Автор: редакционная статья

Категории: трубное производство

СВАРНЫЕ ТРУБЫ. ПРОИЗВОДСТВО СВАРНЫХ ТРУБ: ЭЛЕКТРОСВАРКА И НЕПРЕРЫВНАЯ ПЕЧНАЯ СВАРКА

Об особенностях изготовления и применения сварных труб в промышленности.

Сварные трубы стали все чаще применяться в разных отраслях промышленности. Разработанные новые методы сварки позволяют получить прочность сварного шва, не уступающую  прочности основного металла. Это дает возможность применять сварные трубы и там, где раньше речь шла  только о бесшовных трубах. Поэтому процент данного вида металлопроката в общем объеме производства значительно увеличился и сохраняет тенденцию к увеличению.
Использование новых способов производства позволяет уменьшить капиталовложения и стоимость передела сварных труб по сравнению со стоимостью передела бесшовных труб.
Данные трубы широко применяются в качестве магистральных трубопроводов, а также в машиностроении, сельском хозяйстве, гражданском строительстве, энергетике, в том числе и атомной.
Их изготовляют двумя основными методами – печная сварка и электросварка. Для получения электросварных труб осуществляется контактная, индукционная, и дуговая сварка. Также используют газовую и газоэлектрическую сварку. Однако вышеперечисленные методы имеют узкое применение и используются только с трубами из высоколегированных марок стали, сплавов, а также циркония, тантала, молибдена и пр.  
При производстве данного вида труб обычно используют низкоуглеродистую и низколегированную сталь. К исходным материалам относят горячекатаный штрипс, рулоны холоднокатаной ленты, мерные листы и рулоны широкой горячекатаной полосы. Заготовка  для сварных труб производится наиболее прогрессивными методами, например непрерывной прокаткой. У сварных труб по сравнению с бесшовными трубами более тонкие стенки и меньшие отклонения по толщине. К примеру, бесшовная горячекатаная труба, у которой диаметр равен 426 мм, может иметь толщину стенки не меньше 9 мм и допуск по стенкам –1,35 и +1,12 мм. В то же время сварные прямошовные трубы с таким же диаметром могут иметь толщину стенки 6 мм и допуск по стенкам +0,4 и  -0,6 мм.  Это показывает преимущество эксплуатации сварных труб там, где по условиям работы допускается наличие сварного шва.

Непрерывная печная сварка
Особенности технологического процесса производства труб методом непрерывной печной сварки (рис.1). Рулоны горячекатаного штрипса  (1)  консольно-поворотным краном (2) устанавливаются на разматыватель (3). После разматывателя штрипс поступает на правку роликовой правильной машиной (4). Каждый следующий рулон и конец предыдущего рулона свариваются стыкосварочной машиной (6). Перед тем, как проводить сварку, концы рулонов обрезают ножницами (5). В целях достижения непрерывности  сварки труб во время сваривания концов штрипса делают петлю (7) между располагающимися за стыкосварочной машиной и петлеобразователем (8) тянущими роликами. За этим петлеобразователем делают вторую петлю (9),  постоянный размер которой обеспечивается регулятором (10).  Благодаря этому натяжение штрипса остается неизменным при воздействии высокой температуры в печи (11). Далее,  как  нагрев произведен, проводится формовка и сварка кромок штрипса на формовочно-сварочном стане (12). Из этого стана трубы поступают на редукционной стан (13). Затем в работу включается калибровочный стан (14), где осуществляется калибровка труб по наружному диаметру. После калибровки трубы разрезаются на несколько  частей летучей пилой (15). Установленный на рольганге за пилой выбрасыватель переправляет трубы к охладительному столу (16), где происходит их охлаждение до 50-80 ºС.
Когда процесс полного охлаждения на столе пройден, трубы  специальным распределительным механизмом подаются на станы холодной правки, а после них на торцовку, гидравлическое испытание, нарезку концов, навертку муфт, окраску либо оцинковку. Когда все закончено, они взвешиваются и отправляются покупателю.

Рис.1  Технологический процесс производства сварных труб непрерывной печной сваркой

Подготовку штрипса на новом стане непрерывной печной сварки осуществляют в поточной линии при скорости движения полосы разматывателя более 200 м/мин.  С помощью транспортера рулоны (1) поступают по очереди на устройство, где их подготавливают и разматывают для дальнейшей обработки. Бесконечная цепь данного транспортера осуществляет прерывистое движение от электродвигателя. Для установки рулонов в звеньях цепи имеются гнезда.
Конструкция устройства для выполнения этих операций предусматривает наличие приводных (2) и тянущих(3) роликов, при помощи которых конец рулона устанавливается перед рычагом (4). Отогнутый этим рычагом, он подается в правильную машину (5). Установленные за правильной машиной ножницы (6) служат для обрезки концов рулона и вырезают бракованные сварные стыки. Задний конец предыдущего рулона на сварочной машине (7)  сваривается (путем оплавления) в стык с передним концом следующего рулона. Далее приваренные концы рулонов протягиваются тянущими роликами (9) через стыкосварочную машину и гратосниматель (8). 

Рис.2  Линия подготовки штрипса

Станы последних конструкций оснащены ямным петлеобразователем. При работе на открытом столе достигается большая скорость нагона петли, и это приводит к тому, что полоса очень часто спутывается, и как следствие, падает производительность стана. В связи с этим при работе с настольным петлеобразователем требуется непрерывное наблюдение, что и побудило производителей перейти на станы с ямными петлеобразователями, которые более надежны в эксплуатации.          
Применяется два основных типа станов для формовочно-сварочных операций, они различаются по виду привода  -  общий привод и индивидуальный привод каждой клети.  Станы с индивидуальным приводом клетей обладают значительными преимуществами перед станами с групповым приводом – появляется возможность использовать валки одного и того же диаметра для всех клетей, с большей точностью подбирать скорость для труб различных параметров, корректировать неточности при изготовлении или при настройке валков и т.д.
Редукционный стан – зависимо от параметров прокатываемых труб имеет из 10-14 клетей, из которых 5-7 это горизонтальные клети, и 5-7 вертикальные. Клети этих двух станов (редукционного и формовочно-сварочного) унифицированы.
Калибровочный стан имеет три клети, из которых две крайние являются горизонтальными, а третья, средняя – вертикальной.  Горизонтальные и вертикальные клети тоже прошли унификацию с клетями других станов.
Все валки являются взаимозаменяемыми и при переточках перемещаются с клети на клеть против хода прокатки. Это позволяет значительно уменьшить расход валков.
В более поздних конструкциях станов неприводными являются все нижние валки клетей с горизонтальными валками и все левые (по ходу металла) валки клетей с вертикальными валками. Настойка клетей осуществляется перемещением только вторых валков. Это во многом позволило упростить конструкцию станов.
Разрезание труб осуществляется летучей пилой. Основа её конструкции  - это непрерывно вращающийся в горизонтальной плоскости планетарный редуктор, оснащенный имеющими режущий механизм каретками на обоих вертикальных валах.

Электросварка
К главным технологическим операциям в процессе производства труб методом электросварки относят формовку обрабатываемой заготовки, сварку и редуцирование (калибровку) сваренной трубы. Данные технологические выполняются непрерывно в одном цикле.
Формовка листа осуществляется с помощью непрерывных формовочных станов, оборудованных клетями с горизонтальными и вертикальными валками. Здесь происходит нагревание и сваривание кромок сформованной в трубу заготовки. Далее осуществляется редуцирование и калибровка трубы.
На станах для электросварки труб повторяются одинаковые технологические операции, отличается только способ нагрева кромок. Существует радиочастотная сварка, индукционная, сопротивлением током (переменным и постоянным), сварка путем дугового нагрева кромок неплавящимся электродом. При радиочастотной сварке ток радиотехнической частоты могут подводить и контактно, и индуктивно, при индуктивной ток имеет высокую частоту, сварка сопротивлением переменным током означает контактный подвод тока, имеющего частоту 150-450 гц.

Рис.3  Производство электросварных труб большого диаметра

Рис.4  Стальные электросварные трубы

Контактную электросварку с нагревом кромок применяют для сваривания труб диаметром 6 - 630 мм и толщиной стенки 0,5 - 8 мм. Они используются главным образом как конструкционные и нефтегазопроводные трубы.
Среди преимуществ этого метода сварки – резкое расширение возможностей с точки зрения материалов, увеличенная скорость сварки, снижение грата, возможность использования горячекатаной полосы для сварки труб. Это все мотивировало  перевести большее число работающих трубоэлектросварочных станов на сварку высокочастотными токами. Многие из вновь введенных в эксплуатацию установок обладают высокочастотным сварочным оборудованием.
Сварке токами радиотехнической частоты свойственна большая степень концентрации энергии во время нагрева металла. Нагрев происходит меньше чем за секунду. К примеру, в процессе сварки труб из углеродистых сталей со стенками толщиной 1,5 - 2,0 мм реальная скорость производства равна 60 м/мин. Если установить контакты в 40 мм от места сварки, то нагрев будет выполнен за 0,04 секунды.
При прохождении по кромкам трубной заготовки во время радиочастотной сварки электрический ток концентрируется конкретно на соединяемых поверхностях. Это обусловлено эффектом близости и поверхностным эффектом. При увеличении частоты тока увеличиваются и эти эффекты, из-за чего получают максимальную концентрацию тока на кромках обрабатываемой заготовки.

Источники:

1. Ю.Ф. Шевакин, А.З. Глейберг - Производство труб;

2. Ю.Ф. Шевакин, Ф.С. Сейдалиев – Станы холодной прокатки труб.