Производство труб
Производство труб (трубное производство)
Развитие трубного производства характеризуется не только цифрами количественного роста, но и значительными качественными изменениями. Непрерывно увеличивается выпуск труб из легированных сталей, в том числе из коррозионностойких (нержавеющих) и жаростойких (окалиностойких) сталей, труб с повышенной прочностью.
Расширяется сортамент выпускаемых труб как по их диаметру, так и по выпуску более трудоемких тонкостенных и особо тонкостенных труб; увеличивается выпуск различных фасонных труб и труб с переменным по длине сечением.
Трубы разделяют на бесшовные и сварные. Соотношение объемов производства труб той или другой категории в различных странах неодинаково: в одних преобладает выпуск сварных труб, а в других преимущественно выпускают бесшовные трубы. Благодаря успехам, достигнутым в области сварки, сварные трубы по прочности не уступают бесшовным. Вместе с тем следует иметь в виду, что стоимость исходного листового проката для производства сварных труб может быть выше стоимости сортового металла, а отдельные виды труб (например, толстостенные) технологически могут изготовляться только бесшовными.
Трубы для магистральных трубопроводов (для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих продуктов) диаметром от 426 до 1625 мм изготовляют электросваркой с прямым или спиральным швом. С целью использования более узкого исходного листа трубы большого диаметра иногда делают с двумя продольными швами.
Водо-газопроводные трубы диаметром от 10 до 165 мм имеют наиболее массовое потребление, и поэтому они должны быть дешевыми. Экономичным способом их изготовления является непрерывная печная сварка. В последнее время успешное освоение индукционной сварки труб с последующим бесконечным редуцированием (уменьшением диаметра трубы) сделало этот способ производства конкурентоспособным с непрерывной печной сваркой труб.
Водо-газопроводные трубы
могут выпускаться
Нефтяные трубы (обсадные, бурильные, насосно-компрессорные) используют в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей (крекинговые, нефтепроводные и др.) промышленности. Подавляющее количества этих труб изготовляют бесшовными.
Обсадные, бурильные и
насосно-компрессорные трубы
Трубы
для теплоэнергетических установок
выпускают бесшовными из углеродистой,
легированной и высоколегированной (коррозионностойкой
и жаростойкой) сталей.
Трубы
для химической промышленности используются
в различных аппаратах и установках, и
в зависимости от условий эксплуатации
они также могут быть бесшовными или сварными.
В машиностроении, авиации, автотракторостроении, в гражданском и промышленном строительстве и других отраслях народного хозяйства широко используются конструкционные трубы из разных сталей, цветных металлов и сплавов, которые тоже изготовляют бесшовными или сварными.
Сварные трубы
Сварные трубы находят все большее применение в различных областях промышленности.
Современные методы сварки обеспечивают прочность сварного шва не ниже, чем прочность основного металла. Это позволяет использовать сварные трубы и там, где раньше применяли только бесшовные. Поэтому доля сварных труб в общем объеме производства труб значительно увеличилась и продолжает увеличиваться.
При использовании современных методов производства сварных труб уменьшаются капиталовложения, а стоимость передела таких труб ниже, чем стоимость передела бесшовных труб.
Сварные трубы широко применяют в качестве магистральных трубопроводов, главным образом для передачи на большое расстояние газа, воды, нефти и др. Конструкционные сварные трубы используют в машиностроении. В сельском хозяйстве их используют в оросительных системах. Коммуникационные трубы для гражданского строительства изготовляют только сварными (водопроводные и газопроводные трубы). Все в больших масштабах используют сварные трубы и в энергетике, в том числе в атомной.
Сварные трубы производят двумя основными методами: печной сваркой и электросваркой. Электросварные трубы изготовляют контактной, индукционной и дуговой сваркой. Можно отметить еще два других метода сварки: газовую и газоэлектрическую. Однако эти методы имеют ограниченное применение и используют их только для изготовления труб из высоколегированных сталей, сплавов и таких металлов, как цирконий, тантал, молибден и др.
Как правило, сварные трубы изготовляют из низкоуглеродистой и низколегированной сталей. Исходным материалом для изготовления сварных труб служат горячекатаный штрипс и холоднокатаная лента в рулонах, широкая горячекатаная полоса в виде листов мерной длины, а также в рулонах. Заготовку для сварных труб производят наиболее прогрессивными методами, используя непрерывную прокатку.
Сварные трубы по сравнению с бесшовными изготовляют с более тонкой стенкой и с меньшими отклонениями по толщине (меньшая разностенность). Так, бесшовная горячекатаная труба может быть с толщиной стенки не ниже 9 мм с допуском по стенке —1,35 и +1,12 мм; в то же время сварная прямошовная труба диаметром 426 мм может изготовляться с толщиной стенки 6 мм с допуском по стенке +0,4 и —0,6 мм. Из этого ясно, что там, где по условиям службы допустим сварной шов, преимущества сварных труб очевидны.
Непрерывная печная сварка труб
Процесс формовки и сварки штрипса в трубу на непрерывных станах печной сварки осуществляется валками.
При формовке трубной заготовки на непрерывных станах в кромках штрипса возникают продольные растягивающие напряжения. Любая точка поперечного сечения очага деформации, за исключением середины штрипса, получает как продольное, так и поперечное (свертка) движение.
Траектория движения любой точки представляет собой пространственную кривую. Точки сечения проходят неодинаковый путь из-за их различного перемещения в поперечном направлении. Наибольший путь проходят точки, расположенные на кромках штрипса. Различие в пути компенсируется благодаря удлинению волокон в продольном направлении под действием растягивающих напряжений. Поэтому возникающие напряжения максимальны в кромках и по мере приближения к центральной продольной части штрипса должны уменьшаться до нуля.
Исходная ширина и толщина штрипса зависят от того, имеется ли в составе агрегата редукционный стан. Если редукционный стан отсутствует (агрегаты старой конструкции), то толщину штрипса обычно принимают равной толщине стенки готовой трубы. Ширина штрипса в этом случае зависит от обжатия в клетях формовочно-сварочного стана и на калибровочном стане.
Заготовку для сварных труб изготовляют из низкоуглеродистых мартеновской и бессемеровской сталей. Основным дефектом при сварке и прокатке сварных труб из резаных штрипсов является вскрытие расслоя из-за значительной химической неоднородности слитка. В настоящее время для получения штрипса с резаными кромками применяют полуспокойные стали , а также химически закупоренную сталь с содержанием марганца.
Условия нагрева штрипса оказывают большое влияние на качество сварки. Основная особенность нагрева штрипса при непрерывной печной сварке — неравномерное распределение температуры по сечению. Кромки штрипса нагревают до температуры, которая значительно выше, чем температура его середины, благодаря чему можно создавать более высокое давление в сварочном калибре и тем самым повысить качество сварки. Более низкая температура в средней части способствует также сохранению прочности штрипса, достаточной для того, чтобы он выдержал усилие растяжения, которому подвергается при транспортировке через печь.
При движении штрипса через печь могут происходить его обрывы. Как правило, обрывы происходят в зоне максимального нагрева или у первой пары валков формовочно-сварочного стана. Причинами обрыва могут быть: пережог штрипса; некачественный стык концов штрипсов; местные дефекты штрипса (расслой, закаты, включения, надрезы и т. п.); резкое увеличение скорости прокатки.
Для восстановления нормального процесса производства необходимо освободить печь от оборванного штрипса и заправить ее снова. После этого у переднего конца штрипса обрезают передвижными ножницами углы и приваривают к нему на стыкосварочной машине «иглу» (длинный стержень). Задающим механизмом иглу проталкивают через печи. Дальнейшее перемещение иглы и штрипса осуществляется канатной лебедкой. После прохождения через формовочно-сварочный стан летучие ножницы отрезают иглу от штрипса и стан переходит на непрерывный режим работы .
Для улучшения качества сварки целесообразно иметь больший перепад температуры между кромками и серединой штрипса. Это можно достигнуть путем применения острофакельных горелок и увеличения скорости нагрева, т. е. созданием возрастающего режима нагрева (от входа и выхода). Однако это приводит к значительному сокращению срока службы огнеупоров. В настоящее время в нагревательных печах применяют равномерный режим нагрева и поддерживают в них нейтральную атмосферу, что обеспечивает более качественную сварку.
Шов на трубах непрерывной печной сварки имеет вид продольного углубления на внутренней поверхности. На наружной поверхности углубление встречается реже. Углубление является следствием непровара кромок штрипса по высоте и имеет размеры: ширину от 0,2 до 1,5 мм и по глубине от 0,3 до 0,5 мм. Продолжением непровара является включение окалины, которая может располагаться на глубину до 0,3 мм. Суммарную степень непровара (сумма глубин наружной и внутренней канавок и плюс сумма длин включений окалины) оценивают в процентах от номинальной толщины стенки трубы. Практически степень непровара колеблется в пределах от 2 до 30%.
Редуцирование труб значительно уменьшает степень непровара и тем самым повышает прочность сварных труб. При редуцировании не уменьшается лишь количество включений окалины в шве, зависящее от режима обдувки
При повышении температуры сварки прочность шва увеличивается только до определенной предельной температуры, зависящей от состава стали. При превышении этой температуры начинается частичное расплавление более легкоплавких структурных составляющих стали, что делает невозможным сварку давлением без расплавления поверхности свариваемых кромок. Область температур печной сварки труб в стык, ограниченная условиями процесса (возможной неравномерностью нагрева, достигаемым сварочным давлением и состоянием кромок), значительно меньше области температур обычной сварки под давлением.
После выхода трубы из редукционного стана происходит вторичное ускоренное охлаждение трубы в камерах с душирующими устройствами от 1050 до 850 °С. Вторичное охлаждение нужно для того, чтобы избежать значительного образования окалины после калибровки трубы. Далее трубы поступают на автоматические поточные линии отделки — порезки на мерные длины и нарезки (накатки) резьбы на концах трубы. Часть труб проходит горячее цинкование. Водогазопроводные трубы подвергают технологическому испытанию на загиб и гидравлическому испытанию. Обычно водогазопроводные трубы испытывают на гидравлическое давление.
Для обеспечения безопасной работы на стане непрерывной печной сварки труб наряду с общими правилами по технике безопасности необходимо, чтобы:
1) стыкосварочная машина и пилы
для резки труб были снабжены
защитными экранами для
2) яма петлеобразователя имела надежное ограждение. Подающее устройство должно иметь блокировку, исключающую возможность разрыва ленты;
3) петлевые столы были огорожены
предохранительными барьерами
4) вентиляторы для подачи дутья в печь и воздуходувки, подающие воздух для обдувки кромок, были установлены в отдельном помещении для уменьшения шума в цехе;
5) на формовочно-сварочном стане
применялась водяная завеса
6) пила резки труб имела
7) приемные устройства
Электросварка труб
Основными технологическими операциями при производстве труб электросваркой являются: формовка трубной заготовки, сварка и редуцирование (калибровка) сваренной трубы. Эти технологические операции связаны в один цикл и осуществляются непрерывно. Формовку листа (штрипса) осуществляют на непрерывных формовочных станах, имеющих клети с горизонтальными и вертикальными валками.
На этих станах кромки сформованной в трубу заготовки нагреваются и свариваются. Далее производят редуцирование и калибровку трубы.
Станы для электросварки труб выполняют одни и те же технологические операции и различаются только по способу нагрева кромок. Так, на этих станах производят сварку: радиочастотную (ток радиотехнической частоты подводится как контактно, так и индуктивно); сопротивлением переменным током (контактный подвод тока с частотой 150—450 гц) индукционную (токами высокой частоты); сопротивлением постоянным током и дуговым нагревом кромок неплавящимся электродом.
Контактной электросваркой с нагревом кромок сваривают трубы диаметра 6—630 мм и толщиной стенки 0,5—8 мм, используемые главным образом в качестве конструкционных (до диаметра 168—219 мм) и нефтегазопроводных (диаметра более 114 мм). Очевидные преимущества этого метода —резкое расширение возможностей в трубоэлектросварочном производстве с точки зрения материалов, значительное увеличение скорости сварки уменьшение грата, возможность сварки труб из горячекатаной полосы, все это сделало целесообразным перевод большого числа действующих трубоэлектросварочных станов на сварку токами высокой частоты. Большинство из вновь введенных в эксплуатацию трубосварочных установок имеет высокочастотное сварочное оборудование.
Нагрев кромок и сварка трубной заготовки токами высокой частоты. Применение тока частотой 450—500 кгц для сварки труб основано на том, что ток при этой частоте идет не по пути наименьшего сопротивления, а по пути наименьшей индукции. Ряд физических явлений, связанных с протеканием токов высокой частоты, позволяет осуществлять чисто поверхностный нагрев при выделении энергии в весьма тонком слое металла, лежащем на свариваемых поверхностях. Подвод высокой частоты к кромкам трубной заготовки осуществляется двумя способами: контактным и индукционным. При контактном методе сварки ток, подводимый к сформованной трубной заготовке, имеет два основных направления в цепи нагрузки.
При радиочастотной сварке труб электрический ток, проходящий по кромкам трубной заготовки, благодаря эффекту близости и поверхностному эффекту концентрируется непосредственно на соединяемых поверхностях. С увеличением частоты тока эффект близости и поверхностный эффект усиливаются, вследствие чего обеспечивается максимальная концентрация тока на кромках трубной заготовки.
Сварка труб токами радиотехнической
частоты характеризуется
Виды брака при производстве электросварных труб:
1. Поперечные трещины в сварном
соединении, вызванные недостаточным
нагревом металла в процессе
сварки или незначительной
2. Смещение кромок трубной
3. Вмятины на поверхности трубы,
образующиеся в результате
4. Выход трубы из допусков по наружному диаметру. Причиной этого является неправильная настройка валков калибровочного стана или неправильный расчет ширины ленты для трубы данного размера.
5. Поджоги на поверхности трубы
(при контактном способе
При работе необходимо соблюдать следующие дополнительные правила техники безопасности:
1) у барабана моталки ограждение
изготавливается из густой
2) запрещается находиться во время работы стана между его приводной и рабочей сторонами;
3) запрещается направлять по
ходу ленту в валки стана
руками или каким-либо
4) стыкосварочная машина имеет
соответствующее ограждение
5) зачищать формующие или
6) извлекать «нагар»,
7) съем и уборка грата должны быть механизированы. Оттягивать стружку наружного грата можно только металлическим крючком (в момент снятия грат имеет температуру 800—900 °С);
8) вдоль стана устанавливается
ходовой настил. В районе сварочного
узла пол и плита стана должны
быть покрыты изолирующими
9) высокочастотные установки для
сварки труб должны иметь
Сварка труб методом сопротивления
При контактной сварке методом сопротивления
электрический ток подводится к
сформованной трубной заготовке
посредством вращающихся
Электродные кольца и сварочные валки создают замкнутый калибр. Под действием усилий со стороны сжимающих валков и электродных колец кромки трубной заготовки сближаются.
Через электродные кольца к заготовке подается электрический ток напряжением в несколько вольт и силой, достигающей десятка тысяч ампер.
Сопротивление стыка кромок трубной заготовки значительно больше, чем сопротивление трубы, в связи с чем происходит на них преимущественный нагрев кромок. При этом под давлением опорно-сварочных валков и электродных колец нагретые кромки привариваются друг к другу.
Участок контакта кромок от точки их схождения до плоскости осей опорно-сварочных валков, на котором осуществляется сварка, называется очагом сварки. Так как сварка кромок осуществляется не некоторой длине, каждая точка кромок находится в очаге сварки некоторое время. Время нахождения точки кромок в очаге сварки зависит от его длины и скорости сварки. Вместе с тем при данной частоте сварочного тока оно должно быть не меньше определенной величины, так как при времени нагрева, меньшем четверти периода сварочного тока, отдельные участки будут попадать в место с максимумом силы сварочного тока и получать удовлетворительную сварку, а другие участки, на которые будет приходиться минимум сварочного тока, могут оказаться несваренными. Следовательно, качественную сварку можно осуществить либо путем увеличения длины очага сварки, либо путем снижения скорости сварки, или путем повышения частоты сварочного тока.
При контактной сварке труб методом сопротивления переменным током следует рассматривать два принципиально различных процесса: первый — при сварке со скоростью ниже критической, когда сваривание кромок происходит без следов оплавления, и второй — при сварке со скоростью выше критической, когда возникает непрерывное или чередующееся оплавление металла.
Значительную часть
Трубы, сваренные постоянным током, отличаются высоким ка- . чеством, имеют минимальный грат (высотой 0,15—0,25 мм), не уступают бесшовным и используются в автотракторной промышленности в качестве трубопроводов.
Индукционная сварка труб
Индукционную сварку труб применяют для производства водо-газопроводных и конструкционных труб диаметром от 21,5 до 219 мм. Для нагрева кромок трубной заготовки используют прямолинейные индукторы с магнитопроводами, предназначенными для концентрации магнитного потока. Кромки трубной заготовки проходят в непосредственной близости к индуктору и нагреваются до сварочной температуры. Магнитный поток, создаваемый током индуктора, пересекает трубную заготовку перпендикулярно ее поверхности.
Ток, индуктируемый в трубной заготовке, протекает вдоль ее кромок. Ток не проходит через стык кромок, поэтому создается возможность изготовлять индукционной сваркой трубы из горячекатаной полосы с катаными кромками без специальной обработки ее поверхности и торцов.
Продольная сварка труб при нагреве прямолинейным индуктором осуществляется в пластическом состоянии без доведения металла до расплавления.
Для обеспечения качественной сварки ширина зоны разогрева на одну кромку должна быть не более 0,5—1,0 толщины стенки. При большей ширине зоны разогрева сечение трубы может потерять устойчивость. Ширина индуктирующего провода должна быть на 20% больше двойной ширины зоны разогрева. Минимальная ширина индуктирующего провода 10 мм. Этим определяется и ширина зоны разогрева. Поэтому качественная сварка труб с помощью прямолинейных индукторов возможна при толщине стенки не менее 1,5 мм.
При сварке трубы образуется довольно большой наружный и несколько меньший внутренний грат. Наружный грат удаляется обычным резцовым устройством. Удаление внутреннего грата представляет собой трудную задачу и его, как правило, не удаляют. Для уменьшения внутреннего грата целесообразно применять штрипс с резаными кромками. Это позволяет вести процесс сварки более стабильно благодаря меньшему допуску по ширине штрипса. Для уменьшения внутреннего грата целесообразно также снимать фаску со стороны внутренней поверхности. При этом прочность шва не уменьшается, а внутренний грат практически отсутствует.
ВНИИМЕТМАШ разработал и впервые осуществил в нашей стране индукционную сварку труб с последующим непрерывным редуцированием, что повышает экономическую эффективность процесса и делает его конкурентоспособным с процессом непрерывной печной сварки. Следует еще учесть, что при индукционной сварке качество шва получается значительно выше, что позволяет использовать полученные трубы для более ответственного назначения.
Аргонодуговая сварка труб
Дуговую сварку с защитой дуги инертным газом (аргоном или гелием) применяют для производства тонкостенных труб (с прямым швом) диаметром 15—426 мм и толщиной стенки 0,2—5 мм из высоколегированных сталей аустенитного класса, а также из никеля и его сплавов, магния, циркония и др. Наибольшее распространение такая сварка получила для выпуска труб диаметром от 6 до 71 мм с толщиной стенки от 0,4 до 3,0 мм.
Существенным преимуществом
В качестве исходной заготовки при этом методе сварки труб применяют ленту в рулонах. Оборудование для подготовки и формовки заготовки принципиально не отличается от описанного выше для сварки труб сопротивлением и радиочастотной.
Аргонодуговая сварка труб может производиться на тех же трубоэлектросварочных агрегатах, что и радиочастотная сварка и сварка сопротивлением. Заменяют лишь радиочастотный ламповый генератор или сварочный трансформатор на соответствующее устройство для дуговой сварки. При этом соответственно снижается и скорость привода установкой специальных редукторов.
Применение аргона в качестве защитного газа обеспечивает более устойчивое горение сварочной дуги, лучшую защиту сварного соединения и меньшее провисание металла шва по сравнению с гелием, так как потенциал ионизации гелия выше, а плотность меньше, чем у аргона. Поэтому применение аргона для сварки труб из нержавеющей стали, титана и др. более целесообразно.
Особое внимание при аргонодуговой сварке труб уделяют чистоте кромок. Кроме этого, при производстве труб из цветных металлов (титан, ниобий и т. д.), а также из высоколегированных сталей особенно следят за хорошей чистотой поверхности трубы. В связи с этим для уменьшения налипания металла валки последних клетей формовочного стана иногда выполняют составными.
Трубы, сваренные этим способом, в основном предназначены для химической промышленности. Поэтому после сварки их подвергают холодной прокатке и волочению, последующей термической обработке для полного выравнивания свойств шва и основного металла. Это повышает коррозионную стойкость шва.
Аргонодугсвая сварка в сравнении с другими известными способами сварки труб из легированных сталей имеет следующие преимущества:
1) полная защита металла и
электрода от окисляющего
2) возможность работы без
3) устойчивость горения дуги, что
облегчает осуществление
4) высокие механические свойства
и коррозийная стойкость
5) безопасность напряжения свароч
Дуговая сварка труб большого диаметра
Дуговой сваркой (под слоем флюса)
производят главным образом трубы
большого диаметра, предназначенные
для магистральных
По направлению шва трубы разделяют с прямым швом и со спиральным швом.
При изготовлении труб дуговой сваркой под слоем флюса с прямым швом в качестве исходной заготовки применяют горячекатаную листовую сталь мерной длины, а со спиральным швом — горячекатаную листовую сталь в рулонах.
В настоящее время для получения прямошовных труб широкое распространение получил способ формировки на прессах.
Технологический процесс изготовления прямошовных труб большого диаметра состоит из трех стадий: подготовки и формовки листа; сварки труб и их отделки.
При производстве труб дуговой сваркой под слоем флюса необходимо соблюдать следующие правила безопасной работы:
1) для удобного и безопасного
обслуживания кромкострогаль-
2) для удаления пыли и мелкой окалины кромкогибочный стан нужно оборудовать эффективной пылеотсасывающей вентиляцией;
3) пульты управления сварочными станами следует располагать в удобных и безопасных местах, позволяющих вести наблюдение за свариваемой трубой;
4) на рабочих площадках возле
электросварочных агрегатов
5) уборка флюсовой пыли должна
быть механизирована с
6) для удаления пыли, мелкой окалины
и вредных паров и газов,
выделяющихся при очистке,

- Производство трубной продукции
- Производство угля
- Производство уксусной кислоты
- Производство уксусной кислоты
- Производство фанеры
- Производство фанеры
- Производство фармупаковки
- Производство тепловозов марки ТЭМ1
- Производство титана
- Производство тканей
- Производство товаров и услуг
- Производство товаров народного потребления
- Производство топлива из автомобильных шин
- Производство трикотажных изделий