Способы неразъемного соединения оцинкованных труб

Автор: C.А. Попович, аспирант, ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Оцинкованные трубы применяются для сооружения трубопроводов, предназначенных для подачи горячей воды и пара. Как правило, внешний диаметр этих оцинкованных труб не превышает 159 мм. Температура передаваемого по ним теплоносителя равна 130 °С, возможны кратковременные скачки до 150 °С. Внутреннее давление составляет 16 или 25 атмосфер. Сложности при соединении оцинкованных труб связаны с тем, что при температуре 420 °С цинк расплавляется, а при 906 °С — испаряется. Частично эту проблему можно решить применением методов пайки. Рассмотрим основные технологии для соединения таких труб.

1. Дуговая сварка плавлением покрытыми электродами

Металл оцинкованных труб — низкоуглеродистая (сталь 20) или низколегированная (17ГС) сталь. При соединении оцинкованных труб необходимо соблюдать технику безопасности, потому что пары цинка при попадании в дыхательные пути человека могут привести к удушью или вызвать так называемую «цинковую лихорадку». Испаряющийся при сварке цинк попадает в сварочную ванну и способствует образованию пор и кристаллизационных трещин в шве. Соединение оцинкованных стальных труб сваркой при монтаже и на заготовительном предприятии следует выполнять при условии обеспечения местного отсоса токсичных выделений или очистки цинкового покрытия на длину 20-30 мм со стыкуемых концов труб с последующим покрытием наружной поверхности сварного шва и околошовной зоны краской, содержащей 94 % цинковой пыли (по массе) и 6 % связующих веществ. Удаление слоя цинка с участков металла под сварку возможно механическим (щетками, абразивным кругом) или термическим (газовой горелкой) способами. Возможно удаление слоя цинка и химическим способом — за счет обработки металла кислотой с последующей ее нейтрализацией щелочью, промывкой водой и сушкой. В ряде случаев при сварке изделий из оцинкованной стали удаление цинка не представляется возможным и приходится применять технологические приемы, обеспечивающие получение качественных швов. Для сварки труб из низкоуглеродистых сталей рекомендуется использовать электроды с рутиловым покрытием, для сварки труб из низколегированных сталей — электроды с покрытием основного типа.Соединение оцинкованных стальных труб с диаметром прохода до 25 мм включительно непосредственно на объектах производят сваркой внахлестку с раздачей одного конца трубы. Основным недостатком сварных соединений оцинкованных труб является отсутствие цинкового слоя на шве и околошовной зоне. Это является причиной коррозии соединений в воде. В зависимости от значений электродных потенциалов различных частей соединения коррозии могут подвергаться шов или околошовная зона. Защитное цинковое покрытие после сварки обеспечивает только протекторную защиту стальной трубы на расстоянии до 3 мм от своего края.

2. Пайка газовыми горелками

Суть применения пайки для соединения оцинкованных труб заключается в уменьшении тепловложения в основной металл и, следовательно, понижении температуры на внутренней поверхности труб и защитном цинковом покрытии.  

2.1. Пайка встык

По заявлению разработчика, применение этой технологии обеспечивает сохранение защитного слоя за счет того, что цинк от испарения удерживается слоем пастообразного флюса, предварительно нанесенного на кромки труб.

Перед пайкой производится разделка кромок. Затем осуществляется предварительный нагрев торцов, на прилегающие к соединению участки трубы наносится слой специального флюса, после чего выполняется корневой шов. Далее производится заполнение разделки припоем. В качестве присадочного материала для пайки используются прутки, в химический состав которых входят медь, цинк и легирующие добавки.

Флюс, разработанный специально для пайки прутками по этому способу, представляет собой пасту и имеет рабочий температурный интервал 700-950 °С. На рис. 1 изображен процесс выполнения второго, внешнего, паяного шва оцинкованных труб.

Рис. 1 — Выполнение паяного соединения по способу фирмы UTP

2.2. Пайка встык на подкладных кольцах

Данный способ требует специальной подготовки труб под пайку. Возможно выполнение разделки кромок соединяемых труб. Затем внутри одной из труб укрепляется специальное подкладное кольцо К с выступами, после чего вторая труба надвигается на это кольцо. Центрирующее кольцо имеет выступы, предназначенные для точной сборки под пайку и дополнительно повышающие прочность соединения. Внутренняя поверхность кольца покрыта защитным цинковым слоем.

Подкладное кольцо соединяется с кромками труб вспомогательным паяным швом 1 (Рис. 2). Затем осуществляется заполнение разделки медно-цинковым припоем той же марки.

 

Рис. 2 — Соединение пайкой с подкладным кольцом

2.3. Дуговая пайка

Рассматриваемая технология является относительно новой и применяется на практике с середины 90-х гг. прошлого столетия. В технологическом процессе пайки этим способом используется то же оборудование, что и для импульсной сварки плавящимся электродом в инертных защитных газах. Однако, более серьезные требования предъявляются к механизму подачи проволоки и источнику питания. Это связано со следующими особенностями процесса: 

• для пайки используется относительно мягкая бронзовая проволока, а длина сварочной дуги должна поддерживаться постоянной, поэтому устройство для подачи проволоки должно соответствовать этим условиям;
• для обеспечения и поддержания необходимых параметров режима требуется специализированный источник питания.

Перед пайкой производится разделка кромок труб. Паяный шов выполняется в два прохода. Суть процесса заключается в поддержании небольшого базового тока, на который накладываются импульсы тока и напряжения, во время которых происходит расплавление проволоки и переход капли на изделие. В качестве защитного газа используется аргон. Наиболее распространенными марками проволоки для этого способа пайки оцинкованных изделий являются CuSi3 и CuAl8. Внешний вид соединения, полученного с применением этой технологии, представлен на Рис. 3.

Рис. 3 — Соединение, полученное дуговой пайкой

К недостаткам паяных соединений оцинкованных труб относят высокую трудоемкость процесса, относительно низкую прочность (по сравнению со сварным соединением). Кроме того, описанные способы не исключают внутреннюю коррозию трубопровода.

Преимущество паяных соединений оцинкованных трубопроводов — более высокая коррозионная стойкость по сравнению со сварными.