Производство применение и защита труб

Сварные трубы подразделяются:

• на электросварные, изготовляемые различными методами электрической сварки кромок цилиндрической трубной заготовки, сформованной в холодном состоянии из исходной ленты, полосы или листов путем пластического изгиба. Эти трубы производятся с прямым или спиральным швом (прямошовные или спирально- шовные) ;
• печной сварки, получаемые только прямошовным путем сдавливания и сварки кромок трубной заготовки, сформованной из предварительно нагретого в печи штрипса;
• электросварные холоднодеформированные, изготовляемые из ленточных заготовок.

Важной характеристикой  размеров труб является также отношение их диаметра к толщине стенки d/s — показатель тонкостенности. По этому показателю трубы подразделяют на особо- тонкостенные, тонкостенные, толстостенные и особотолстостенные. Большинство труб имеют круглое сечение, однако в некоторых случаях изготовляют профильные трубы с различным сечением — квадратные, плоские и фасонные.

Бесшовные горячедеформированные трубы изготовляют диаметром от 16 до 630 мм, а в отдельных случаях, при использовании процессов расширения — винтовой прокаткой, волочением и прессованием на особо мощных прессах, — до 1 200 мм. Эти трубы изготовляют в широком диапазоне толщины стенки — от тонкостенных до особо толстостенных (s = 1,5...50 мм).

Горячедеформированные трубы используются в трубопроводах  различного назначения (в значительной степени для нефтепроводов), для бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин (бурильные, обсадные и насосокомпрессорные трубы с нарезанной резьбой на концах для соединения их с помощью муфт и ниппелей), в энергетическом, химическом, транспортном и других отраслях машиностроения.

Холоднодеформированные тру бы получают диаметр ом 0,2.. .■450 мм со стенкой толщиной 0,03...35 мм, а также больших диаметров при использовании специальных процессов поперечной прокатки и волочения. Они применяются в наиболее ответственных узлах машин и аппаратов в различных отраслях машиностроения, приборостроения и других новых областях техники.

Электросварные трубы производятся диаметром 5...2 520 мм и со стенкой толщиной 0,2...32 мм. Они условно подразделены на трубы малых диаметров (d < 114 мм), средних (d = 114... 530 мм) и больших диаметров (d> 530 мм). Подавляющую массу труб всего диапазона размеров получают из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, хорошо свариваемых высокоскоростными методами. Трубы малых и средних диаметров получают также из коррозионно-стойких сталей, цветных металлов и сплавов.

Электросварные трубы  используются для трубопроводов  различного назначения, включая магистральные газо- и нефтепроводы.

Трубы печной сварки производятся диаметром от 10 до 140 мм со стенкой толщиной 1,8...5,5 мм. В соответствии с ГОСТ 3262 — 75 трубы испытываются гидравлическим давлением 2,5... 5 МПа и используются для низконапорных водогазопроводных и отопительных сетей.

Прогнозируемая потребность  труб различного сортамента приведет в ближайшей перспективе к опережающему развитию производства бесшовных труб, и объем их производства сравняется с производством сварных труб.

Способ производства труб определяется следующими факторами: видом труб (горячедеформированные, холоднодеформированные или сварные, круглые или профильные); материалом труб, характеризующим его прочностные и пластические свойства; видом исходной заготовки — катаная, слиток или непрерывнолитая (при производстве горячедеформированных труб); геометрическими размерами (абсолютными или показателем тонкостенности d/s); требованиями к качеству труб (точность размеров, состояние наружной и внутренней поверхностей, механические свойства); технико-экономическими показателями способа производства — производительностью, маневренностью, расходным коэффициентом металла, себестоимостью.

Горячедеформированные трубы получают несколькими способами горячей прокатки и прессованием. Каждый из способов горячей прокатки включает в себя три основные операции обработки давлением: прошивку сплошной заготовки с получением толстостенной гильзы, раскатку гильзы в черновую трубу, калибрование или редуцирование черновой трубы в готовую с окончательными размерами диаметра и толщины стенки. Существенное отличие каждому способу придает вторая операция — раскатка. По наименованию стана, производящего раскатку, дается название способу производства и трубопрокатному агрегату. Каждый из агрегатов имеет ряд типоразмеров в соответствии с диаметрами прокатываемых труб.

Сопоставление различных  способов горячей деформации отражает следующее:

• большое количество сорто-размеров труб может быть произведено разными способами. Например, трубы из углеродистых сталей могут быть получены на агрегатах с автоматическим, непрерывным или другими раскатными станами. В этих случаях при выборе варианта решающую роль играют характеристики качества труб, размеры партий, технико-экономические показатели производства;
• трубы определенного сортамента могут быть произведены только на одном из типов агрегатов. Например, трубы из малопластичных сталей и сплавов или сложного профиля могут быть изготовлены на трубопрессовом агрегате, трубы из слитков — на агрегате с пилигримовым станом.

Холоднодеформированные трубы получают в основном периодической прокаткой и волочением. Станы, осуществляющие эти способы деформации, отличаются большим количеством типоразмеров. Так, отечественной промышленностью изготовляются: станы ХПТ (холодной прокатки труб) — от ХПТ-32 до ХПТ-450 (по максимальному диаметру прокатываемых труб); станы ХПТР с редуцированием (обжатием) — от ХПТР 3-8 до ХПТР 60-120 (по диапазону диаметров прокатываемых труб); трубоволочильные станы — линейные от 2 до 2 500 кН (по максимальному тяговому усилию), барабанные станы для бухтового волочения от 550 до 2 800 мм (по диаметру барабана D, , определяющего возможный максимальный диаметр d_n: ._x протягиваемых труб: d_m31/D_5ap = 1/30... 1/40).

Часть холоднодеформированных труб производится с применением одной операции обработки давлением на стане ХПТ или волочильном. Как правило, получение этих труб, особенно из коррозионно-стойких сталей, тонкостенных и малых диаметров, связано с многоцикличной обработкой давлением на станах ХПТ, ХПТР, оправочном и безоправочном волочильных станах в различных сочетаниях, с промежуточными термическими и химическими обработками.

Сварные трубы производятся с применением различных способов формовки трубной заготовки и сварки ее кромок. Выбор способов зависит от размеров, материала и назначения труб. Водо-газопроводные трубы малых диаметров из низкоуглеродистых сталей проходят непрерывную валковую формовку в горячем состоянии в первых клетях и печную сварку — в последующих клетях непрерывного формовочно-сварочного стана.

Формовка заготовок  для электросварных труб производится в холодном состоянии. Для труб малых и средних диаметров преобладает формовка в непрерывных формовочных станах, больших диаметров — в прессах, гибочных вальцах, спирально-формовочных устройствах.

Для сварки труб в настоящее  время наиболее распространены четыре способа электросварки: высокочастотная; дуговая под слоем флюса; сварка постоянным током методом сопротивления (эти два способа применяются для получения труб широкого диапазона размеров из низкоуглеродистых и легированных сталей, а также из ряда сплавов цветных металлов); газоэлектрическая сварка (аргонодуговая или плазменная) — для получения труб малого и среднего диаметров из высоколегированных сталей, а также сплавов титана, никеля и других цветных металлов. В настоящее время развивается лазерная сварка труб из высоколегированных сталей, обеспечивающая повышенные по сравнению с газоэлектрической скорости сварки.

Наряду с получением труб с помощью деформирования и  сварки их производят методами центробежного и полунепрерывного литья.

 

 

2.8 Производство бесшовных труб

 

Производство бесшовных  труб осуществляют на прокатных и  волочильных станах. Прокатные станы  можно подразделить на три группы: прошивные, раскатные и отделочные.

Исходный материал для прокатки труб — круглые и граненые слитки диаметром 250...600 мм, массой 0,6...3 т или катаные заготовки. Из них на прошивных станах или на прошивных прессах получают заготовки труб — трубные гильзы. Трубные заготовки изготовляют также центробежным и непрерывным литьем и другими способами.

Качество заготовки определяет последующее качество бесшовных труб. В частности, при производстве труб из слитка вследствие неоднородности его структуры качество бесшовных труб также неодинаково. Трубы, прокатанные из головной части слитка, часто имеют закаты, плену, нестабильный химический состав. Производство труб из катаной заготовки всегда способствует улучшению свойств стали и предупреждает металлургические дефекты в трубах, улучшает качество их поверхности. Поэтому при заказе труб ответственного назначения в технических условиях на их поставку необходимо оговаривать тип заготовки, используемой для производства бесшовных труб.

Прошивной стан, или стан поперечно-винтовой прокатки, имеет два косо расположенных рабочих валка 2 (см. рис. 3.8, в), вращающихся в одном направлении. Кроме рабочих валков стан имеет два направляющих валка (на рисунке не показаны).

Рабочие валки прошивных станов обычно представляют собой сочетание  двух усеченных конусов с промежуточным  цилиндрическим участком. Угол наклона рабочих валков друг к другу составляет 6... 12°.

Заготовка  поступает  в прошивной стан под небольшим  углом к каждому из рабочих  валков. Некоторый наклон рабочих  валков относительно прошиваемой заготовки  обеспечивает ей одновременное вращательное и поступательное движения.

При прокатке в центральной  зоне слитка или заготовки образуется разрыхленная полость, правильную форму которой придает прошивень (дорн) 3, устанавливаемый на оправке между валками на пути движения металла. Оправку вместе со стержнем устанавливают в специальном упоре. При движении вперед заготовка надвигается на оправку — прошивается, при этом происходит расширение и выравнивание прошитого отверстия. Диаметр оправки должен соответствовать диаметру отверстия в гильзе.

После раскатки гильзы оправку  извлекают из трубы. Прокатка следующей трубы производится на новой оправке. Бывшую в работе оправку смазывают и подготавливают для дальнейшего использования.

Заготовку перед прокаткой  нагревают в методических печах, откуда ее выдают на рольганг. С рольганга заготовка поступает в приемный желоб, по которому с помощью толкателя она подается в валки прошивного стана. При выходе из валков гильза находится на стержне и снимается со стороны его заднего конца после открытия специального замка. При прокатке бесшовных труб прошивку заготовки в гильзу осуществляют также на других типах станов (с грибовидными и дисковыми валками).

Толстостенные гильзы, полученные на различных прошивных станах, прокатывают  в тонкостенные трубы в горячем  состоянии на раскатных станах — пилигримовых, автоматических, непрерывных и трехвалковых. Тип стана определяет точность размеров и качество труб.

Автоматический стан состоит из двухвалковой клети (дуо) с валками диаметром до 1 ООО мм и специальных роликов обратной подачи. Валки стана имеют ряд круглых калибров различных диаметров. В калибр вставляют оправку, удерживаемую на месте стержнем, неподвижно укрепленным в упорной станине. При прокатке на автоматическом стане происходит уменьшение диаметра и толщины стенки трубы, определяемой просветом между калибром и оправкой. Обычно прокатка проходит в два-три пропуска с поворотом трубы после каждого пропуска на 90°.

Схема прокатки на автоматическом стане показана на рис. 1. В процессе прокатки (рис. 1, а) труба, пройдя через оправку и валки 2 стана, оказывается на стержне с задней стороны стана. Обратная подача трубы на переднюю сторону стана (рис.1, б) осуществляется парой роликов 3: нижний ролик поднимается и прижимается к трубе, которая силой трения стягивается со стержня и передается на переднюю сторону стана. Верхний рабочий валок стана в это время поднимается, чтобы пропустить трубу. После передачи трубы на переднюю сторону стана валок вновь опускается в рабочее положение. Подъем рабочего валка и сближение роликов обратной подачи полностью автоматизированы.

 

 

 

 

 

Рис. 1 Схема прокатки на автоматическом стане:

а — процесс прокатки; б — процесс обратной подачи; I — сменяемая оправка; 2 — рабочие валки; 3 — ролики обратной подачи

Технологический процесс  на агрегатах с автоматическим станом протекает в такой последовательности. Круглые заготовки поштучно загружают в кольцевую печь. Нагретые до 1 180... 1 240 °С (в зависимости от марки стали) заготовки по транспортному рольгангу поступают к прошивному стану, имеющему боковую выдачу гильз. После прошивки заготовки полученная гильза по наклонной решетке перекатывается к автоматическому стану, где в ней за два прохода доводят толщину стенки до требуемой величины.

После прокатки на автоматическом стане труба получается слегка овальной, разностенной и с недостаточно гладкой поверхностью. Для придания ей круглой формы, уменьшения разностенности, полировки наружной и внутренней поверхностей трубу по рольгангам подают к обкатным станам, а затем, для получения окончательных размеров, — в калибровочный или редукционный стан и далее на отделку (правку, разрезку на мерные длины, иногда термическую обработку и др.).

Калибровочные станы устанавливают за обкатными, они предназначены для устранения овальности и получения труб заданного диаметра. Калибровочные станы могут иметь от одной до двенадцати клетей. В каждой клети устанавливают одну пару валков, располагаемых горизонтально, вертикально или наклонно. Наиболее широко применяют многоклетевые калибровочные станы, в которых оси каждой пары валков наклонены к горизонту под углом 45° и по отношению к соседней паре валков под углом 90°. Валки этих станов вращаются от общего для всех клетей двигателя или могут иметь индивидуальный привод.

В многоклетевых калибровочных  станах одновременно с калибровкой осуществляется правка труб, в результате отпадает необходимость в станах для горячей правки труб.

Редукционные станы являются непрерывными станами для горячей прокатки труб без оправки и предназначены для уменьшения их диаметра. По количеству валков, образующих калибр в каждой клети, различают двух-, трех- и четырехвалковые редукционные станы. Валки в клетях расположены поочередно горизонтально, вертикально и под углом 45°. Конструкция двухвалковых редукционных станов аналогична конструкции калибровочных многоклетевых станов. Различие заключается лишь в размерах и количестве клетей (в редукционных станах их бывает по 24 и более).

Окончательная обработка  бесшовных тонкостенных стальных труб заключается в холодной прокатке, холодном волочении или сочетании этих способов.

Обычно холодной прокаткой  и холодным волочением получают стальные трубы диаметром 0,2...450 мм и толщиной стенки0,03... 35 мм. Вследствие особых условий холодного волочения труб коэффициент вытяжки ц за один проход не превышает 1,8.