§ 3. Изготовление сварных труб

На изготовление труб расходуют около Vto всего мирового производства стали, причем доля выпуска сварных труб состав­ляет более половины и продолжает возрастать. Такая тенденция объясняется тем, что применение сварки позволяет получать наиболее экономичные трубы с пониженной толщиной стенки и лучшего качества, чем бесшовные. В особенности это относит­ся к трубам большого диаметра (более 500 мм), которые выпу­скаются только сварными. Серийный характер производства, большая протяженность швов и сравнительно простая форма изделия позволяют эффективно использовать прогрессивные методы сварки на весьма высоких скоростях и полностью меха­низировать весь процесс изготовления труб.

Быстрое развитие трубопроводного транспорта требует рез­кого увеличения производства труб больших диаметров из низко­легированных сталей. В отличие от практики США, где сеть трубопроводов сооружена в основном из труб небольшого дна-метра, в СССР удельный вес газопроводов, построенных из труб диаметром 720-:- 1020 мм превышает 50%. В годы текущей пяти­летки (1966—1970 гг.) впервые в мировой практике советские строители будут прокладывать трубопроводы диаметром 1220 и 1420 мм. При строительстве мощных трубопроводов боль­шой протяженности переход к таким диаметрам даст огромную экономию металла и капитальных затрат. В США также прини­маются срочные меры к организации производства труб больших диаметров.

При изготовлении труб для магистральных трубопроводов используют дуговую сварку под флюсом; шов располагают либо по образующей, либо по спирали. Трубы с прямым швом в зави­симости от способа формовки трубной заготовки производят по двум основным схемам: а) формовка труб с помощью вальцов с последующей правкой нагретой трубы также в вальцах; б) формовка штамповкой в прессах с последующей раздачей сваренных труб в специальных прессах-расширителях.

Вторая схема позволяет выпускать трубы большей длины и более точных размеров. По такой схеме работает цех Челябин­ского трубного завода, выпускающий трубы диаметром до820лш с толщиной стенки 6 ~- 12 мм и длиной до 12 000 мм. Общая схе­ма расположения оборудования этого цеха показана на рис. 20-63. Заготовительный участок включает ряд агрегатов, расположенных в одной поточной линии и работающих в авто-

616

12 '3 fit <5 П Ц W

Рис. 20-63, Схема расположения оборудования при производстве труб бо

Рнс. 20-64. Операции формовки трубы с прямолинейным ojbom: а) формовка краен лис га на валковом стане; С) промежуточная опера­ция формовки на прессе; в) окончательная операция формовки hj

прессе

Рис. 20-65. Сх

матическом цикле. Листоукладчик / захватывает листы со стеллажа по одному и подает на рольганг, направляющий их в правильную машину 2. По выходе из правильной машины листы центрируются транспортером и подаются к кромкостро-гальным станкам 3, один из которых осуществляет предвари­тельную строжку, а второй придает листу точную ширину и раз­делку кромок под сварку. После обрезки концов на ножницах 4 и зачистки кромок на ширине 50-^- 70 мм с двух сторон па уста­новке 5, лист проходит операции формовки на стане 6 и прес-тах 7 и 8, показанные на рис. 20-64, а, б, в. Затем трубная заго­товка поступает на передвижной рольганг 9 (рис. 20-63), кото­рый распределяет сформованные заготовки по четырем рольган­гам-аккумуляторам 10, откуда они поступают па передвижной рольганг 11, передающий их на приемные рольганги 12 непре­рывных станов для наружной сварки 13. Эти станы проходного типа.

Перед станом подъемными кантующими роликами заготовка устанавливается разъемом вверх по оси направляющего ножа / (рис. 20-65). Проходя стан, трубная заготовка 2 надвигается на оправку 5, подвешенную к направляющему ножу и опирающую­ся роликами на внутреннюю поверхность трубы 2. Движение тру­бы обеспечивается приводными горизонтальными валками стана, причем щель между кромками по мере продвижения заготовки суживается за счет бокового давления вертикальных непривод­ных валков, и в зоне сварки 3 зазор отсутствует, Вытекание сва­рочной ванны предотвращается установленным па раме оправ­ки 5 гусеничным башмаком 4, устройство которого показано на рис. 20-66. Бесконечная лента 2, выполненная из шарнирно скрепленных пластин с медными накладками, поддерживается и направляется роликами 3 и 4 корпуса /. Движение трубы увлекает ленту, и под сварочной ванной всегда находится све­жая пластина, охлажденная сжатым воздухом, подаваемым по трубам. Сварка под флюсом производится двумя дугами, горя­щими в одной сварочной ванне, что обеспечивает хорошее фор­мирование шва при скорости сварки 170—190 м!ч для стенок толщиной 7 мм и 115—135 м/ч дли стенок толщиной 12 мм.

После сварки наружного шва па непрерывном стане трубы по выводным рольгангам 14 (см. рис. 20-63) передаются на пере­движной рольганг 15, который распределяет их по пяти вводным рольгангам 16 установок 17 для приварки выводных технологи­ческих планок, необходимых при внутренней сварке. Кроме того, на этом рабочем месте производится доварка незаверенных участков наружного шва па концах трубы.

Приварку выводных планок можно исключить при условии выполнения концевого участка продольного шва длиной 150—200 мм одной дугой с одновременным снижением скорости сварки. Потери на обрезку концов труб в этом случае невелики.

618

Затем труба по роль­гангу 18 поступает к ус­тановке внутренней свар­ки 19 и подается внутрь подвижных люлек, под­нимающих и поворачива­ющих трубу швом вниз. Люльки смонтированы на подвижной тележке, с по­мощью которой труба со скоростью, равной ско­рости сварки, надвигает­ся на штангу длиной 12 м с укрепленной на ней сварочной головкой.

Контроль за направлени­ем электродов по оси шва производится свар­щиком по разогретому участку наружного шва под сварочной ванной с помощью зеркала.

По окончании сварки тележка с трубой движет­ся в обратном направле­нии, труба опускается на рольганг 18, проходит под установкой и переда­ется па передвижной рольганг 20. После ос­мотра и исправления де­фектов трубы торцуются, и на длине 300 мм с внут­ренней стороны снимает­ся усиление шва, Калиб­ровка, раздача и гидро-испытапие производятся в прессе-расширителе

(экспандере). Для этого труба 1 (рис. 20-67, а, б) подается в раскрытую толстостенную матрицу 4. Затем рычагами 5 матри­ца 4 закрывается, запира­ется замками 2 гидродом­кратов 3 и в трубу вво­дятся уплотняющие,

конусные заглушки 6 (рис. 20-67, б). Внутренним гидравлическим давлением труба раздается па 1,0-Н,5%, чем достигается прав­ка трубы по всей длине и калибровка по диаметру. Затем дав­ление снижают до. испытательного уровня и дают выдержку 30 сек при таком давлении с одновременным разовым обстуки­ванием трубы молотками. Следует иметь в виду, что неправиль­ное использование операции экспандирования может принести вред. Так, например, назначение величины раздачи без достаточ­ного учета свойств металла трубы и неравномерности распреде­ления пластических деформаций по периметру трубы при разда-

щ ЖЩ1Ш 5)

Рис, 20-67. Схема пресса-расширителя

че может привести к недопустимому снижению пластических свойств, а износ деталей пресса-расширителя —к резкому возра­станию отклонений размеров.

Для формования труб диаметром, превышающим 820 мм, с одним прямолинейным швом требуются листы слишком боль­шой ширины. Поэтому трубы таких размеров выполняют с дву­мя швами из двух листов. Трубы диаметром 1020 мм и дли­ной 6 м с предварительной двусторонней сваркой листов «в кар­ту» необходимой ширины и последующей вальцовкой этой карты для получения заготовки трубы изготавливают на Новомосков­ском металлургическом заводе.

Челябинский завод изготавливает трубы диаметром 1220 мм и длиной 12 м из двух предварительно отформованных половин; общая схема технологического потока показана на рис. 20-68. Можно видеть, что последовательность и содержание операций в значительной степени повторяют то, что было рассмотрено вы­ше применительно к изготовлению труб диаметром до 820 мм. Исключение составляет операция сборки трубы из двух корыт.

С помощью кран-балки, к траверсе которой подвешены маг­ниты с профилем полукруга, полуцилиндрические заготовки по

620

Прей

окончательной

формовки

Пресс предварительное формабни

НромншЬачн&а стаи

Стопок страши «ромон

пра м

Склад тр Рис. 20-68. Схема технологического потока изготовления тру

одной штуке укладываются на две параллельные нигки входных рольгангов каждого из трех сборочных устройств. Затем кромки заготовок специальным выравнивающим приспособлением уста­навливаются в одной горизонтальной плоскости, и в таком поло­жении корыта рольгангами подаются в раскрытое сбороч­ное устройство (рис. 20-69, а). Штоки пнеомоцилиндров / (рис. 20-69,6), поворачивая элементы стапеля 2, устанавливают заготовки в исходное для подачи в непрерывный сварочный стан положение, образуя цилиндрическую трубу с вертикальным

Рис. 20-69. Устройство для сборки трубы из двух корыт

разъемом, задаваемым деталями 3 и 4. Подача собранной трубы осуществляется упором 6 (рис. 20-69, в) цепного заталкивателя 5 со скоростью, несколько превышающей скорость сварки. При этом направляющий нож непрерывного стана для сварки перво­го наружного шва попадает в зазор между верхними кромками корыт, направляя стык под сварочную головку. Доведя трубу до положения, в котором она захватывается горизонтальными при­водными валками сварочного стана, цепной заталкиватель выключается, а затем возвращается в исходное положение.

Станы наружной сварки первого и второго швов труб диа­метром 1220 мм расположены последовательно тремя парал­лельными линиями. После сварки первого наружного шва заго­товка поворачивается разъемом вверх и по рольгангу поступает в стан для сварки второго наружного шва. Затем передвижны-

622

ми рольгангами трубы распределяются по четырем параллель­ным линиям станов для сварки сначала первого, а затем второго внутренних швов. После выполнения каждого внутреннего шва па установках для очистки внутренней поверхности трубы на­клоняются па угол 50°, и от встряхивания флюсовая корка ссы­пается в короб. Дальнейшие операции тс же, что и при изготоп-лении труб диаметром до 820 мм.

В последние годы зр]ачителыюе развитие получил метод изготовления труб со спиральным швом. По сравнению с изго­товлением прямошовных труб, этот метод обладает следующими преимуществами: 1) возможностью изготовления труб больших диаметров из относительно узкой и более дешевой полосы, про­катываемой на непрерывных станах; 2) возможностью получе-

Рис. 20-70. Схема технологического процесса производства ашралыюшов-ных труб для газопроводов диаметром 1020 мм

пия тонкостенных труб с отношением диаметра к толщине стенки, значительно превышающем 100; 3) точностью размеров труб, исключающей необходимость трудоемких операций правки и калибровки; 4) возможностью использования непрерывного процесса; 5) относительной простотой оборудования, не требую­щего больших мощностей привода и позволяющего приблизить производство труб к месту их потребления.

На рис. 20-70 показана схема стана, выпускающего газопро­водные трубы со спиральным швом диаметром от 720 до 1020 мм.

Для изготовления труб диаметром 1020 мм из стали 15Г2С с пределом прочности cj_b™52 кГ}мм² используют руловирован-ную полосу шириной 1450 мм, толщиной 10,6 мм и длиной бо­лее 50 м. После отгиба конца полосы и захвата его механизмом правильных вальцов 2, разматывание рулона 1 осуществляется со скоростью, превышающей скорость сварки. Этим достигается накапливание полосы в компенсационной петле 5, необходимое для обеспечения непрерывной работы сварочного участка. Об­резка концов полосы выполняется гильотинными ножницами 3, а сварка их под флюсом-—на флюсомедной подкладке 4. Даль­нейшие операции после компенсационной петли производятся со

623

скоростью сварки, создаваемой механизмом стана 7. Полоса про­тягивается через парные дисковые ножи 6, обрезающие продоль­ные кромки под сварку, удаление обрезков производится кром-комоталками.

Все машины и механизмы линии подготовки полосы непод­вижно смонтированы на фундаменте, поэтому настройка 'стана на угол, необходимый для получения из полосы данной ширины требуемого диаметра трубы, достигается разворотом формовоч­ной машины и выходного моста, перемещающего­ся на катках по криволи­нейным рельсовым путям. Сворачивание в трубу осуществляется пода го-щей машиной 7 при за­талкивании полосы во втулочно-роликовое уст­ройство формовочной ма­шины 8 снизу. Спираль­ный шов выполняется сваркой под флюсом тре­мя сварочными головка­ми, их схематическое рас­положение показано на рис. 20-71, а.

Две головки — первая и третья (см. рис. 20-70) крепятся на общей штан­ге 9, вводимой внутрь трубы, вторая W распо­ложена снаружи, Первый внутренний шов /, прива­ривающий к сформованной трубе кромку полосы в момент ее захода в формовочную улитку, является технологическим. Он выполняется на весу при глубине провара всего 2,5-s-3 мм в ус­ловиях полного соприкосновения кромок или зазора поряд­ка 1 мм. Назначение технологического шва — устранить возмож­ность взаимного перемещения кромок и предотвратить вытека­ние сварочной ванны при сварке наружного рабочего шва II, выполняемого второй головкой. Внутренний рабочий шов III ва­рит двухэлектродная головка, обеспечивая хорошее формирова­ние и полный переплав технологического шва, как показано на рис. 20-71,6. Такая технология позволяет гарантировать отсут­ствие кристаллизационных трещин при сварке низколегирован­ных сталей типа 15Г2С со скоростью до ПО м/ч.

Выходящая из стана непрерывная труба разрезается (ацети-лено-кислородной резкой) на трубы длиной 11,8--*-12 я при вра-

Рйс. 20-71. Схема сварки спирального шьа трубы тремя сварочными головка­ми:

а) схема расположения головок; сварного соединения

б) сечение

624

%

ч

^

I/

щении трубы относительно резака, закрепленного на тележке//, движущейся в продольном направлении совместно с трубой (см. рис. 20-70). Отделочные операции предусматривают обра­ботку торцоо труб, гидроиспытание и исправление дефектов. Правку труб со спиральным швом не производят, так как принятая технология обеспечивает требуе­мый допуск ±4 мм на трубы диа­метром 1020 мм и -кривизну не более 1,5 мм па 1 м длины.

Рассмотренная отечественная технология изготовления газо­проводных труб со спиральным швом и конструкция стана «1020» являются удачными и обеспечи­вают более высокую производи­тельность, по сравнению с зару­бежными станами подобного ти­па. Поэтому при проектировании более мощных станов «1420» кон­струкция стана «1020» принята за основу.

Широко применяемым и про­изводительным способом получе­ния труб средних и малых диа­метров из углеродистых хорошо свариваемых сталей с содержа­нием углерода не более 0,4% яв­ляется сварка сопротивлением. У нас этот вид сварки применяет­ся в основном при изготовлении труб диаметром до 152 мм, тогда как в ряде зарубежных стран его используют для труб диаметром до 600 мм с максимальной тол­щиной стенки 20 мм. Сварка осу­ществляется переменным током *. частотой от 50 до 350 гц; в зави­симости от частоты тока и тол­щины стенки трубы максималь- i ^у/ ^""""""Ч ^ ная скорость сварки может быть \/м№ V Щ У порядка Ю-н-60 м/мин.

В станах для сварки сопротив­лением процесс идет непрерывно в полностью механизированных поточных линиях, как схематиче­ски показано на рис. 20-72. Лента

40 823

625

разматывается из рулона и правится. Концы рулонов свари­ваются на стыкосварочной машине 1 с последующим удалением грата, при этом постоянство скорости движения ленты на фор­мовочном и сварочном участках обеспечивается наличием ком­пенсационной петли. В случае необходимости лента обрезается по ширине дисковыми ножницами 2, затем формуется ролика­ми 3 и поступает в сварочный узел 4. где сваривается с помо­щью вращающегося трансформатора с дисковыми электродами. Отделочные операции включают удаление грата, калибровку 5 и разрезку 6 на трубы мерной длины.

Использование тока высокой частоты (до 450 кгц) позволяет расширить область применения контактной сварки сопротивле-

^

«<ст_{в сйврЯ(/}

Рис. 20-73. Схема контакт­ной сварки труб током вы­сокой частоты

"Ш.зС

Рис. 20-74. Положение заготовки трубы при контактной сварке оп­лавлением

пием при изготовлении тонкостенных труб из легированных и нержавеющих сталей, алюминия, меди и их сплавов, а также других теплопроводных материалов. Ограничение размера труб по диаметру при таком способе определяется только опасностью деформирования стенки трубы в процессе сварки. Ток подводит­ся скользящими контактами 2 (рис. 20-73), касающимися кромок трубы на определенном расстоянии от места их соприкоснове­ния, определяемого расположением обжимных роликов 1. Ско­рость сварки достигает 120 м/мин. Однако, несмотря на высокую производительность, этот метод еще не получил широкого рас­пространения при изготовлении труб ответственного назначения из-за трудности контроля качества.

Контактная сварка оплавлением с неподвижными контактами пригодна для массового производства труб большого диаметра с толщиной стенок 7—18 мм. Время сварки одной трубы не пре­вышает 30 сек, однако осуществление такого процесса требует больших установочных мощностей и значительных капиталовдо-. жепий.

626

За рубежом этот метод применяют при изготовлении труб из различных марок сталей, включая нержавеющие стали. Свароч­ная операция выполняется при неподвижной трубе методом «вспышки». Электроды / (рис. 20-74) располагают на кромках, которые при разогреве стыка плотно прижимаются друг к другу зажимами 2. Затем кромки раздвигаются, и оплавление произ­водится при медленном их сближении с последующей осадкой.

Индукционная сварка, по сравнению с контактной, обладает тем преимуществом, что трубы могут изготавливаться из горяче­катаной неочищенной ленты, так как индукционный нагрев не требует наличия контакта с поверхностью изделия. Наиболее концентрированный нагрев можно получить с помощью индукто-

Рис. 20-75. Схемы индукционной сварки труб:

а) с охватывающим индуктором; б) с продольным индуктором; ' / --трубная заготовка; 2 — индуктор; ,? —■ магнитный сердечник; 4 — обжим­ные валки; 5 — путь тока

pa-соленоида, охватывающего трубу (рис. 20-75, а). Такую схе­му применяют для сварки углеродистых и нержавеющих сталей и цветных металлов. Из конструктивных соображений продоль­ный индуктор (рис. 20-75,5) более удобен, чем охватывающий, но зато нагрев получается менее концентрированным. Индукци­онная сварка линейный индуктором применяется главным обра­зом на средней частоте (1,0—10 кец) при производстве труб небольшого диаметра (60—219 мм) из малоуглеродистой стали с толщиной стенок 1,5—10 мм. При этом скорость сварки может достигать 60 mjmuh, т. е. по производительности такой способ сопоставим с контактной сваркой роликовыми электродами на повышенной частоте.

Несмотря на развитие высокопроизводительных методов сварки токами высокой частоты (контактной, индукционной), трубы из спецсталей и цветных металлов и сплавов по-прежнему сваривают аргонодуговой сваркой при скорости 1,2—2,6 м/мин.

627

и простотой методов

Рис. 20-76. Принципиальная схема непрерыв­ной печной сварки труб встык

ai

Это объясняется большей надежностью контроля.

Лргонодуговую сварку используют не только при изготовле­нии труб с прямым швом, но и широко применяют при изготов­лении труб со спираль­ным швом из специ­альных сталей и спла­вов. Характерным яв­ляется универсальность такого метода, позво­ляющего выпускать трубы в широком диа­пазоне диаметров (20—1000 мм) и тол­щин стенок (0,1 — 10 мм).

Весьма производи­тельна печная сварка при изготовлении во-догазопроводных труб малого диаметра из малоуглеродистой ста­ли. На непрерывных станах процесс произ­водства полностью ме­ханизирован, скорость сварки достигает

500 м/мин. Непрерыв­ная полоса протаскива­ется через нагреватель­ную печь роликами формовочно - свароч­ного стана, которые свертывают ее в трубу и сваривают, как пока­зано на рис. 20-76. В непрерывной печи полоса нагревается по ширине неравномерно. Кромки, нагретые до размягчения, обеспе­чивают качественную сварку, а прогретая слабее середина пре­дотвращает разрыв полосы при протаскивании через печь.

Заканчивая обзор методов изготовления сварных труб, необ­ходимо упомянуть о плоскосворачиваемых трубах, нашедших

ЩйУ/Ш

Si

J

Кау--.

Рис. 20-77. Плоскосворачиваемые трубы:

а) схема изготовления с помощью контактной шовной сварки; б) вид трубы до и после раздутия

628

применение при прокладке промысловых и газосборных трубо­проводов. Схема изготовления таких труб показана на рис. 20-77, а. Две стальные ленты / накладываются одна на дру­гую и свариваются двумя продольными швами на роликовой' контактной машине 2, По мере сварки трубная заготовка прохо­дит правильное устройство 3 и свертывается в рулон 4. Конт­роль плотности швов готовой свернутой в рулон трубы произво­дится путем присоединения к одному из кондов трубы сети сжа­того воздуха. При этом рулон закрепляется в жесткой обойме, предотвращающей его разворачивание или раздутие трубы. Показание манометра, присоединяемого к другому, предвари­тельно заглушённому концу трубы, позволяет установить отсут­ствие или наличие неплотностей. Такие трубы могут иметь тол­щину стенок до 4 мм, диаметр — до 300—400 мм и длину — до 250—300 м. На месте укладки трубопровода рулон разматывает­ся, и труба раздувается (рис. 20-77,6). Отдельные плети соеди­няют друг с другом либо сваркой плоских кондов труб до их раздутия, либо с помощью фланцевых соединений.