При монтаже стальных трубопроводов одной из рутинных операций является резка труб на фрагменты необходимой длины. Практикуется несколько термических и механических технологий резки, однако далеко не все они подходят для соединения труб с помощью сварки. Попробуем выбрать наиболее оптимальный способ и подобрать для него подходящие инструменты.
Узкие места монтажа
Чтобы оценить преимущества и недостатки разных методов резки труб, воспроизведём последовательность действий бригады монтажников. Например, перед ними стоит задача проложить на строительном объекте несколько сотен метров стального трубопровода для газоснабжения, отопления или системы пожаротушения. Вначале на объект завозятся партии стальных труб определённых диаметров длиной от 5 до9 м. Затем в соответствии с проектной документацией трубы нарезаются на фрагменты необходимой длины. После этого для обеспечения качественного сварного шва на торцах труб формируется фаска. Наконец, производится машинная или ручная сварка заготовок труб.
Если сравнить трудозатраты на указанные операции, то выяснится, что одним из «узких мест», определяющих время выполнения всего проекта, является не резка, а подготовка кромки трубы к сварке. В соответствии с ГОСТ 16037-80 «Соединения сварные стальных трубопроводов» для обеспечения соблюдения технологии сварки на кромке труб должна быть сформирована фаска. Её профиль (форма) выбирается в зависимости от диаметра и толщины стенок трубы, используемого для сварки оборудования. Например, при толщине стенок труб 4 мм и выше используют V-образную разделку кромок с углом скоса 30-35°.
Очень часто фаска нарезается не в условиях цеха или мастерской, а прямо по месту монтажа трубопровода. Наиболее часто используемый метод – ручная обработка с помощью шлифовального электроинструмента. Это очень трудоёмкий, грязный и шумный способ, который не позволяет получать ровную фаску с фиксированным углом, что важно для качественной сварки.
Высокотехнологичной альтернативой является использование портативных электрических торцевателей и фаскоснимателей. Наиболее удобны модели, которые можно быстро перенастраивать в зависимости от диаметра трубы, толщины стенки и требуемого угла кромки. Так, переноснойфаскосниматель RIDGIDB-500 с электроприводом имеет взаимозаменяемые режущие головки, что позволяет снимать кромку точно под углом 30, 37.5 или 45 градусов на трубах с толщиной стенки от 4,8 до 12,7 мм.
Это оборудование можно с минимальной перенастройкой применять для труб диаметром от 100 мм и более, а также для нарезания фаски на стальном листе (например, если необходимо на месте изготовить металлические опоры для труб большого диаметра). Подобная гибкость помогает обходиться на стройплощадке всего одним инструментом вместо нескольких специализированных моделей, и без промедления переключаться на обработку труб разного диаметра.
Процесс снятия фаски происходит следующим образом: отрезок трубы фиксируется в тисках, на обрабатываемой кромке устанавливается инструмент и с помощью роликов проезжает её по кругу. За один проход резцов получается фаска нужного профиля с ровной и гладкой поверхностью.
В зависимости от диаметра трубы весь процесс занимает не более 1-2 минут, что фактически в десятки раз быстрее, чем при использовании шлифовального электроинструмента. То есть применение специализированных кромкорезов и фаскоснимателей помогает ликвидировать одно из «узких мест» и значительно ускорить все монтажные операции, что важно как при аварийных, так и при плановых работах.
Однако использование такого оборудования предъявляет ряд требований к состоянию кромки трубы, а значит, и к тем методам, которыми она получена. В частности, для работы фаскореза нужны:
- ровный и чистый срез под углом 90 градусов — без окалины, заусениц и т.п.;
- круглый профиль трубы, без замятий и деформаций;
- равномерная твёрдость материала по кромке.
Посмотрим, насколько выполняются эти условия при разных технологиях резки труб.
Термические методы резки — в чём подвох?
В настоящее время применяются несколько видов термической резки труб: лазерный, дуговой, плазменно-дуговой, газокислородный и т.п. Общим для них является принцип действия — нагревание материала трубы до высоких температур и его испарение или окисление в месте реза.
Лазерная и плазменная резка чаще всего проводится на стационарных установках в заводских условиях. Такое оборудование может обеспечить приемлемую точность и чистоту среза. Дуговой и газокислородный методы чаще используются в полевых условиях, то есть для ручной резки труб непосредственно на строительном объекте или при ремонтных работах (например, при прорыве теплоцентрали). При этом линия реза неизбежно получается неровной, с окалиной (то есть смесью оксидов железа) и натёками металла. Окалина сама по себе довольно рыхлая и хрупкая, а её неравномерное расположение на кромке дополнительно усложняет дальнейшую обработку трубы.
«Неровный край кромки стального изделия при нарезании фаски существенно увеличивает ударные нагрузки на обрабатывающий инструмент, что ускоряет его износ», — делится опытом Иван Никаноров, инженер одного из московских металлообрабатывающих предприятий.
Но это только часть проблемы. Дело в том, что при любых термических методах резки наблюдается закалка области в месте нагрева, что сопровождается резким увеличением твёрдости материала. Этот эффект особенно выражен для углеродистых сталей, но также наблюдается и в малоуглеродистых сплавах, таких как 20 (20А), из которых изготавливаются водогазопроводные трубы.
Как объясняют эксперты, после локального нагрева до температур более 1200 oC происходит перестройка структуры металла и насыщение кромки углеродом. На поверхности реза образуется слой «белого» мартенсита толщиной от 10-20 мкм с очень высокой твёрдостью и содержанием углерода до 2%.
Вот один из типичных отзывов на интернет-форуме Chipmaker.ru, где собираются профессионалы и любители, работающие с металлом: «У нас возникла проблемка на производстве — при резке листа 20 мм из сплава ст.55 происходит закалка поверхности кромок с твёрдостью до 57 по шкале HRC. Для дальнейшей мехобработки приходится производить отпуск».
Отпуск стальных деталей предполагает их нагрев до определённой температуры и затем медленное охлаждение. Понятно, что для многометровых отрезков труб, да ещё в условиях работы на строительном объекте, такой метод неприемлем.
«После плазменной резки эффект закалки очень заметен. При обработке кромки на токарном станке или трубных торцевателях постоянно сталкиваемся со снижением ресурса резцов, — говорит Вячеслав Машкин, работник частной металлообрабатывающей мастерской. — Чтобы сберечь дорогой инструмент, приходится брать болгарку и предварительно всё это зачищать, а потом резать фаски».
Есть и ещё один негативный фактор. При плазменной и кислородной резке сталь вступает в реакцию с атмосферным азотом с образованием нитридов железа, которые отличаются высокой твёрдостью. Этот поверхностный сверхтвёрдый слой также вносит немалый вклад в затупление обрабатывающего инструмента.
Как мы видим, все существующие термические методы резки стальных труб в большей или меньшей степени усложняют дальнейшую обработку кромки и многократно ускоряют износ дорогостоящих резцов. Известные способы устранить негативные факторы (отпуск или дополнительная мехобработка) лишь увеличивают трудозатраты и себестоимость работ при подготовке труб для сварки.
Грамотная механическая резка
Выбирая приемлемые механические способы резки труб под сварку, стоит сразу исключить такие варианты, как дисковые пилы, шлифовальные круги и ручная ножовка. У этих методов низкая производительность при высокой стоимости расходных материалов. Качество кромки остаётся неудовлетворительным: с заусенцами, повышенной шероховатостью и возможными деформациями из-за фиксирующих тисков.
Оборудование для гидроабразивной резки (с помощью струи воды под высоким давлением), обеспечивающее хорошее качество кромки, в нашей стране применяется довольно редко. Так что на практике обеспечить чистый и ровный срез в условиях цеха могут только специализированные трубоотрезные станки, а при работе в полевых условиях — портативные роликовые труборезы (ручные или с электроприводом).
Принцип работы трубореза основан навнедрении острых кромок дисков (роликовых ножей) вглубь металла при обкатке их вокруг трубы с одновременной подачей к центру. При этом не меняется структура стали и не образуется стружки.
В каждом конкретном случае труборезы выбираются в зависимости от диаметра труб, объёма и типа работ.Так, для монтажа стальных водопроводных или газовых труб для внутридомовых сетей Тимур Кучумов, инженер по продажам самарской компании ООО «ТехноВита»,поставляющей в Поволжский регион высококачественные инструменты, рекомендует роликовые труборезы с винтовой подачей и С-образной рамой, на которой закреплены режущие и направляющие ролики: например, труборез RIDGID 200 с широкими роликами, предназначенный для труб диаметром 10-60 мм.
Для труб диаметром от 60 до 324 мм и максимальной толщиной стенки до 9,5 мм можно подобрать модель трубореза RIDGID из серии 400. Они имеют четыре режущих ролика, так что даже при недостатке места и отсутствии возможности сделать полный оборот можно произвести чистый разрез трубы.
Наталья Немченко, директор по маркетингу компании «ГВК», поставляющей фитинги европейского производства для монтажа трубопроводов, считает, что именно модели с хомутной защёлкой чаще всего выбирают специалисты аварийных бригад, занимающихся устранением неисправностей на поквартальных сетях отопления и водоснабжения.
Для крупных строительных проектов, где используются трубы больших диаметров (например, при прокладке трубопроводов под открытым небом или модернизации сетей теплоснабжения), уместнее высокопроизводительные портативные труборезы с электроприводом.Так, крупнейшая в России золотодобывающая компания «Полюс Золото» для монтажа технологических трубопроводов больших диаметров (200-300 мм) использует труборезы RIDGID 258XL. Резка даже толстостенных стальных труб с таким оборудованием занимает не более минуты, так что за смену выполняется большой объём работ, а торцы труб без дополнительной обработки готовы для нарезания фаски.
Как мы смогли убедиться, необходимость ускорить прокладку или ремонт трубопроводов, а также снизить трудоёмкость и себестоимость работ требует комплексного применения современных инструментов на всех этапах монтажа. При последовательном использовании высокопроизводительных труборезов, фаскоснимателей и аппаратов для роботизированной сварки процесс прокладки трубопроводов избавляется от большинства «узких мест», причём не в ущерб качеству. Это позволяет радикально повысить производительность труда аварийных и монтажных бригад, что важно как для коммерческих строительных компаний, так и для коммунальных служб.
