Производство труб

Раздел: Производство

При спиральной сварке труб лист одной ширины используют для производства труб различного диаметра. Перевод стана спиральной сварки для изготовления труб другого диаметра требует минимального времени. Длина получаемых труб практически неограничена. Непрерывность процесса, минимальные производственные площади, небольшое количество обслуживающего персонала и высокая производительность труда сделали этот способ наиболее прогрессивным для получения труб большого диаметра. Изготовленные этим способом трубы имеют абсолютно круглую форму и являются прямыми. Отпадает необходимость в дополнительной правке и калибровке концов. Трубы обладают высокой конструктивной прочностью — на 20—40% выше прямошовных. Станы спиральной сварки труб высоко мобильны и могут быть установлены непосредственно на строительной площадке.

> 100.

К недостаткам спиральной сварки следует отнести большую протяженность сварного шва и меньшую скорость сварки.

Формовка трубной заготовки

Формовка трубной заготовки осуществляется путем пластического изгиба полосы в плоскости, расположенной под некоторым углом а ( 210) к продольной оси листа.

При сварке труб со спиральным швом угол а изменяется в пределах 18—50°.

Формовка трубной заготовки отличается только конструкцией формующих устройств, которые бывают четырех типов ( 211): втулочные, полувтулочные, роликовые и валковые.' Общим для всех типов конструкций является подача полосы снизу. При этом отпадает необходимость в регулировке отводящего рольганга по высоте.

Формующее устройство втулочного типа  211,а является весьма жестким и обеспечивает получение трубы заданного размера с высокой точностью. Однако для осуществления формовки требуется большое заталкивающее усилие для преодоления трения о поверхность втулки. Высокое сопротивление перемещению трубы приводит к колебаниям зазора между кромками. При переходе с одного диаметра трубы на другой необходима смена втулки. Поэтому формующее устройство втулочного типа в настоящее время не применяют.

Для уменьшения усилия, не- \\ рф обходимого для чформовки труб-  \ S ной заготовки, применяют формующее устройство полувтулочного типа ( 211,6). Изгиб полосы заданным радиусом осуществляется здесь во втулке. В ней формуется первая половина "витка трубы (откуда и название — полувтулочный тип). Положение второй половины витка трубы в формующем устройстве фиксируется регулируемыми роликами. Формующее устройство этого типа имеет тот же недостаток, что и втулочное: при переходе на другой размер трубы необходима смена полувтулки. При этом удлиняется время на настройку стана.

При применении формующего устройства роликового типа ( 211,в) отпадает необходимость в смене формующего устройства при переходе на другой размер трубы. Формующее устройство обеспечивает формовку трубной заготовки в заданном сортаменте. Для качественной формовки необходима точная установка роликов в пространстве формующего устройства. По сравнению с полувтулочным формующее устройство этого типа имеет меньшую жесткость.

В формующем устройстве валкового типа используют способ формовки в гибочных вальцах (см.  195). Формующее устройство имеет валковую клеть с тремя гибочными валками и роликовую обойму ( 211,г). Гибочные валки крепятся на кронштейне, который может перемещаться вдоль оси трубы. Верхний валок закреплен стационарно, а положение нижних валков изменяется как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях винтовыми механизмами. Валковая гибочная клеть осуществляет формовку

трубы любого диаметра посредством изменения положения нижних валков. Настройку роликовой обоймы на заданный диаметр трубы в небольших пределах осуществляют радиальным перемещением роликов. При значительном изменении диапазона изготовляемых труб заменяют роликовую обойму ( 211,3). По сравнению с формующими устройствами рассмотренных типов при валковом типе формовки трубной заготовки необходимое усилие минимально.

В последнее время для формовки тонкостенных труб начинают применять формующие устройства, работающие по принципу навивки или загибки полосы на гладкую или роликовую оправку.

Качество труб, получаемых спиральной сваркой, во многом, если не в основном, зависит от величины ребровой кривизны листа (серповидности). При постоянном значении ширины полосы диаметр трубы и шаг спирали зависят от угла свертки а. Последний изменяется в зависимости от величины серповидности листа.

Если серповидность листа превышает допустимую, то это вызывает большее изменение шага спирали, вследствие чего отклонение по наружному диаметру превысит допустимое.

С. А. Борисенко показал, что для получения спиральношовных труб больших диаметров серповидность листа должна быть в пределах 0,3—0,5 мм/пог.м. Из этого следует, что изменение зазора между кромками листа неизбежно. Поэтому станы спиральной сварки труб должны быть оснащены механизмами, позволяющими изменять угол спирали в небольших пределах во время работы стана для обеспечения постоянного зазора между кромками.

Усилие формовки. Процесс формовки полосы в цилиндрическую заготовку диаметром DT осуществляется усилием Рф (см.  210), Развиваемым подающей машиной. Расчет усилия формовки рекомендуется производить по формуле, предложенной Н. А. Грум-Гржимайло:

Формула (272) выведена для случая формовки полосы в формующем устройстве полувтулочного типа. При использовании формующего устройства другого типа усилие формовки будет меньше.

На усилие формовки Рф оказывают большое влияние факторы,, вызывающие изменение угла формовки. Так, значительная серпо- видность полосы приводит к «переполнению» формующего устройства, увеличивает диаметр трубы и, как следствие, повышает давление на формующее устройство. Поэтому для определения номинального усилия формовки расчетное значение по формуле (272) необходимо увеличить примерно в 1,5 раза.

Конструкция станов спиральной сварки труб

Спиральная сварка труб осуществляется двумя схемами 1) по непрерывной схеме, когда передний конец последующей полосы приваривают к заднему концу предыдущей полосы без остановок процесса сварки, и 2) по прерывистой схеме, когда стыков- ку концов двух полос производят при остановленном стане. Поэтому конструкция станов спиральной сварки труб зависит от того, по какой схеме работает стан. При работе по первой схеме в линии стана устанавливают петлеобразователь. Это усложняет конструкцию стана, увеличивает его размеры. Однако от этого производительность стана примерно на 20% выше, чем у стана, работающего по второй схеме. Первая схема процесса осуществлена в нашей стране, а по второй схеме работают почти все зарубежные станы.

На опорно-поворотной раме, кроме формующего устройства, находятся: направляющий люнет для удержания выходящей из формующего устройства трубы, сварочная аппаратура и летучий отрезной станок. Непрерывно выходящая из формующего устройства труба фиксируется в направляющем люнете, который может перемещаться в направлении, перпендикулярном оси трубы, чем обеспечивается поворот оси трубы относительно точки соприкосновения кромок. Таким образом регулируется зазор между кромками и поддерживается постоянный зазор. Привод механизма люнета выполнен от электродвигателя. Перемещение направляющего люнета автоматическое — от датчиков, смонтированных в непосредственной близости от места сварки при первичном сближении кромок. Предусмотрено также ручное управление перемещением направляющего люнета. Поворот выходного моста на заданный угол формовки происходит независимо от опорно-поворотной рамы.

схема расположения оборудования стана спиральной сварки труб, работающего по второй схеме. Стан не имеет петлеобразователя. Стыковка концов двух полос совершается при остановке стана. Разматыватель, тянущие ролики, правильная машина, ножницы, стыкосварочная машина и дисковые ножницы смонтированы на опорно-поворотной раме. Общий вид стана показан на  214. Выводная сторона стана —формующее устройство и выходной люнет —смонтированы стационарно на фун- даменте что обеспечивает большую жесткость. Угол формовки устанавливают путем поворота опорно-поворотной рамы вокруг центра вращения. Регулирование зазора между кромками происходит с помощью выходного моста или направляющего люнета. Последний перемещается в направлении, перпендикулярном оси трубы. Скорость перемещения люнета около 4 мм/сек.

Технология сварки и краткая характеристика оборудования

Заготовкой для спиральношовных труб является низкоуглеродистая хорошо свариваемая сталь 15Г2С, имеющая оь = - 687 Мн/мм2 (70 кГ/мм2) и os - 393 Мн/м2 (40 кГ/мм2). Серповидность листа не должна быть больше 1 мм/пог.м. В настоящее время на листовых станах нельзя получить листы меньшей серповидности. Разнотолщинность листа должна удовлетворять требованиям ГОСТ 8597—57. Лист прокатывают на непрерывных станах 1700. На станы спиральной сварки труб он поступает в рулонах массой 8—15 т. Ширина листа —наибольшая 1550, наименьшая — 1440 мм. Толщина листа 8—14 мм.

Со склада рулоны подают на приемный рольганг разматывателя (см.  208). С помощью подающих роликов лист задается в девятивалковую правильную машину (семь валков на ней приводные). После правки лист поступает для поперечной резки на ножницы гильотинного типа с горизонтальным верхним ножом и наклонным нижним (угол наклона 3°). Стыковка концов двух полос совершается на стыкосварочной машине. При этом задний конец предыдущей полосы удерживается подающими роликами, расположенными за стыкосварочной машиной.

Тянущие ролики могут перемещаться в направлении, перпендикулярном продольной оси листа для совмещения стыкуемых полос. Передний конец последующей полосы зажимается в стыкосварочной машине. После совмещения стыков происходит сварка концов. Затем тянущие ролики заполняют петлевую яму ускоренной подачей. Необходимое давление на ролики создается гидравлическими цилиндрами. Запас петли в петлевой яме составляет 16 — 18 м. Далее полоса направляется вертикальными роликовыми проводками в дисковые ножницы, установленные за петлеобразо- вателем. Проводки эти изготовлены массивными с возможностью перемещения их в направлении, перпендикулярном продольной оси листа (в настоящее время признано целесообразным перемещать проводки от двигателя). Затем полоса вытягивается из петлевой ямы, протягивается через неприводные дисковые ножницы и подается в формующее устройство подающей машиной. При этом необходимое давление между тянущими роликами создается гидравлическими цилиндрами. Удержание полосы перед и после подающей машины осуществляется роликовыми проводками или плитами.

При изготовлении труб с толщиной стенки более 10 мм необходимо снимать фаску под углом 45° на глубине 4—5 мм. Поэтому за дисковыми ножницами предусмотрены резцы.

Наружную сварку выполняют через полвитка спирали в верхней точке трубы. Еще через полвитка в нижней точке трубы производят вторую внутреннюю сварку. Наружняя сварка совершается двумя электродами, один из которых питается постоянным током, а другой — переменным.

При производстве труб с толщиной стенки 6—10 мм сварка происходит только двумя сварочными головками, а при толщине стенки 10—14 мм —тремя сварочными головками. Наличие жидкой ванны и наклонно расположенного шва ограничивает скорость

 218. Общий вид сварочной головки для наложения внутреннего шва

сварки. При сварке со скоростью выше допустимой ванна с расплавленным металлом не успевает затвердевать, в результате чего металл стекает. Поэтому применение трех головок позволяет повысить скорость сварки.

В связи с интенсивным плавлением основного металла шов состоит главным образом из самого основного металла (70—85%); юля металла электродной проволоки составляет 30—15%. Установка трех сварочных головок обеспечивает сравнительно высокую скорость сварки (1,5—1,8 и даже до 2 м/мин).

Непосредственно на стане перед летучим отрезным станком установлен ультразвуковой дефектоскоп, с помощью которого происходит автоматическая отметка краской дефектных мест.

Сваренная труба режется на ходу летучим отрезным станком, оборудованным двумя механизированными кислородными резаками. Резаки смонтированы на легком кольце, охватывающем трубу с небольшим зазором. При резке кольцо закрепляется на трубе при помощи гидравлических цилиндров. Кольцо устанавливают на подвижной тележке, которая перемещается вместе с трубой. Иногда вместо отрезного станка с кислородными резаками устанавливают отрезной станок с фрезерными головками, которые отрезают трубу с одновременной разделкой фасок. Трубы режут на длину 8—14 м.

Из готовой трубы высыпают флюс и шлаковую корку. Далее трубы поступают на отделку. При наложении второго внутреннего шва шлаковая корка не отделяется при высыпании флюса. Поэтому на месте отделки специально предусмотрено устройство для отбивки шлаковой корки.

Скрытые дефекты сварного шва: термические трещины, несквозные поры, газовые пузыри и неметаллические включения при испытании на гидравлических прессах не обнаруживаются. Поэтому предусмотрено отделение контроля сварного шва рентгеновскими аппаратами. После обнаружения дефектов их заваривают. Если это не может устранить дефект, то дефектное место отрезают так,, чтобы оставшаяся часть трубы была не короче 6—7 м.

Основными видами брака при спиральной сварке труб являются: превышение кромок, задиры и вмятины, непровары, прожоги, смещение шва.

Годные трубы поступают на трубообрезные станки для торцовки и снятия фаски. Здесь на специальных станках производят снятие усиления наружного шва на длине 100—120 мм от конца.

Трубы проходят испытание на гидравлических прессах с манжетным уплотнением, без осевого сжатия. Трубы, изготовленные на станах спиральной сварки, не нуждаются в дополнительной правке и калибровке концов.

Характеристика некоторых установок для спиральной сварки труб дана в  38.

Потери металла при отделке труб на обрезь кромок и концов полосы составляют примерно 5%. Выход годного с учетом передельного брака равен 95%. Часть труб (примерно 10% от всех произведенных) не удовлетворяет нормам на газопроводные трубы и их переводят в водопроводные, работающие при меньшем давлении.

Примерная производительность стана 529—820 составляет 45—50 тыс. т труб в год, а стана 1020—1420 уже 80—90 тыс. т труб в год. В сравнимых условиях стоимость одной тонны спи- ральношовных труб составляет примерно 84—85 руб., а прямо- шовных труб 90—92 руб.

Наряду с уже известными правилами безопасной работы и охраны труда при работе на станах спиральной сварки необходимо соблюдение следующих дополнительных условий:

1)        подача рулонов в разматыватели, тянущие валки, правильную машину должна быть механизирована и, как правило, автоматизирована.

2)        кромкокрошительное устройство должно обязательно закрываться механическим кожухом;

3)        яма петлеобразователя должна иметь специальное блокирующее устройство, выключающее стан при подъеме ленты выше установленного предела, и оградительный барьер;

4)        операции подачи флюса в сварочную головку и удаления отработанного флюса после сварки, а также съем и уборка шлаковой корки обязательно механизируются.

5)        для удобства регулирования работы сварочных головок через линию движения трубы необходимо иметь приставные переходные ступеньки;

6)        условия эксплуатации рентгеновских установок должны соответствовать правилам безопасной работы на ионизационных установках.

Спиральная сварка труб получает большое распространение при производстве труб сопротивлением, токами радиочастоты и аргонодуговой сваркой. На  219 приведена схема производства епиральношовных труб с замковым швом. Сварка сопротивлением осуществляется током частотой 50 гц. Между свариваемыми внахлест кромками ленты вводится проволока. Это приводит к резкой концентрации тепловыделений в зоне сварки и удлиняет очаг сварки. В связи с этим при частоте тока 50 гц скорость сварки составляет 25—30 м/мин. Таким способом можно изготовлять трубы диам. от 55 до 820 мм с толщиной стен ки не более 1 мм. Общий вид установки показан на  220. Транспортная масса установки всего 12 т.

Как уже отмечалось, основным недостатком дуговой спиральной сварки является ее низкая скорость —до 2 м/мин. Использование для сварки тока радиотехнической частоты позволяет резко диаметра, то прежде всего необходимо иметь в виду широкое развитие спиральной сварки труб с использованием тока радиотехнической частоты.

 принципиальная схема радиочастотной сварки труб со спиральным швом,. При свертке листа по спирали в месте схождения кромок образуется V-образный угол: одна из сторон этого угла прямолинейна (кромка подаваемой полосы), а вторая криволинейна (кромка трубной заготовки). Угол схождения кромок может быть установлен таким, чтобы обеспечивался эффективный нагрев их током радиотехнической частоты. Подвод тока осуществляется с помощью скользящих контактов. Так как

длина сходящихся кромок различна, равномерность нагрева кромок достигается соответствующей конструкцией контактов. Для получения надежного сварного соединения должно быть создано необходимое давление на кромки. На  221 показаны возможные способы создания такого давления. В двух способах (2 и 3) обязательным является превышение кромок (нахлест). При третьем способе сварки (/) необходимо создать боковое давление. Последнее представляет сложную конструкторскую задачу, в связи с чем этот способ пока не осуществлен.

Работами, проведенными на Электростальском заводе тяжелого машиностроения, во ВНИИМЕТМАШ и Научно-исследовательском институте токов высокой частоты (г. Ленинград), доказана возможность получения прочных соединений при спиральной сварке труб с толщиной стенки до 10—14 мм.

В настоящее время спиральная сварка труб током радиотехнической частоты успешно освоена при производстве тонкостенных труб диаметром до 820 мм и с толщиной стенки до 1 мм. Сварка кромок происходит внахлест ( 221,2). Это придает большую

жесткость тонкостенным трубам, а они не нуждаются в дополнительной калибровке и правке.

Для радиочастотной сварки тонкостенных труб отпадает и необходимость введения проволоки между кромками (см.  219). Введение проволоки, необходимое при сварке сопротивлением, ухудшает качество сварного шва. Поэтому в настоящее время спиральную сварку сопротивлением заменяют радиочастотной сваркой.

Необходимо отметить, что спиральная сварка является единственным методом получения сварных труб большого диаметра с отношением > 100. При сварке с прямым швом обычно не удается получать трубы с таким отношением. Кроме того, при этом требуются очень большие затраты на технологическую оснастку, так как меняется весь рабочий инструмент при переходе на трубу другого размера. Качество прямошовных труб по геометрическим размерам очень низко и необходима дополнительная правка и калибровка труб.

Применение аргонодуговой сварки дает возможность изготовлять тонкостенные спиральношовные трубы из коррозионностой- кой стали. Этим способом изготовляют трубы из нержавеющей стали диам. от 80 до 500 мм с толщиной стенки от 1,25 до 5 мм.