Назначение и применение центраторов для сварки труб

Без надежной фиксации труб при стыковке невозможно получить надежное соединение даже, если сварочные работы проводятся рабочим высокого класса. На ручную установку и фиксацию в нужном положении уходит больше времени, чем на наложение шва. Поэтому при монтаже трубопроводов применяют центратор для сварки, который упрощает и сокращает сроки проведения работ.

Особенности и назначение

При вибрации и смещении незакрепленных труб во время соединения шов получается рыхлым, поэтому может треснуть даже при минимальной нагрузке. Поэтому применение центраторов для сварки труб, по которым перекачиваются агрессивные или опасные для здоровья людей вещества является обязательным. Работа с ними возможна при температуре от -45 до +45˚C. Точность совпадения осей при сборке труб под сварку уменьшает коэффициент сопротивления. Поэтому снижается мощность перекачивающих агрегатов.

Центраторы в зависимости от конструктивных особенностей применяют для стыковки диаметров от 25 до 2000 мм. Основой конструкции является тело, дополненное подставкой или крюком и набором зажимных элементов. Их количество можно менять в зависимости от диаметра соединяемых частей. Оборудование крепится на трубопровод с одной или обеих сторон стыка и стягивается натяжным механизмом, плотно соединяя торцы.

Эффективность центраторов и их виды

Функция центратора – обеспечить необходимое совпадание (не параллельность!) осей труб перед началом их сварки. Вследствие этого размеры свариваемой зоны получаются стабильными, поэтому процесс можно механизировать. Кроме того, с использованием центраторов исключаются перепады внутреннего диаметра в месте стыка. Следовательно, исчезают очаги возможной турбулентности потока рабочей среды при её перекачке по трубопроводу, а также снижается значение коэффициента сопротивления. В итоге удельная мощность насосного оборудования магистрального трубопровода также снижается.

К конструкции центраторов предъявляются следующие требования:

1. Надёжность фиксации свариваемых участков между собой.
2. Точность присоединения стыков.
3. Удобство монтажа и демонтажа.
4. Долговечность, причём независимо от условий их использования.

Классификация наиболее распространённых типов центраторов может быть произведена по следующим параметрам:

• По технологическому назначению. Выпускаются центраторы для внутреннего и внешнего диаметров труб;
• По конструктивному исполнению. Соединяемые участки трубопроводов могут быть прямыми, а могут располагаться и под некоторым углом друг к другу;
• По количеству точек фиксации. Для труб сравнительно небольших диаметров возможна односторонняя фиксация, в то время как трубы диаметром свыше 400…600 мм должны фиксироваться с обеих сторон;

Применение центраторов несколько увеличивает себестоимость сварочных работ, но это–единственный недостаток рассматриваемых приспособлений. Кроме того, вес большинства промышленных моделей центраторов может достигать сотен килограммов, поэтому их монтаж и эксплуатация требует применения грузоподъёмных устройств или механизмов.

Наружные центраторы для сварки труб

Их маркировка состоит из букв ЦН и числа, обозначающего максимально допустимый диаметр в мм. К распространенным типам относятся:

1. Многозвенные центраторы справляются с диаметром до 2 м. Собраны из элементов, соединенных шарнирами. Звенья стягиваются вручную натяжным винтом или гидроцилиндром.Внутренние центраторы чаще используются для стыковки труб больших диаметров

2. Арочные разновидности состоят из двух клемм с откидными элементами, которые во время работы накладываются друг на друга, а затем стягиваются ручным или гидравлическим механизмом. Рассчитаны для работы с трубами диаметром до 0,9 м. Они более долговечны, чем предыдущий вариант, так как нет шарниров, пальцы которых быстро изнашиваются. Число арок выбирается в зависимости от диаметра труб.

3. Цепные разновидности быстро приводятся в рабочее положение, поэтому применяются для прокладки новых и ремонта аварийных трубопроводов диаметром до 1,4 м. Однако натягивать цепь можно только вручную.

4. Эксцентриковые устройства похожи на арочные, но клеммы стягиваются эксцентриковым зажимом. При работе, от работника требуется высокое мастерство, так как неправильно зафиксированный эксцентрик может отсоединиться во время сварки. К недостаткам относится быстрый износ, из-за чего ослабляется усилие прижима. Сфера применения ограничена диаметрами 0,4 — 0,5 м.

5. Центраторами струбцинного типа стыкуются трубопроводы бытового назначения с небольшим диаметром. Из достоинств отмечается компактность, прижим ручной рычажным механизмом. Форма струбцин бывает прямоугольной или дугообразной.

6. Пружинные типы незаменимы для стыковки обсадных труб под землей, когда бурят скважины. Бытовой вариант применяется для прокладки металлических, полимерных трубопроводов и с ППУ.

Применение

Центраторы имеют обширную сферу применения. Это обусловлено тем, что они рассчитаны на сварку труб различных типов и диаметров. Ввиду этого их применяют при сборке трубопроводов в коммунальной и нефтегазодобывающей сферах. Центраторы служат для фиксации смежных фрагментов трубопровода при сварке.

Актуальность данных инструментов определяется большой сложностью совмещения соединения фрагментов магистральных трубопроводов путем сварки, особенно большого диаметра. Это обусловлено провисанием ввиду малой жесткости соединяемых фрагментов. Этого необходимо избежать, обеспечив соосность. В противном случае значительно снизится качество соединения. Причем нужно учитывать, что соосность далеко не всегда означает параллельность.

Фиксация фрагментов обеспечивает стабильные размеры зоны сварки. К тому же, если используется центратор для сварки, с внутренней стороны стыка не формируются перепады, вызывающие турбулентность потока и повышающие сопротивление при эксплуатации трубопровода. То есть названные дефекты ухудшают гидравлические параметры, вследствие чего требуется более мощное насосное оборудование.

Точное позиционирование обеспечивает одинаковую ширину сварочного шва по окружности в отсутствии подрезов, непроваров, наплывов, что повышает прочность. К тому же благодаря этому допустимо применение механизированной сварки.

Внутренние центраторы для сварки труб

Гидравлический привод этого оборудования обеспечивает внутреннее центрование труб и устраняет прогибы. Они могут появиться под действием собственного веса или от подвижек почвы. Регулировка скорости движения и усилия прижатия зажимов осуществляется с помощью двигателя постоянного тока, установленного на гидроприводе. На трубопроводах с диаметром до 0,3 м возможно применение ручного привода.

При стыковке внутренним центратором его вставляют внутрь трубы, а вторую с помощью грузоподъемного механизма надвигают. Гидроприводом производится прижатие торцов, стык проваривается. Для предотвращения сильного нагрева труб во время наложения шва используется вентилятор. Оборудование извлекается специальной штангой, затем вставляется в следующий стык. Перемещения производятся до окончания монтажа трубопровода.

Внутренние центраторы чаще используются для стыковки труб больших диаметров

Прочие виды

Наряду с самым популярным и широко применяемым оборудованием существуют менее распространенные и специфичные устройства:

• арочные;
• центратор-струбцина для труб;
• пружинные, которые служат для использования с обсадными трубами в скважинах;
• механизмы для полипропиленовых изделий.

Струбционный центратор применяется для работы с небольшими трубами. Это самая популярная разновидность, подходящая для бытовых целей. Данные приспособления доступные по стоимости, имеют компактные размеры. Клещевой центратор для труб проще использовать. Струбцина может быть прямоугольной (в форме трапеции) или круглой. Нижний элемент чаще всего плоский.

Выбор подходящего центратора

Чтобы не ошибиться с выбором, нужно учитывать рекомендации специалистов:

1. Для работы с трубами ППУ большого размера внутренние центраторы вне конкуренции.
2. При диаметре труб превышающем 0,8 м стыковку рекомендуется производить жесткими арочными или многозвенными устройствами наружной установки. При меньших размерах достаточное усилие прижима обеспечат эксцентриковые варианты.
3. Если давление перекачиваемого вещества превышает 5 атм, выбирается центратор с гидравлическим зажимом.
4. При повышенных требованиях к качеству сварного соединения (например, эллипсности) выбирается цепной центратор.
5. По универсальности первое место занимают приспособления цепного типа.

Приобретение центратора необходимо, если приходится часто заниматься прокладкой или ремонтом трубопроводов. Высокая стоимость дополнительного оборудования многократно окупится за счет снижения расходов на ремонт и увеличения срока службы коммуникаций водо и теплоснабжения. Особенно если они проложены под землей.

Достоинства и недостатки

К основным достоинствам центраторов относят:

• повышение качества сварки за счет точного расположения и фиксации, что обеспечивает длительный эксплуатационный срок;
• снижение трудозатрат;
• мобильность;
• невысокую стоимость;
• многофункциональность, состоящую в применимости для труб разных видов и размеров.

Основным недостатком центраторов считают некоторое повышение стоимости работ. К тому же многие промышленные модели характеризуются большой массой (до сотен кг). Поэтому для их применения требуются грузоподъемные устройства. Это также усложняет и удорожает работы.

Также можно сопоставить наружный и внутренний виды.

Инструменты первого типа характеризуются следующими достоинствами:

• небольшими габаритами и массой для большинства моделей;
• простотой использования;
• возможностью применения при любых условиях.

Основной недостаток состоит в отрывочном ведении работ, обусловленном необходимостью постоянного передвижения инструмента.

Основное достоинство внутренних центраторов состоит в обеспечении непрерывной сварки. Однако это большие и тяжелые инструменты сложной конструкции, требующие применения подъемного оборудования.

Некоторые особенности монтажа трубопроводов

При монтаже трубопроводов лучше всего наибольшее количество их стыков сваривать в поворотном положении. В случае, если толщина стенки трубы равняя 12мм, сварку выполняют в три слоя. Первый слой создаёт провар в корне шва и обеспечивает хорошее сплавление кромок.
Для выполнения местного провара необходимо, чтобы наплавленный металл формировал внутри трубы узкий нитевидный шов, высотой 1-1,5мм, равномерно распределённый по окружности.

Чтобы обеспечить провар без наплывав и грата, электроду сообщают возвратно-поступательное движение, с небольшой задержкой электрода над расплавленной ванной металла, небольшими поперечными колебаниями между кромками и с формированием маленького отверстия в вершине угла скоса кромок. Отверстие получают путём проплавления основного металла электрической дугой. Диаметр отверстия равен зазору между стыками, или превышает его не более, чем на 2мм.

Дополнительные

Модели и цены

Все имеющиеся на рынке инструмента и приспособлений центрирующие устройства делятся по признаку цены на две группы:

1. Отечественного производства. Их отличает довольно умеренная цена и легкость ремонта.
2. Иностранного производства. Отличаются большим удобством использования, эргономикой, но имеют существенный недостаток — высокая цена. Среди производителей стоит выделить ЕС и США — их оборудование стабильно качественное, но и стабильно дорогое. Несколько ниже цена у изделий, выпускаемых в странах Азии (за исключением Японии — стоимость их продукции может превышать цену изделий ЕС), но нет гарантии качества. Оно может сильно разниться у одного и того же производителя даже в рамках одной партии.

Цена на наружное центрирующее устройство колеблется около 3-5 тысяч рублей за штуку (с ручным приводом), если центратор наружный для труб оснащается гидроприводом и часто электронасосом к нему — цена возрастает в 6-10 раз и составляет около 100-150 тысяч.

Стоимость внутренних центрирующих устройств независимо от производителя не опускается ниже 250-300 тысяч. Наличие в их конструкции гидравлики увеличивает стоимость на 35-40%.

При покупке такого оборудования как центрирующее устройство нужно ориентироваться не столько на цену, сколько на экспертное мнение об эффективности конкретного приспособления. Поскольку цена часто высока исключительно за счет рекламируемости бренда, а не его потребительских качеств

Подготовительные работы

Прежде чем варить трубу необходимо подготовить металл в зоне стыка. Торцы должны быть отрезаны ровно, иначе наложить надежный шов будет затруднительно. С кромок снимаются фаски, чтобы угол между ними был 65 — 70˚. Поверхности на расстоянии не менее 3 см от торцов зачищаются шлифовальной машинкой или металлической щеткой до блеска снаружи и изнутри. Участки, изменившие цвет после обработки шлифмашинкой удаляются. Заусенцы убираются напильником. Острые края кромок притупляются до 2 мм, иначе они быстро расплавятся. Затем поверхности обезжириваются ацетоном.

Не менее важна и подготовка электродов. Их, перед началом работы, прокаливают в печи при температуре 380 — 400˚C в течение двух часов. Для продолжительного хранения электроды кладут в специальный пенал, в котором поддерживается температура на уровне 80˚С. Контейнер для этой цели можно изготовить самостоятельно из трубы ППУ. Когда нет возможности длительного прокаливания, электроды сушат горелкой в течение полутора минут слабым пламенем. Такой метод запрещен правилами, но в аварийной ситуации выбирать не приходится. Поскольку покрытие электродов быстро высыхает и опять набирает влагу, сушить более двух штук одновременно не следует.

ВОПРОСЫ ПО ПОДБОРУ ЦЕНТРАТОРА

1. Диаметры труб?

2. Толщина стенки трубы?

3. Марка стали с коэфф. прочности (Мпа)?

4. Технология сварки (ручная электродуговая, орбитальная сварка, др.)?

5. Необходимо использовать один центратор для всего диапазона диаметров труб или отдельный центратор на каждый диаметр?

6. Необходимый тип центратора: наружный центратор ( цепной, винтовой, струбцинный, эксцентриковый. ), внутренний центратор ( ручной, пневматический, гидравлический)

7. Необходимость исправлять эллипсность стыков труб перед сваркой, виды деформации края трубы (эллипсность, вмятины)?

Читать также: Фрезы по дереву для врезки замков

8. Необходимость сваривать трубы с отводами (Т-образными, Г-образными) ?

9. Прочие условия эксплуатации (температура, осадки.)?

Оборудование для укладки и кантовки свариваемых изделий

Стенды не обеспечивают кантовку и поворот изделий в процессе работы, что затрудняет сварку громоздких и тяжелых узлов, поэтому в состав сварочных установок входит специальное оборудование, а именно: кантователи, вращатели, роликовые стенды, манипуляторы и позиционеры.

Кантователи представляют собой стационарные приспособления, в которых свариваемые элементы не только закрепляют, но и поворачивают вокруг горизонтальной или наклонной оси с целью установки их в удобное для сварки положение, а иногда и для перемещения во время сварки. Кантователи обеспечивают маршевое вращение изделия вокруг неизменно расположенной оси либо вокруг ряда осей, лежащих в одной плоскости. Кантователи имеют ручной или механический привод. В зависимости от типа поворотного устройства различают кантователи роликовые, цевочные, цапфовые (центровые) и цепные.

Вращатели — это устройства для вращения свариваемого изделия с рабочей или с маршевой и рабочей скоростью вокруг оси, не изменяющей своего положения в пространстве. Различают вращатели с вертикальной, наклонной или горизонтальной осью вращения. Вращатели с вертикальной или наклонной осью вращения ВВ (вращатель вертикальный) иногда называют карусельными по аналогии с токарными карусельными станками.

Сварочный вращатель с вертикальной осью вращения: 1 – планшайба; 2 – станина с механизмом вращения.

Роликовые стенды или, иначе, роликовые вращатели или роликовые постели предназначены для поворота и установки изделия в удобное для сварки положение и для вращения изделия с рабочей скоростью. Вращение изделия производится приводными, обычно обрезиненными роликами, сцепленными с изделием. Существенное преимущество роликовых стендов в том, что скорость вращения изделия, независимо от его диаметра, равна окружной скорости вращения роликов. Обычный роликовый стенд состоит из системы холостых и приводных роликоопор, смонтированных на общей фундаментной плите. оликовые стенды применяются не только для сварки, но и для сборки.

Манипуляторами называют универсальные, обычно стационарные приспособления, предназначенные для вращения изделия вокруг оси в процессе сварки при различных углах наклона оси вращения.

Универсальный сварочный манипулятор: 1 – основная станина; 2 – поворотная станина; 3 – планшайба; 4 – механизм поворота планшайбы; 5 – механизм наклона планшайбы; 6 – опорные лапы.

Манипулятор состоит из следующих основных узлов: станины, поворотного стола, приводов вращения и наклона планшайбы и блока управления. В большинстве манипуляторов все движения механизированы. В некоторых конструкциях наклон и подъем стола могут осуществляться вручную. В некоторых из них может отсутствовать механизм подъема стола.

Позиционеры в отличие от манипуляторов не рассчитаны на сварочное вращение изделия и служат только для установки и поворота (кантовки) изделия в удобную для сварки позицию. Позиционеры или установочные манипуляторы служат как для закрепления изделия, так и для установки в удобное для сварки положение. Все позиционеры сходны по конструкции. Они имеют две или три взаимно перпендикулярные оси, вокруг которых планшайба с изделием может поворачиваться или наклоняться.

Схемы настройки позиционеров

Стол позиционера вращается и наклоняется при помощи ручного или электрического привода, он имеет только маршевую скорость перемещения. Позиционеры для изделий массой более 1,5 т обычно имеют электрический привод.

Какие могут возникнуть дефекты при сварке

Самым большим дефектом при проведении сварки считается непровар. Сварщики, у которых случаются такие огрехи, не допускаются к работе на трубопроводах. Неаккуратность швов и их провисание, а также другие мелкие дефекты случаются при нарушении технологии сварки. Для их предотвращения работа должна выполняться с соблюдением следующих условий:

• сварка выполняется короткой дугой на минимальном токе;
• отрыв электрода допускается только при замене;
• тщательный подбор тока;
• правильная подготовка труб;
• проведение работы прокаленными электродами;
• место сварки должно быть защищено от ветра и осадков;
• использование качественного оборудования и электродов.

При освоении этого вида сварки главное научиться наплавлять корень шва. Для тренировки можно взять две металлические пластины толщиной 10 мм и прихватить с зазором, не забывая о подготовке стыка. Закрепляя их под разными углами, отрабатывают навыки сварки на просвет по горизонтали, вертикали, потолке.

Инструкция по сварке

Если вы выбрали полиэтиленовые трубы, поступили мудро, но теперь их еще нужно грамотно установить. Давайте учиться

Базовые правила

Вне зависимости от того, какая технология вами выбрана – электромуфтовая или стыковая сварка полиэтиленовых труб, необходимо придерживаться таких важных принципов:

1. Соединяемые элементы должны быть совместимыми (и по составу, и по физическим параметрам).
2. Сварка встык полиэтиленовых труб может производиться только, если части имеют одинаковый диаметр и равную толщину стенок.
3. Края следует тщательно очистить и обезжирить.
4. Концы конструкций, не задействованные в процессе соединения, необходимо закрыть заглушками, дабы избежать воздействия холодного воздуха, негативно влияющего на процесс.
5. Во время работ нужно минимизировать воздействие внешней среды, а именно:
   в жару не допускайте попадания солнечных лучей на область соединения;
6. в ветреную погоду создайте преграду для порывов воздуха;
7. в холодное время помещение для работ рекомендовано обогреть.

1. Во время сварки и остывания конструкции исключите механическое воздействие на систему.

А теперь рассмотрим в деталях, что собой представляет технология сварки полиэтиленовых труб встык и при помощи электромуфтового метода.

Фотофрагмент электромуфтовой методики: присоединенные нагреватели

Электромуфтовое соединение

Такой вид сварки, называемый также терморезисторным, используют для крепления элементов разной толщины стенок и диаметра, а также для установки безнапорных трубопроводов – установок дренажа, самотечной канализации и т.д.

Для соединения по данной технологии потребуются специальные – электросварные фитинги. А теперь запоминайте порядок работ.

1. Разработайте проект системы.
2. Рассчитайте необходимое количество труб и других деталей.
3. Произведите закупку.
4. Нарежьте конструкцию на части предполагаемой планом длины. Следите, чтобы срез был выполнен ровно, избегайте затекания расплавленного материала внутрь системы.
5. Подготовьте и очистите детали, включая муфты. Не будет лишним обезжирить поверхность элементов при помощи спирта, нанеся его на кусок ветоши.
6. Если поверхность элементов окислена, удалите лишнее при помощи специального скребка.
7. Закрепите элементы в позиционере, помня о соосности.
8. Во избежание попадания пыли обмотайте место соединения липкой лентой.
9. Открытые концы конструкций закройте заглушками.
10. Подайте напряжение к выводам муфты.
11. Дождитесь пока элементы, разогревшись, скрепятся.

Терморезисторная сварка полиэтиленовых труб должна производиться только при условии неподвижности соединяемых элементов. В таком же положении конструкция должна пребывать до полного остывания шва.

Так выглядит установка для соединения встык

Стыковая сварка

Технология и параметры сварки полиэтиленовых труб встык более интересны, поскольку элементы соединяются на молекулярном уровне, образуя более прочный шов. Используется такой метод для монтажа элементов, имеющих диаметр от 50 мм и толщину стенок от 5 мм.

При данном способе края изделий при помощи специального нагревательного прибора разогреваются, а затем расплавляются и в таком состоянии стыкуются, образуя одно целое и безупречный шов.

Порядок работ при таком виде сварки до пункта № 7 идентичен предыдущему варианту соединения (за исключением того, что муфты для работ не требуются).

Таблица для определения времени нагрева и охлаждения свариваемых элементов

А затем отличается и идет по такому «сценарию»:

• торцы элементов вставьте в аппарат так, чтобы разогревающая плита оказалась между ними;
• края прижмите к плите и не меняйте давления нажима до процесса плавления;
• нагревайте элементы, придерживаясь норм (в этом вам поможет приведенная ниже таблица сварки полиэтиленовых труб);
• удалите плиту и состыкуйте торцы, оказывая на них равномерное давление;
• удерживая узел, дождитесь остывания полиэтилена.

Разновидности швов

Независимо от того, какие по назначению варятся трубопроводы, они имеют сварные швы, которые формируются за счет переменного электрического тока по ранее выбранной технологии. На сегодняшний день различают швы под углом, встык и внахлест. Все они обладают своей индивидуальной методикой и особенностями.

Стыковые соединения являются самыми распространенными, так как им свойственно отсутствие деформации металла. Помимо этого, они минимально подвергаются внутреннему напряжению и характеризуются высокой прочностью по отношению к динамическим и статическим нагрузкам. Стыковые швы подразделяются на одинарные, применяемые для труб с сечением до 500 мм и двойные, предназначенные для труб, сечение которых превышает 600 мм.

Угловые соединения считаются подводом стыковых. Их выбирают, когда нужно закрепить детали под углом. Такие швы получают двумя способами: без скоса и со скосом кромки. Угловые соединения не такие прочные, как стыковые, но все же имеют хорошее качество. Швы внахлест отлично подходят для стыковки пластиковых труб. Их редко используют при варке металлических элементов. Это поясняется тем, что соединения получается не слишком надежными.