Определение подходящих электродов.

Типы электродов, которые используются, зависят от вида используемой стали. При сварке оцинкованных деталей применяются две разновидности:

  • Рутиловые являются защитной композицией, основу которой составляет диоксид титана с добавлением силикатов, ферромарганца и других элементов. Рутил обеспечивает возможность выполнять работу быстро, сохраняет ванну от окисления, предупреждает появление трещин, делает шов плоским, а шлак просто отделить. Данный материал предусмотрен для использования с низкоуглеродистыми и низколегированными сталями, применение для сплавов с высоким уровнем углерода не допускается.
  • Основное покрытие представляет собой порошковый слой, включающий в себя минералы с содержанием фторида кальция. При нагревании этих веществ происходит выделение углекислого газа, препятствующего процессу окисления. Такой материал подойдет для использования с любыми углеродистыми сталями и изделиями большой толщины.

"

Методика выполнения задач

Основные стадии спроцесса электродугового сваривания труб:

  • Трубопрокат со стенкой, превышающей 3 мм в толщину, обрабатывают с оттачиванием кромок, снижая их до 1-1,5 мм.
  • Выбор тока осуществляется в соответствии с диаметром электрода.
  • Процесс формирования главного валика осуществляется путем последовательного накопления или наплыва.
  • После очистки стыка, следует применить средство против коррозии: цинковые аэрозоли или коррозионные ингибиторы.

"

Эффективность установки во многом определяется квалификацией специалиста. Профессионалы в области сварки не исключают возможность выполнения работы, но перед этим проводят детальную подготовку. Для контроля корректности установленного режима работы оборудования и выбранного электрода производят экспериментальное сваривание на кусках металлического проката. С целью повышения механических характеристик, иногда реализуют ковку шва при 100-150⁰. Однако нарушение температурного диапазона или применение излишней силы может вызвать образование трещин.

При работе с цинковым покрытием применяют паяльный флюс, основным из которых является HLS-B Порошок. Он отводит тепло с поверхности, предотвращая испарение и окисление цинка. В роли дополнительных материалов используются флюсовые припои, такие как UTP1, 18MF, 18XFC.

Инструкции по использованию газового сварочного оборудования для пайки:

  1. Перед началом работы, края материала очищают до зеркального блеска как с внешней, так и с внутренней стороны. Для объектов со стенкой до 3 мм не требуется стачивания фаски, в то время как для остальных угол раскрытия должен быть в промежутке 80-90⁰, при ширине стыка 1-1,5 мм.
  2. Перед тем, как приступить к шву, поверхность нужно обезжирить и нанести на нее флюс в слое, примерно вдвое толще, чем при сварке стали с содержанием углерода. Нагревать необходимо до 870-900⁰, учитывая, что Zn плавится при 416⁰, а испаряется при 907⁰. Знаком соблюдения корректного температурного режима служит изменение цвета флюсовой смеси: в процессе нагрева он превращается из золотого в белый, и при достижении температуры для пайки становится абсолютно прозрачным.
  3. Если толщина стенок не превышает 4 мм, проводят сварку в один этап, а при работе с толстостенными изделиями процесс сварки разделяют на несколько стадий.
  4. Ацетиленокислородная смесь с добавлением большого количества кислорода применяется для того, чтобы предотвратить окисление цинка через соединение кислорода с кремнием, который содержится в припое. Для равномерного прогрева различных областей необходимо удерживать стабильное горение горелки.
  5. Диаметр сопла для обработки трубопроката до 250 мм и толщиной стенки от 2 до 6 мм должен быть в диапазоне от 1 до 2 мм, для деталей больше 250 мм - от 2 до 4 мм. Если размер сопла выбран неправильно, это может привести к перегреву и уменьшению коррозионной устойчивости. Кроме того, если температура недостаточна, паяльный материал будет прилипать, в результате чего соединение окажется неустойчивым.
  6. Используется методика пайки "влево", при которой присадочная проволока движется впереди пламени, а горелка устанавливается под углами 70⁰ при ведении основного шва и 15⁰ при создании заполняющего шва. Подобный подход применяется при работе со стационарными нижними соединениями, где используется облицовочный шов.
  7. После суточного ожидания внутреннюю сторону очищают с помощью воды, а внешнюю - с использованием металлической щетки.

"

Трубопроводы, объединённые таким способом, пригодны для использования в системах дренажа, ирригации, охлаждения и водоснабжения. Достоинства пайки флюсовым раствором включают в себя скоростное установку и обеспечение герметичности при незначительных нагрузках.

Некоторые эксперты полагают, что запрет на сварку оцинкованных труб не имеет оснований, указывая на успешные примеры использования этого метода в старых жилых зданиях. Устойчивость этих конструкций, которые продолжают функционировать до наших дней, свидетельствует об их безопасной эксплуатации.

Поводы для ограничения:

  • Отравляющие ониды, выделяющиеся при нагревании, являются нарушением стандартов безопасности и охраны труда. В прошлом эксперты не получали дополнительные выплаты за работу во вредных условиях.
  • Уровень аварийности возрастает из-за сложностей мониторинга на стадии очистки прилегающих к шву зон.
  • Слой цинка не обладает устойчивостью к высоким температурам носителя тепла, но для выполнения прочих работ в сфере коммунального обслуживания хватает прочности резьбы и фитингов.

Несоблюдение санитарных требований может усложнить процесс ввода объекта в использование, а также повлечь за собой внимание регулирующих структур.

Анализ методологий:

  • Электрическая дуговая сварка - это сложный процесс, который при правильном выполнении профессионалом обеспечивает надежность, сравнимую с прочностью черного металла. Однако при нарушении правил сварки, риск тяжелого отравления и поломки системы возрастает существенно.
  • Сплав UTP1, включающий в состав цинк, медь, небольшое количество кремния и олова, обеспечивает преимущества в виде быстрого и безопасного монтажа, а также продолжительного сопротивления коррозии. Однако стоит отметить, что сварка при помощи флюса находится на более низком уровне по механическим свойствам по сравнению с фитингами.

Оба подхода можно применять исключительно для личного использования на территории приусадебного участка. Безеффортные подключения используются в строительстве крупномасштабных объектов с 70-х годов и их эффективность подтверждена за счет снижения стоимости установочных работ на 40-50%, а также из-за устойчивости к нагрузкам до 16 бар. Современные разновидности комплектующих для соединений используются в насосных агрегатах высокого давления, в сейсмоактивных областях и индустриальных зонах.