Когда говорят про сварку плоского фланца, многие сразу представляют ровный круг с дырками, прихваченный к трубе — и вроде бы что тут сложного? На практике же именно эта кажущаяся простота и приводит к большинству проблем: короблению, неплотному прилеганию, трещинам в зоне сплавления. Самый частый грех — считать, что раз фланец плоский, то и деформации от сварки его не поведут. А они ведут, и еще как, особенно на тонкостенных патрубках или из материалов с высокой теплопроводностью, вроде той же нержавейки. Вот об этих подводных камнях и хочется порассуждать, исходя из того, что приходилось видеть и делать своими руками.
В конструкторской документации часто можно встретить просто указание ?фланец плоский приварной?. И все. А вот сварщику или мастеру приходится уже самому решать, как его ставить — встык, с зазором, внахлест? Для ответственных соединений, скажем, на трубопроводах для химических сред, этот выбор критичен. Лично сталкивался с ситуацией, когда фланец из аустенитной стали варили без подогрева и с малым зазором — в итоге по периметру пошли микротрещины из-за высоких остаточных напряжений. Пришлось срезать и переделывать.
Здесь важно понимать разницу в назначении. Плоский фланец часто используется для соединений не под высоким давлением, для заглушек, люков. Но если речь идет о соединении с аппаратом или на трубопроводе, где будет вибрация, — уже нужно думать о полноценном стыковом шве с разделкой кромок, а не просто об угловом шве по периметру. Это, кстати, частая ошибка при монтаже оборудования по готовым чертежам, где не всегда учтены реальные нагрузки.
И еще момент по материалу. Допустим, фланец и труба из нержавеющей стали AISI 304. Казалось бы, вари одной и той же нержавеющей проволокой. Но если фланец — поковка или толстый прокат, а труба — тонкостенная, их поведение при нагреве будет сильно отличаться. Тонкая стенка трубы прогорит быстрее, чем прогреется массивный фланец. Отсюда необходимость тщательного подбора режимов: тока, скорости сварки, иногда даже смещения электрода в сторону более массивной детали.
Перед тем как начать сварку плоского фланца, многие недооценивают этап подготовки. Если фланец и торец трубы не обработаны, есть окалина, неровности — качественный провар получить почти невозможно. Лично всегда настаиваю на механической зачистке зоны сварки минимум на 20-30 мм от стыка. Для нержавейки это обязательно, чтобы избежать науглероживания и потери коррозионной стойкости.
Сборка под сварку — отдельная история. Фланец должен быть выставлен строго перпендикулярно оси трубы, без перекоса. Зазор лучше выставлять с помощью калиброванных прокладок, примерно 1.5-2 мм для толщин стенки до 10 мм. Почему не вплотную? Потому что при сварке металл ?тянет?, и зазор может сойти на нет, что приведет к непровару корня шва. Видел случаи, когда фланцы прижимали струбцинами вплотную — в итоге шов снаружи красивый, а внутри — сплошная непроваренная щель.
И фиксация. Точечные прихватки нужно ставить аккуратно, и не четыре штуки крест-накрест, как часто делают. Для фланца диаметром, скажем, 300 мм, я бы поставил 6-8 прихваток равномерно по окружности, причем каждая прихватка должна быть полноценным коротким швом, зачищенным от шлака. Иначе в процессе основной сварки прихватки могут лопнуть, и геометрия ?уплывет?.
Ручная дуговая сварка (ММА) — классика, но для сварки плоского фланца из нержавейки я бы ее рекомендовал только для монтажа или ремонта в полевых условиях. Для серийного производства в цеху гораздо эффективнее аргонодуговая сварка (TIG). Она дает более контролируемый ввод тепла, меньше деформаций и идеальный шов без брызг, что важно для гигиенических или химических сред. Помню, мы как-то варили партию фланцев для пищевых емкостей — заказчик требовал именно TIG сварку с последующей пассивацией шва.
Что касается проволоки или электродов, то тут нельзя экономить. Для нержавеющей стали 304/08Х18Н10 нужно брать расходники с содержанием легирующих элементов не ниже, чем у основного металла, а лучше — чуть выше для компенсации выгорания. Например, проволока Св-04Х19Н9 или электроды типа ОЗЛ-8. Однажды пришлось переделывать соединение, где сварщик, чтобы сэкономить, варил нержавейку обычными углеродистыми электродами — через месяц по шву пошла рыжая полоса коррозии.
Интересный момент по поводу поставщиков материалов. Когда нужны именно качественные заготовки — фланцы или трубы из нержавейки, чтобы химический состав был гарантирован, — часто обращаешься к проверенным производителям. Вот, к примеру, на сайте ООО Чжэцзян ЧжиЦзюй Трубы (https://www.zhiju-steel.ru) видно, что компания специализируется на продукции из нержавеющей стали. Для ответственных работ это важно — знать, что у тебя фланец и труба от профильного производителя, а не ?ноунейм? с рынка, у которого в сертификате одно, а в реальности — совсем другой состав металла, который потом преподнесет сюрпризы при сварке.
Саму сварку нужно вести противовсекционно. То есть разбиваем окружность фланца на 4 или 6 секторов и варим короткими участками вразброс, симметрично. Сначала проходим корень шва на малом токе по всем секторам, потом — облицовочные слои. Это самый действенный способ минимизировать коробление. Если варить последовательно по кругу, фланец гарантированно поведет ?лопатой?.
Теплоотвод. Для массивных фланцев иногда полезно использовать медные подкладки или даже просто мокрые тряпки, чтобы отводить тепло от зоны сварки и не перегревать металл. Особенно это актуально для нержавейки, которая теряет свои свойства при длительном пребывании в диапазоне 500-800 градусов.
Контроль в процессе — не только визуальный. После каждого прохода стоит давать соединению немного остыть (но не до холодного состояния, особенно для нержавейки — чтобы не было закалочных структур). И обязательно простукивать молоточком шлак. А после окончания сварки — проверять плоскостность фланца обычной линейкой или щупом. Если повело, править можно только локальным нагревом, но это уже ювелирная работа, и не всегда допустимая по техусловиям.
Часто проблемы со сваркой плоского фланца начинаются еще до начала работ. Неправильное хранение заготовок — те же фланцы из нержавейки, брошенные в общую кучу с углеродистым металлом, могут получить поверхностную коррозию или вкрапления, которые потом скажутся на шве. Или банальная грязь и масло.
Послесварочная обработка. Для нержавеющих сталей обязательна зачистка шва и пассивация — удаление оксидной пленки и обедненного хромом слоя для восстановления коррозионной стойкости. Делается это специальными пастами или растворами. Если этого не сделать, в зоне термического влияния со временем может появиться так называемая ?ножевая? коррозия.
И, наконец, контроль. Помимо визуального и измерений, для ответственных соединений не помешает неразрушающий контроль — капиллярный (цветная дефектоскопия) или ультразвуковой. Особенно это касается корня шва, где чаще всего и образуются непровары. Один раз такой контроль спас от большого скандала — нашли скрытую трещину, которая пошла бы в эксплуатации. Лучше потратить время на проверку, чем потом разбирать аварию.
В общем, сварка плоского фланца — это не та работа, где можно включить аппарат и делать на автомате. Тут нужно постоянно думать: о материале, о геометрии, о тепле. И даже имея опыт, каждый раз немного прикидываешь в уме — а как поведет себя именно эта пара ?фланец-труба? сегодня, при этой температуре в цеху. Без этого чутья и внимания к деталям хорошее, надежное соединение не получить.
