Технология сварки стальных оцинкованных труб

• Способы сварки труб из оцинкованной стали
• Соединение оцинкованных труб электродуговой сваркой
• Выбор электродов
• Технология выполнения работ
• Сварка труб из оцинковки с помощью флюса
• Выводы

Оцинкованные трубы служат более 30 лет, благодаря экологичности и бактерицидным свойствам они применяются в трубопроводах питьевой воды, сетях ГВС (ограничение до 55⁰) и газопроводных системах. Цинкование обеспечивает длительную защиту от коррозии, повышает прочность и стойкость стали к нагрузкам. Несмотря на повышенную стоимость, изделия используют при подземной прокладке. Технико-экономический анализ показывает, что стоимость проектов оказывается невысокой, благодаря снижению ремонтных расходов.

Оцинкованными называют стальные трубы, на которые нанесен тонкий слой цинка. Элемент быстро окисляется на открытом воздухе, формируя на поверхности прочную пленку оксидов, не допускающую проникновение окислителей в толщу металла.

Цинкование выполняют разными способами:

• Горячее: погружение в расплав;
• Холодное: напыление с помощью растворителя, который затем высыхает;
• Гальваническое: нанесение ионов Zn в ванне с электролитом (водой) под действием тока;
• Термодиффузионное: во вращающемся контейнере с низким давлением, высокой температурой и под напряжением;
• Газотермическое: капли расплава перемещаются в потоке раскаленного газа.

Технологии предназначены для применения в разных областях: для прокладки трубопроводов, изготовления дымоходов, водостоков, деталей и др., 

Сложность монтажа сваркой заключается в разнице температур плавления. У сталей: 1450-1520⁰, но уже при 907⁰ цинковый расплав начинает кипеть, выделяя токсичные пары, вызывающие отравление. Процесс сопровождается выгоранием металла, потерей коррозионной стойкости, шов получается пористым и ненадежным.

Для решения проблемы предусмотрены альтернативные методы. Сортамент трубного проката ВГП включает наименования с резьбой и муфтой, в некоторых случаях используют пресс-фитинги с обжимным кольцом и уплотнителем.

В пункте 1.6 СНиП 3.05.01-85 “Внутренние санитарно-технические системы зданий” рекомендовалось производить сваривание оцинкованных труб одновременно обеспечивая отсос токсичных веществ, или очищать торцы от оцинковки на 20-30 мм. Затем околошовную зону следовало окрасить 94% цинковой краской.

Разрешалось выполнять сваривание с применением следующих материалов:

• Самозащитная проволока Св-15ГСТЮЦА с церием по ГОСТ 2246-70 0,8-1,2 мм;
• Электроды до 3 мм с рутиловой или фтористо-кальциевой обмазкой;
• Иными методами, согласованными по проекту.

Документ был отменен в 2012 году. Новый СП 73.13330.2016 запрещает применение сварных трубопроводов из оцинкованной стали внутри любых зданий (пункт 4.6). Согласно п.5.1.2 допускается монтаж с помощью фитингов, фланцев, соединительных частей из ковкого чугуна. 

Способы сварки труб из оцинкованной стали

Если по каким-либо причинам необходимо выполнить сварное соединение оцинковки, и это не является нарушением санитарных норм, по возможности следует предотвратить нежелательные последствия:

• Испарения оксидов цинка ядовиты. Выполнять работы следует в помещения с хорошей вентиляцией, для предотвращения отравления токсинами работники должны защищать органы дыхания респираторами, не забывая об иных средствах защиты: маске, перчатках, резиновой обуви.
• При интенсивном кипении Zn поверхностные слои стали покрываются микротрещинами и порами, стык становится негерметичным. Время нагрева максимально снижают, но это сложно осуществить при обработке толстостенного прокатом.
• Так или иначе, целостность защитного слоя в околошовной зоне нарушается, одновременно снижается срок службы изделия. Частично недостаток можно устранить путем нанесения красок на цинковой основе.

Выгорание можно предотвратить следующими способами:

• При невозможности использования фитингов на тонкостенном прокате нарезают резьбу и соединяют конструкцию с помощью уплотнителей.
• Зачищают околошовную зону от цинкования а после  выполнения шва покрывают антикоррозионным  составом.

Применяемые способы сваривания трубопроводов из оцинковки:

• Ручная электродуговая с применением специальных электродов;
• Под флюсом: на низких температурах, при которых сталь сплавляется с припоем.

Сталь после цинкования сваривают и другими способами, но они больше подходят для листового материала, например: Tig c вольфрамовым электродом в защитной среде аргона, полуавтоматическая Mig/Mag с омедненной проволокой, смесью аргона и углекислоты.

Соединение оцинкованных труб электродуговой сваркой

Монтаж линии электросваркой почти не отличается от обычного проведения работ, за исключением удаления оцинковки в зоне шва. При попадании цинка в ванну с расплавом образуются железо-цинковые интерметаллиды, характеристики которых делают участок непригодным к использованию.

• Разница в показателях теплового расширения Fe и Zn вызывает напряжения и коробление;
• Небольшое количество Zn в расплаве железа провоцирует диффузию (расслоение) и образование трещин;
• Если металлы смешались незначительно, края шва будут рваными, а стык не стойким к коррозии.

Выбор электродов

Выбор электродов обусловлен маркой стали. Для соединения деталей из оцинковки применяют два типа:

• Рутиловые: защитная смесь на основе диоксида титана с добавками силикатов, ферромарганца и других веществ. Рутил позволяет производить работу быстро, защищает ванну от окисления,предотвращает образование трещин, шов получается ровным, а шлак легко отделяется. Материал предназначен для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, применение для сплавов с высоким содержанием углерода исключено.
• С основным покрытием: порошкообразный слой содержит минералы с фтористо-кальциевым составом, при нагревании которых выделяется углекислый газ, препятствующий реакции окисления. Материал подходит для всех углеродистых сталей и изделий большой толщины.

Технология выполнения работ

Основные этапы соединения труб электродуговой сваркой:

• Разделку кромок производят для трубопроката с толщиной стенки более 3 мм. с притуплением 1-1,5 мм. 
• Ток выбирают по диаметру электрода;
• Основной валик формируют поступательно или наплывом;
• После зачистки шва необходимо нанести антикоррозийный состав: цинковые спреи или ингибиторы коррозии.

Качество монтажа зависит от мастерства специалиста. Опытные сварщики не отрицают возможность выполнения, но подходят к процессу с тщательной подготовкой. Для проверки точности выбора режима аппарата и электрода выполняют тестовое сваривание на отрезках проката. Для улучшения механических свойств иногда осуществляют проковку шва при 100-150⁰, но отклонение от температурного интервала или приложение большой силы может быть причиной трещин.

Сварка труб из оцинковки с помощью флюса

Для работы с цинковым покрытием используют флюс для пайки, преимущественно HLS-B. Порошок отводит тепло от поверхности, препятствует испарению и окислению цинка. В качестве присадочного материала используют флюсовые припои UTP1, 18MF, 18XFC.

Правила техники пайки газовым сварочным аппаратом:

1. Предварительно кромки зачищают до блеска с внутренней и внешней стороны. У изделий с толщиной стенки до 3 мм фаски не снимают, у остальных угол раскрытия должен составлять 80-90⁰ со стыком 1-1,5 мм.
2. Перед выполнением шва поверхности обезжиривают и покрывают флюсом наносят довольно толстый слой, примерно в 2 раза больше, чем при сварке углеродистой стали. Нагрев осуществляют до 870-900⁰, Zn плавится при 416⁰, а при 907⁰ — испаряется. Индикатором достижения нужного терморежима станет изменение цвета флюсового состава. Во время нагревания он меняется из золотого в белый, а при температуре пайки — становится прозрачным.
3. При толщине стенок до 4 мм сваривание выполняют за один проход, для толстостенных изделий — в несколько проходов.
4. Используют ацетиленокислородную смесь с избытком кислорода. Кислород будет связываться с кремнием из припоя, не давая окисляться цинку. Пламя горелки должно быть стабильным для равномерного прогрева всех участков.
5. Размер сопла: для трубопроката до Ø250 и толщиной стенки 2-6 мм — 1-2 мм; более Ø250  — 2-4 мм. Неправильно определенный диаметр вызовет перегрев и снижение коррозионной стойкости, при недостаточной температуре припой будет прилипать, а соединение получится ненадежным.
6. Применяется технология пайки “влево” когда присадка бежит перед пламенем, а горелка размещена под углом 70⁰, при выполнении заполняющего шва — 15⁰, неповоротные стыки снизу варят облицовочным швом.
7. Наружную поверхность зачищают металлической щеткой, а внутреннюю промывают водой спустя сутки.

Трубопроводы, соединенные подобным методом могут использоваться в системах отведения, орошения, охлаждения, снабжения питьевой водой. Преимущество флюсовой пайки: быстрый монтаж и герметичность при небольших нагрузках.

Выводы

Некоторые специалисты считают, что сварка оцинкованных труб запрещена необоснованно, так как есть успешный опыт применения технологии в домах старой застройки, часть конструкций служит до сих пор, это доказывают безаварийную эксплуатацию.

Причины запрета:

• Ядовитые оксиды при нагреве — нарушение норм безопасности и охраны труда, раньше специалисты не получали доплат за вредность;
• Сложность контроля на этапе зачистки околошовной зоны, в результате  повышается аварийность.
• Цинковый слой неустойчив к высоким температурам теплоносителя, для решения остальных задач коммунальной сферы достаточно прочности фитингов и резьбы.

Нарушение санитарных норм затруднит ввод объекта в эксплуатацию, может привлечь внимание контролирующих органов.

Сравнение методов:

• Соединение электрической дугой — кропотливая задача, но если она выполнена квалифицированным мастером, степень надежности не уступает черному металлу. При нарушении метода велик риск тяжелого отравления, быстрого выхода системы из строя.
• Пайка под флюсом по механическим характеристикам уступает фитингам. Сплав UTP1 состоит из цинка и меди с добавками кремния и олова. Преимущество при монтаже: скорость, безопасность, длительная коррозионная стойкость.

Оба метода могут использоваться только в личных целях на придомовой территории. Системы с бессварными соединения применяются при строительстве масштабных объектов с 70-х годов и доказали эффективность благодаря снижению стоимости монтажных работ на 40-50%, стойкости к нагрузкам до 16 бар. Новые виды соединительных деталей применяются в в насосных установках высокого давления, сейсмических районах и промышленных зонах.

Читайте также Что входит в узлы трубопровода 2022-09-29