Производство применение и защита труб

Холодную прокатку тонкостенных труб осуществляют на станах периодического действия холодной прокатки труб, сокращенно называемых станами ХПТ. Процесс холодной прокатки аналогичен процессу горячей пилигримовой прокатки.

Схема холодной прокатки трубы на стане ХПТ показана на рис. 2.

В стане в валках закреплены сменные калибры, имеющие ручей переменного сечения. Очаг деформации приближенно можно представить как усеченный конус, диаметры оснований которого равны диаметрам заготовки и готовой трубы, а высота (длина) конуса — ходу валков.

Прокатка трубы 7 из заготовки 5 осуществляется на конусной оправке 6 калибрами / верхнего 2 и нижнего 3 валков; оправка закреплена на стержне 4. Ручей калибров выполнен с переменным радиусом, начальный размер которого равен радиусу трубной заготовки, а конечный — радиусу готовой трубы.

В исходном положении I трубная  заготовка при помощи специального кулачкового механизма перемещается на величину подачи 3... 25 мм (в зависимости от сортамента и режимов деформации) из крайнего левого положения (заднее положение) в направлении прокатки (слева-направо), а оправка при этом остается неподвижной. Затем рабочая клеть с валками передвигается вперед (прямой ход клети) во второе — переднее положение II. В процессе этого движения валки поворачиваются, радиус щели между ними постепенно уменьшается, в результате чего происходит обжатие (редуцирование) заготовки по диаметру. При этом стенка и диаметр трубы уменьшаются, а длина увеличивается.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схема холодной прокатки трубы на стане ХПГ:

I, II — положения заготовки относительно валков; 1 — калибр; 2, 3 — верхний и нижний валки; 4 — стержень; 5 — заготовка; 6 — оправка; 7 — труба

Когда рабочая клеть  с валками находится в переднем положении, происходит поворот на 60...90° прокатываемой заготовки вместе с оправкой б и стержнем 4. После поворота заготовки клеть возвращается в исходное положение (обратный ход) и цикл повторяется до тех пор, пока вся заготовка не будет прокатана в трубу меньшего диаметра.

Для процесса холодной прокатки труб характерна высокая пластичность металла. Это позволяет деформировать металл с 80... 90%- ной степенью деформации (|1 < 10) без промежуточной термической обработки и тем самым сократить цикличность при производстве холоднодеформированных труб.

Холодной прокатке подвергают главным образом трубы из нержавеющих и высоколегированных сталей, в том числе из малопластичных металлов и сплавов, а также трубы ответственного назначения. Холодной прокаткой получают трубы точных геометрических размеров с внутренней и наружной поверхностями высокого качества.

Хотя способ холодной прокатки труб более эффективен по сравнению с холодным волочением, однако при холодной прокатке необходимо часто осуществлять перевалку валков, занимающую 3...4 ч, в то же время при холодном волочении смена инструмента занимает всего несколько минут. Поэтому в современных цехах для производства тонкостенных труб применяют оба процесса.

Процесс волочения труб получил широкое распространение благодаря высокой производительности, большой точности и хорошему качеству получаемых труб, применению недорогого и простого по форме инструмента. К недостаткам волочения труб следует отнести его многоцикличность, большое число вспомогательных операций (забивка концов, промежуточная термическая обработка, правка, травление) и малый выход годного металла по сравнению с холодной прокаткой.

Существуют различные  способы волочения труб: без оправки, на неподвижной (короткой) оправке, на подвижной (длинной оправке), на плавающей (самоустанавливающейся оправке). Некоторые из них показаны на рис. 3.

Волочение без оправки (рис. 3, а) применяют в том случае, когда необходимо уменьшить только диаметр трубы. При этом коэффициент вытяжки ц за один проход (переход) составляет 1,1... 1,5 (его величина определяется в основном либо устойчивостью профиля, либо прочностью выходящей трубы).

 

 

 

Рис. 3. Основные способы волочения труб: а — без оправки; б — на неподвижной оправке; в — на подвижной оправке; / — труба; 2 — обойма; 3 — волока; 4 — оправка; 5 — стержень

 

Волочением на неподвижной (короткой) оправке (рис. 3, б) одновременно уменьшают диаметр и толщину стенки трубы. Оправка имеет цилиндрическую форму, и ее удерживают в опреде ленном положении с помощью стержня 5, второй конец которого при волочении закрепляют на станине. Между оправкой и во- локой образуется кольцевая щель. Диаметр этой щели меньше наружного диаметра трубы, подвергаемой волочению. В то же время зазор между оправкой и волокой несколько меньше толщины стенки трубы. Благодаря этому труба при прохождении через кольцевую щель обжимается по диаметру и толщине стенки. Волочение на короткой оправке ведут с вытяжкой за проход ц = 1,2... 1,7 (меньшее значение вытяжки для трубы с более толстой стенкой). Деформация ограничена прочностью выходящей трубы.

Волочением на подвижной (длинной) оправке (рис. 3, в) также уменьшают диаметр и толщину стенки трубы. Длинная оправка, находящаяся внутри трубы, не закреплена в станине и перемещается вместе с трубой в процессе волочения. Для ее извлечения после окончания волочения применяют специальное оборудование. По сравнению с волочением на короткой оправке напряжение в выходящей трубе в этом случае меньше, так как силы трения между трубой и оправкой сонаправлены с движением трубы и благодаря этому возможны большие деформации за проход (1 = 1,4...2,1 и выше). Такой способ волочения используют для утонения стенки трубы.

Волочением на плавающей (самоустанавливающейся)оправке также одновременно уменьшают диаметр и толщину стенки трубы. Короткая оправка удерживается в очаге деформации силами, действующими на нее. Этот способ волочения применяют для изготовления труб большой длины, более 100 м. Вытяжка за проход составляет 1,2... 1,8.

Трубы подвергают волочению  на волочильных станах различного типа, из которых наиболее распространены цепные. Основным классификационным признаком для типоразмера цепных станов является тяговое усилие. В настоящее время применяют цепные волочильные станы с тяговым усилием от 2 до 1 500 кН. На современных цепных волочильных станах можно протягивать трубы длиной 14...50 м со скоростью волочения 45... 120 м/мин

Кроме увеличения скорости волочения, главное направление  в совершенствовании цепных волочильных  станов состоит в росте числа  одновременно протягиваемых на них  труб (числа ниток) механизации и автоматизации всех основных и вспомогательных операций.

В последнее время  широко применяется волочение в  бунтах (мотках), надетых на барабаны. Трубы (в основном из цветных металлов) в бунтах изготовляют со стенкой  толщиной 0,5... 1 мм из заготовки, имеющей стенку толщиной 2,5...3,5 мм. Волочение на барабанах производят только на плавающих оправках или без оправок.

Для захвата трубы  при волочении ее передний конец  делают коническим (захватка). Перед волочением трубы ее внутреннюю и наружную поверхности обильно смазывают. Для этого используют различные масла и эмульсии.

В процессе холодного  волочения металл упрочняется. Для  эффективного продолжения волочения наклепанные трубы после 2 —4 проходов подвергают термической обработке. Затем их травят для удаления окалины, промывают, обрезают, изготовляют новые захватки и подают на последующее волочение.

 

2.9 Производство сварных труб

 

Процесс производства сварных  труб состоит в получении заготовки в виде свернутой полосы и сварки ее в трубу.

Сварные трубы изготовляют на трубосварочных агрегатах различными способами, наиболее распространенными из которых являются непрерывная печная сварка, контактная электросварка методом сопротивления, электросварка с индукционным нагревом, дуговая электросварка под слоем флюса или в среде защитных газов и т.д.

Трубосварочный агрегат  — комплекс машин и механизмов, предназначенных для изготовления труб, их транспортировки, различных видов обработки труб, нанесения на них покрытий, складирования и упаковки. В такой агрегат обычно входит несколько многоклетевых станов: формовочный, редукционный, калибровочный.

На рис. 4 представлена схема процесса печной сварки труб, который заключается в следующем. Горячекатаный лист (штрипс) непрерывно продвигается через печь, где при помощи газовых горелок его кромки нагреваются до 1 450 °С — температуры сварки, а середина штрипса — до 1 350 °С. При выходе из печи кромки штрипса обдувают струей воздуха из сопел 4, чем обеспечивается удаление окалины с кромок штрипса и повышение температуры их нагрева на 50...80"С. Первая (вертикальная) приводная пара валков 3 сворачивает (формует) штрипс в трубную заготовку без соединения кромок. Перед второй (горизонтальной) парой валков производится вторичная обдувка воздухом кромок из сопла 6. Во второй паре валков (сварочных) 2 продолжается сворачивание штрипса до соприкосновения его кромок, уменьшение диаметра трубы (редуцирование) для создания необходимого давления на кромках и происходит сварка трубы.

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Схема процесса печной сварки труб:

/ - труба; 2 - горизонтальные сварочные валки; 3 - вертикальные формующие валки; 4, 6 - сопла; 5 - штрипс

Сварка кромок сформованной трубной заготовки представляет процесс кузнечной сварки, заключающийся  в использовании способности к молекулярному сцеплению сдавливаемых поверхностей металлов, нагретых до высокой температуры.

Печной сваркой изготовляют  водогазопроводные трубы диаметром 10,5... 14 мм со стенкой толщиной 1,8...5,5 мм из низкоуглеродистых сталей.

В последние годы был  усовершенствован и получил широкое распространение способ производства труб контактной электросваркой.

Основные технологические  операции при производстве труб контактной электросваркой — формовка трубной заготовки, сварка и редуцирование (калибровка) сваренной трубы. Эти технологические операции объединены в один цикл и проводятся непрерывно.

Исходным материалом служит холоднокатаная лента в рулонах, а для труб больших диаметров — листовая заготовка. Получение трубы из полосы-заготовки осуществляется на непрерывном формовочном стане в шести парах валков. У этого стана четвертая пара валков расположена вертикально. Сформованная в холодном состоянии заготовка после выхода из последней клети сваривается встык в специальных электросварочных машинах.

Станы контактной электросварки труб различают по способу нагрева кромок. На этих станах осуществляют сварку: радиочастотную (ток радиотехнической частоты 450...500 кГц подводится контактным или индуктивным способом); сопротивлением переменным током (контактный подвод тока частотой 150...450 Гц); индукционную (токами высокой частоты); сопротивлением постоянным током и дуговым нагревом кромок неплавящимся электродом.

Преимущества радиочастотной сварки — расширение диапазона свариваемых металлов и сплавов, значительное увеличение скорости сварки (до 120 м/мин), уменьшение грата (наплыва сварного шва), возможность сварки труб из горячекатаной полосы. Сварка труб токами радиотехнической частоты характеризуется высокой степенью концентрации энергии при нагреве металла, который происходит за десятые или даже сотые доли секунды. Это сделало целесообразным перевод большого числа действующих трубоэлектросварочных станов на сварку токами высокой частоты.

Способы подвода тока высокой частоты к кромкам  трубной заготовки показаны на рис. 5.

Ток подводится двумя  способами: контактным (рис. 5, а) и индукционным (рис. 5, б). Для увеличения индуктивности в цепи периметра заготовки и концентрации тока в ее кромках внутрь заготовки (трубы) вводят ферромагнитный (ферритовый) сердечник.

Контактной электросваркой с нагревом кромок сваривают трубы диаметром 6...630 мм со стенкой толщиной 0,2... 12 мм, используемые главным образом в качестве конструкционных (d = 168...2 19 мм) и нефтегазопроводных (d > 114 мм).

 

 

 

а — контактный; 6 — индукционный; 1 — сварочные валки; 2— сварной шов; 3 — труба; 4 — скользящий контакт; 5 — трубная заготовка; 6 — индуктор

 

Рис. 5. Способы подвода тока высокой частоты к кромкам трубной заготовки:

Индукционную сварку труб осуществляют при производстве во догазопроводных и конструкционных труб диаметром 21,5... 219 мм. В производстве труб большого диаметра применяется дуговая сварка.

При помощи сварки под  слоем флюса производят трубы  с прямым швом диаметром 426... 1220 мм, со стенкой толщиной 3... 13 мм и длиной 6... 12 м, а со спиральным швом — диаметром 426...2 520 мм, со стенкой толщиной 3... 15 мм и длиной 12... 18 м. При изготовлении труб с прямым швом в качестве исходной заготовки используют горячекатаную листовую сталь мерной длины (6... 12,5 м), а со спиральным швом — горячекатаную листовую сталь в рулонах.

Технологический процесс  производства прямошовных труб большого диаметра состоит из трех стадий: подготовки и формовки листа, сварки труб и их отделки. Перед сваркой лист правят, обрезают кромки и зачищают. Далее на кромкогибочном стане лист подгибают по радиусу, близкому к радиусу готовой трубы и передают на стан непрерывной сварки труб.

Прямошовные трубы большого диаметра наиболее часто производят сваркой под слоем флюса, схема которой показана на рис. 6.

Внутри свариваемой трубы б помещена оправка с установленным на ней медным башмаком 7. Подача флюса в зону сварки осуществляется из специальной головки 5. Медные пластины башмака образуют гусеницу, которая поджимает в процессе сварки жидкую ванну с внутренней стороны и препятствует протеканию металла. Сварка ведется двумя дугами от сварочных установок 4 с головками, создающими одну сварочную ванну. Электроды установлены под углом 60° к образующей трубы.

Наружную сварку ведут со скоростью 160 м/ч под слоем флюса марки АН-60 (49 % марганцевой руды, 38 % кварцевого песка, 13% плавикового шпата). Отсос избыточного флюса производят специальным патрубком 3. После окончания наружной сварки труба поступает на стан для нанесения внутреннего шва, далее на обрезку концов трубы и зачистку сварных швов. Рассмотренную технологию применяют и для производства прямошовных труб из двух листов путем формовки их на прессах с последующей сваркой.

Рис. 6. Схема сварки трубы под слоем флюса:

/ — сварной шов; 2 —  шлак; 3 — патрубок; 4 — сварочные установки; 5~ головка;

6 — труба; 7 — башмак