Производство труб

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 высокой  степенью концентрации энергии при  нагреве металла. Нагрев осуществляется за десятые или даже сотые доли секунды.

Виды брака при производстве электросварных труб:

1. Поперечные трещины в сварном  соединении, вызванные недостаточным  нагревом металла в процессе  сварки или незначительной величиной  давления в сварочном узле.

2. Смещение кромок трубной заготовки  при сварке. Причиной смещения кромок являются: биение сварочных валков в вершинах калибра; несимметричная настройка сварочных валков относительно продольной оси трубы, в результате чего шов в процессе сварки попадает под бурт одного из сварочных валков; неравномерный нагрев кромок и неудовлетворительная настройка формовочного стана.

3. Вмятины на поверхности трубы,  образующиеся в результате налипания  металла на валки.

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 подвода  энергии). Причиной поджогов могут  быть неверная заточка и установка  вольфрамовых контактов на  трубной заготовке, а также налипание на контакты металлической пыли.

При работе необходимо соблюдать следующие  дополнительные правила техники безопасности:

1) у барабана моталки ограждение  изготавливается из густой сетки  во избежание травмирования рабочих  разлетающимися концами порезанной ленты;

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 инструментом (клещами, вилками). Подправлять конец ленты можно только в том случае, если стан выключен;

4) стыкосварочная машина имеет  соответствующее ограждение для  защиты от разлетающихся искр  при сварке;

5) зачищать формующие или вертикальные  валки можно лишь против вращения  и только при помощи приспособления;

6) извлекать «нагар», образовавшийся  между электродами, можно только  при отключенном стане;

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 ковриками;

9) высокочастотные установки для  сварки труб должны иметь предохранительные  устройства для защиты работающих от вредного влияния электромагнитных волн высокой частоты.

Сварка труб методом  сопротивления

При контактной сварке методом сопротивления  электрический ток подводится к  сформованной трубной заготовке  посредством вращающихся электродных  колец, являющихся составной частью вращающегося сварочного трансформатора.

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 электросварных труб, применяемых в условиях, где  не требуются высокие прочностные свойства сварного шва, можно сваривать со скоростью выше критической (сварка с оплавлением кромок). Такие трубы могут использоваться в системах с низким давлением, в конструкциях, где трубы работают на растяжение или сжатие, и т. п.

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 метода аргонодуговой сварки является возможность сварки труб из высоколегированных сталей, а недостатком — сравнительно низкие скорости сварки: 0,5— 1,5 м/мин.

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 воздействия  кислорода воздуха;

2) возможность работы без специальных  электродных покрытий, флюсов и  последующей очистки шва от флюсов и шлаков;

3) устойчивость горения дуги, что  облегчает осуществление непрерывного  процесса сварки;

4) высокие механические свойства  и коррозийная стойкость сварного  шва, а также хороший внешний  вид;

5) безопасность напряжения сварочного тока как при холостом ходе, так и при горении дуги.

Дуговая сварка труб большого диаметра

Дуговой сваркой (под слоем флюса) производят главным образом трубы  большого диаметра, предназначенные  для магистральных трубопроводов  газа, нефти и нефтепродуктов.

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-ной  машины возле нее должны быть  устроены площадки с лестницами  и перилами. Осмотр листов во  время работы кромкостроальной машины следует производить со специальных площадок;

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 должны  быть уложены электроизолирующие  настилы;

5) уборка флюсовой пыли должна  быть механизирована с использованием  пылевытяжной вентиляции;

6) для удаления пыли, мелкой окалины  и вредных паров и газов,  выделяющихся при очистке, зачистке, формовке и сварке листов, а  также при обработке труб на  станках, необходимо применять  эффективно действующую вытяжную  вентиляцию. Контроль за работой вентиляции следует производить путем регулярного отбора проб воздуха на содержание вредных газов, паров и пыли.