Сварка бесшовных труб

Когда говорят про сварку бесшовных труб, многие сразу думают, что раз труба бесшовная, то и сварка тут какая-то особая, почти не нужна. Это первое и самое распространённое заблуждение. На деле всё с точностью до наоборот. Бесшовная труба — это цельная заготовка, но чтобы собрать из неё магистраль, фитинг или узел, сварка становится критически важным, а часто и самым сложным этапом. И сложность не в том, чтобы сделать шов — его сделать как раз проще на ровном материале без продольного шва. Сложность в другом: в предсказании поведения металла, который прошёл прокат и имеет свою внутреннюю ?историю? напряжений.

От заготовки до стыка: где кроется главный подвох

Возьмём стандартную ситуацию: нужно сварить два участка бесшовных труб из углеродистой стали для магистрального трубопровода. Казалось бы, бери гост, бери проверенные режимы — и вперёд. Но вот первая засада: химический состав. Даже в пределах одной марки стали, скажем, 20, у разных партий, а тем более у разных производителей, может плавать содержание углерода, марганца, кремния. Это влияет на свариваемость, на склонность к образованию закалочных структур в зоне термического влияния. Мы как-то работали с партией труб, по сертификатам идеальных, но при сварке на обычных режимах пошли трещины. Оказалось, сера на верхнем пределе. Пришлось снижать тепловложение, переходить на электроды с особым покрытием.

А ещё есть геометрия. Бесшовная труба — не идеальный цилиндр. Есть овальность, есть разностенность. Когда готовишь кромки под стыковую сварку, эта разница в толщине стенки в пару миллиметров может привести к перегреву более тонкого участка и непровару более толстого. Приходится не просто механически скашивать кромку, а сначала промерять толщину по всему периметру и корректировать угол разделки. Это рутина, но без неё — брак.

И конечно, подготовка. Любая окалина, масло, влага — враги. Особенно для высокопрочных сталей. Помню случай на монтаже технологической линии, где использовались трубы из стали 09Г2С. Погода была сырая, трубы лежали на открытой площадке. Протерли кромки ацетоном, но, видимо, не до конца. Водород попал в шов — пошли поры. Пришлось вырезать и переваривать. Теперь правило железное: не просто обезжирить, но и прогреть газовой горелкой зону перед сваркой, чтобы выпарить все остатки влаги из металла.

Методы: не только РДС и АДС под защитой

Ручная дуговая сварка (РДС) и аргонодуговая (АДС) — это основа, хлеб наш насущный. Но с бесшовными трубами большого диаметра и толстой стенки, особенно в полевых условиях, часто выгоднее идти на автоматическую сварку под флюсом или электрошлаковую. У нас был проект по сборке секций для морского шельфа. Толщина стенки 40 мм, материал — низколегированная сталь. Варить вручную — месяцы, да и качество шва по всей длине будет ?плясать?. Поставили автомат для сварки под флюсом. Но и тут свои нюансы: флюс нужно подбирать строго под пару ?основной металл — проволока?, иначе состав шва уйдёт от расчётного, механические свойства просядут.

А вот для нержавеющих бесшовных труб — отдельная песня. Тут почти всегда только АДС вольфрамовым электродом, причём с обратной продувкой корня шва аргоном. Если не сделать продувку, внутренняя сторона шва окислится, потеряет коррозионную стойкость. Это важно для пищевой или химической промышленности. Однажды видел, как на фармзаводе забраковали целую петлю из труб AISI 316L именно из-за окисления корня шва. Пришлось всё демонтировать. Убытки — колоссальные.

Сейчас много говорят про лазерную и электронно-лучевую сварку. Да, для прецизионных тонкостенных бесшовных труб в приборостроении или аэрокосмической отрасли — это технология. Но для массового промышленного и трубопроводного строительства пока что дорого и сложно в обслуживании. Хотя, смотрю, некоторые передовые производства, вроде того же ООО Шаньдун Чэнсиньин Трейдинг (https://www.cxypipeline.ru), которое поставляет трубы по всему миру, вкладываются в современное оборудование для контроля, а значит, и требования к сварным соединениям их продукции будут только расти. У них годовой экспорт за 100 миллионов долларов — такие компании просто не могут позволить себе проблемы с качеством сборки у конечного клиента.

Контроль: увидеть невидимое

Сварил — проверь. А как проверить? Визуальный и измерительный контроль — это только верхушка айсберга. Самый главный инструмент — ультразвуковой контроль (УЗК). Но и он не панацея. Например, мелкие поры или трещины, ориентированные определённым образом, УЗК может и не поймать. Поэтому для ответственных объектов идёт комбинация: УЗК + радиографический контроль (РК). Рентген или гамма-дефектоскопия отлично показывают объёмные дефекты. Но опять же, если трещина расположена по плоскости, параллельной лучу, её можно и пропустить.

Отсюда вытекает важность квалификации не только сварщика, но и дефектоскописта. Его глаз намётан на чтение снимков или эхо-сигналов. Бывало, спорные моменты — похоже на непровар, а на самом деле — включение шлака. Решение — вырезать ?карту? и делать макрошлиф. Это уже разрушающий метод, но он даёт 100% ясность. На одном из объектов по ремонту теплотрассы мы так и делали на каждом десятом стыке для выборочного подтверждения данных неразрушающего контроля.

А ещё есть контроль твёрдости. После сварки, особенно при использовании предварительного и сопутствующего подогрева, зона термического влияния может стать либо слишком мягкой, либо, наоборот, перекалённой и хрупкой. Это проверяется переносным твердомером. Если твёрдость вышла за рамки техусловий, стык отправляют на термообработку — местный отпуск для снятия напряжений.

Практические ловушки из личного опыта

Теория — это одно, а когда стоишь на объекте в минус двадцать, ветер дует, а сроки горят — всё проявляется иначе. Одна из самых коварных вещей — остаточные напряжения после прокатки самой трубы. Кажется, труба ровная, но когда начинаешь её резать и варить, она может ?повести? — изогнуться. Мы монтировали конструкцию из бесшовных труб квадратного сечения. После прихватки всё было идеально. Прошли основным швом — одна из балок выгнулась винтом. Пришлось раскреплять мощными струбцинами и варить в определённой последовательности, шахматкой, чтобы компенсировать нагрев.

Другая история — сварка в труднодоступных местах. Например, при монтаже трубной обвязки в котле. Пространства мало, видимости нет, варишь почти на ощупь. Тут уже не до идеального формирования шва. Главное — обеспечить проплав. Мы использовали гибкие горелки для АДС и зеркала на длинных ручках для визуального контроля. Но лучше, конечно, такие узлы проектировать так, чтобы к стыку был нормальный доступ. Это вопрос уже к конструкторам.

И конечно, документирование. Каждый стык, каждый сварщик, каждая партия электродов, каждый режим — всё должно быть записано в журнал сварочных работ. Это не бюрократия, а страховка. Если через год на этом шве появится дефект, можно будет понять, почему. Мы как-то получили рекламацию от заказчика. Подняли журналы пятилетней давности, нашли запись, что в тот день была высокая влажность, а сварщик не внёс корректировки в режим. Вопрос был снят.

Взгляд в сторону поставщика

Качество сварки начинается не на объекте, а на заводе-изготовителе трубы. Если труба имеет внутренние дефекты типа расслоений или неметаллических включений, даже идеально выполненный сварной шов не спасёт ситуацию — разрушение пойдёт от дефекта в основном металле. Поэтому так важно работать с проверенными поставщиками, которые обеспечивают полный цикл контроля. Вот, к примеру, ООО Шаньдун Чэнсиньин Трейдинг. Из их описания видно, что они — не просто трейдеры, а часть производственного холдинга с годовым выпуском в 40 000 тонн. Для такой компании репутация — всё. Они наверняка поставляют трубы, прошедшие ультразвуковой контроль или гидроиспытания, что для сварщика на месте — огромный плюс. Работаешь с уверенностью в материале.

Кроме того, серьёзные поставщики часто предоставляют не только сертификаты, но и рекомендации по сварке для конкретных марок своих сталей. Это бесценная информация. Ведь они знают технологию выплавки и прокатки своей продукции, знают её ?поведение?. Игнорировать такие рекомендации — себе дороже.

В конце концов, сварка бесшовных труб — это всегда диалог. Диалог между металлом и сварщиком, между технологией и условиями на объекте, между заказчиком и поставщиком. Это не алгоритм, который можно просто выполнить. Это ремесло, основанное на знании, опыте и, что немаловажно, на качественном исходном материале. Когда все эти элементы сходятся, шов получается не просто прочным, а по-настоящему надёжным, на десятилетия. А это, в сущности, и есть конечная цель всей нашей работы.