Podstawowe wytyczne spawania rurociągów (1). TIG dla nierdzewki

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa    

W tym artykule, odpowiadając na pytania  czytelników, skupimy się na problematyce spawania rurociągów wykonanych z  wysokostopowej stali nierdzewnej metodą TIG i będzie to pierwsza część  serii artykułów dotyczących spawania rur.

Wprawdzie produkcja rur z metali o dużej plastyczności (miedź, ołów) była opanowana wiele wieków temu, to początek produkcji rur stalowych datowany jest na pierwszą połowę XIX wieku. Poważnym bodźcem dla rozwoju technologii wytwarzania rur stalowych była pierwsza w świecie instalacja dla gazu świetlnego, wybudowana w Londynie około 1815 roku. Wykonana została z luf karabinowych (pochodzących z okresu wojen napoleońskich) połączonych na gwint. Późniejszy silny rozwój przemysłowy wymagał coraz wyższych parametrów użytkowych od instalacji rurowych – zarówno tych bliskiego, jak i dalekiego zasięgu. Dzisiaj produkowanych jest wiele gatunków rur o bardzo wysokiej jakości z różnych materiałów o ściśle określonym zastosowaniu. Ciągle jednak problemem jest umiejętne łączenie tych rur ze sobą w jedną funkcjonalną całość.

Spawanie rur z nierdzewki

Omówienie wszystkich problemów związanych ze spawaniem rurociągów stalowych jest niemożliwe ze względu na objętość materiału. W tym numerze „Magazynu Instalatora”, odpowiadając na pytania czytelników, skupimy się na problematyce spawania rurociągów wykonanych z wysokostopowej stali nierdzewnej metodą TIG i będzie to pierwsza część serii artykułów dotyczących spawania rur.

Najczystsze metody

Spawanie rurociągów ze stali nierdzewnej wymaga stosowania „najczystszych” metod spawania. Wśród powszechnie stosowanych za taką należy uznać metodę TIG (spawanie elektrodą nietopliwą wolframową w osłonie gazu obojętnego – przeważnie argonu). Obecność w stali wysokostopowej takich pierwiastków jak nikiel, chrom, molibden i innych czyni ją trudniejszą w spawaniu i wymagającą specjalnych zabiegów i uwagi przed, w trakcie oraz po spawaniu.

Sposób wypełnienia argonem przestrzeni wewnątrz spawanych rur (a), soczewka gazowa oraz wysunięcie elektrody poza dyszę gazu osłonowego (b).

Fot. 1. Sposób wypełnienia argonem przestrzeni wewnątrz spawanych rur (a), soczewka gazowa oraz wysunięcie elektrody poza dyszę gazu osłonowego (b).

Podczas pracy z wysokostopową stalą nierdzewną musimy przestrzegać jednej podstawowej zasady – mianowicie bezwzględnego unikania kontaktu wysokostopowej stali nierdzewnej ze stalą „czarną”. Znane są przypadki, w których nawet delikatne przetarcie nakrętką szlifierki kątowej powierzchni elementu wykonanego ze stali nierdzewnej skutkowało bardzo szybkim rdzewieniem tej powierzchni.

Przygotowanie i spawanie

Jako gazy osłonowe w metodzie TIG możemy stosować jedynie gaz obojętny (argon, hel lub mieszanki tych gazów). W przypadku spawania stali nierdzewnej będziemy stosowali wyłączenie czysty argon. Stal nierdzewna jest bardzo wrażliwa na utlenianie w wysokich temperaturach towarzyszących procesowi spawania. Utlenianiu podlegają szczególnie pierwiastki stopowe zapewniające jej wysoką odporność korozyjną i wówczas stal traci tę odporność. Dlatego wtedy, gdy zależy nam na bardzo wysokiej jakości (czystości, odporności korozyjnej) połączeń spawanych, musimy zapewnić dokładną ochronę nie tylko jeziorka ciekłego metalu, ale i nagrzewanego do wysokiej temperatury materiału podstawowego i to zarówno od strony lica, jak i grani spoiny. W praktyce, w warunkach warsztatowych, gdy nie mamy specjalnych korków wydzielających przestrzeń, w której odbywa się spawanie, ochronę grani możemy zrealizować w następujący sposób. Zaklejamy oba końce spawanych rur taśmą aluminiową, przez jeden z końców wprowadzamy argon do przestrzeni rur i utrzymujemy stały przepływ argonu przez tę przestrzeń (fot. 1a).

Sposób ukosowania krawędzi rur przed spawaniem.

Fot. 2. Sposób ukosowania krawędzi rur przed spawaniem.

Musimy pamiętać, żeby nie tworzyć nadciśnienia (gaz musi mieć możliwość swobodnego uchodzenia z przestrzeni spawania) w przestrzeni rur. W przeciwnym wypadku pojawią się problemy z „zamykaniem spoiny”. Od strony lica ciekły metal chroniony jest przez gaz wypływający z dyszy uchwytu spawalniczego. Najlepiej wówczas stosować dodatkowo soczewkę gazową zapewniającą laminarny przepływ gazu osłonowego (fot. 1b). Musimy pamiętać o zabezpieczeniu obszaru spawania przed podmuchami wiatru zdmuchującymi ochronę gazową, dłuższym przytrzymaniu uchwytu z wypływającym gazem po wyłączeniu łuku elektrycznego (czas nadmuchu po wyłączeniu łuku min. 5 s) oraz przytrzymywaniem nadtopionej końcówki drutu materiału dodatkowego w obszarze nadmuchu gazu osłonowego. Do spawania stali metodą TIG stosować należy elektrodę wolframową z dodatkiem tlenku toru (końcówka elektrody barwiona na czerwono), którą podłączamy do bieguna ujemnego prądu stałego. Średnicę elektrody dobieramy w zależności do stosowanych parametrów prądowych (przyjmuje się ok. 70 A/mm średnicy elektrody). Końcówkę elektrody ostrzymy tak, aby kąt stożkowego zakończenia elektrody wynosił ok. 20¸30°. Ostrą końcówkę elektrody należy delikatnie stępić, aby nie uległa ona nadtopieniu podczas spawania. Elektrodę ostrzymy zawsze tak, aby rysy powstałe na jej powierzchni były usytuowane równolegle do jej osi. Elektrodę wysuwamy z uchwytu na odległość ok. 3 średnic elektrody od dyszy gazu osłonowego (fot. 1b).

Ukosowanie

Aby zagwarantować przetopienie na całej grubości ścianki rury, musimy ukosować jej krawędzie. Ukosowanie nie jest konieczne, gdy grubość ścianki rury nie przekracza 3 mm. Krawędzie rur ukosujemy na V z kątem rozwarcia rowka 60° i odstępem pomiędzy elementami spawanymi równym ok. 1-2 mm, jak na fot. 2. Tak przygotowane elementy przed wykonaniem spoiny musimy wzajemnie pozycjonować. W tym celu wykonuje się spoiny sczepne w ilości 4 na obwodzie (w przypadku małych średnic rur wystarczą 3 spoiny sczepne).

Porównanie powierzchni połączenia spawanego bezpośrednio po spawaniu oraz po trawieniu pastą Antox 71 E Plus.Fot. 3. Porównanie powierzchni połączenia spawanego bezpośrednio po spawaniu oraz po trawieniu pastą Antox 71 E Plus.

Nie wolno lekceważyć kwestii spoin sczepnych, gdyż ich jakość wpływa na przebieg spawania i ostateczną jakość uzyskanej spoiny. Przed przystąpieniem do spawania musimy również zapewnić dużą czystość zarówno krawędzi materiału podstawowego, jak i samego spoiwa. Najprostszą i często wystarczającą metodą uzyskania czystości jest przetarcie powierzchni szmatką nasączoną acetonem. Niestety, gdy nie możemy elementu obracać w trakcie spawania, sam proces jest bardzo utrudniony, ponieważ spawanie odbywa się we wszystkich pozycjach. W przypadku poziomego usytuowania rur spawanie rozpoczynamy od dołu z jednej i drugiej strony aż do sczepów, które albo – jeśli jest to możliwe – przetapiamy, albo wycinamy i kontynuujemy spawanie aż do „zamknięcia spoiny”.

Czyszczenie spoiny po spawaniu

Spoiny po spawaniu, pomimo ochrony gazem obojętnym, ulegają przebarwieniom i niewielkiemu utlenieniu. Niestety, powierzchnie utlenione tracą odporność korozyjną i dlatego należy je usunąć. Usuwanie przeprowadzamy za pomocą szczotkowania (wówczas możemy stosować wyłącznie szczotki druciane z drutami ze stali nierdzewnej. Uwaga! Niedopuszczalne jest stosowanie szczotek drucianych ze zwykłej stali „czarnej”). Inną metodą pozbywania się nalotów tlenkowych z powierzchni elementów w obszarze spawania jest ich trawienie. Do tego celu stosowane są specjalnie kwaśne odczynniki chemiczne. Powierzchnia po procesie trawienia ulega zmatowaniu (fot. 3). Pamiętać musimy o bardzo dokładnym usunięciu stosowanego odczynnika z trawionej powierzchni. Operację oczyszczania powierzchni po procesie spawania można uznać za ostateczną, związaną z procesem spawania.
W kolejnym numerze przyjrzymy się nieco dokładniej spawaniu metodą MAG rurociągów ze stali niestopowej.
dr inż. Maciej Różański

Jedna myśl na temat “Podstawowe wytyczne spawania rurociągów (1). TIG dla nierdzewki

  • 3 maja 2017 o 23:14
    Permalink

    Bardzo przydatny materiał, żadne kwestie nie zostały pominięte

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij