СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изготовление сварных труб

На изготовление труб расходуют около 10% всего мирового производства стали, причем доля выпуска сварных труб состав­ляет более половины всего производства и продолжает возрастать. Трубы большого диаметра (более 500 мм) выпускаются только сварными. Серийный характер производства, большая протяжен­ность швов и сравнительно простая форма изделия позволяют эф­фективно использовать прогрессивные методы сварки с весьма вы­сокими скоростями 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 диаметра, в СССР главным направлением является укладка газопроводов диаметром 1420 мм с рабочим давлением 7,5 МПа.

Трубы для магистральных трубопроводов выполняют дуговой сваркой под флюсом. Шов располагают либо по образующей, либо по спирали. Из-за ограниченной ширины листов прямошовные трубы диаметром до 820 мм сваривают одним продольным швом, при большем диаметре — двумя. За рубежом используют листы большей ширины, что позволяет выпускать трубы диаметром 1420 мм с одним швом.

Челябинский трубопрокатный завод выпускает прямошовные трубы длиной 12 м и диаметром до 1220 мм. Сварку выполняют с двух сторон, причем наружный шов укладывают первым на стане проходного типа. Перед станом подъемными кантующими ролика­ми заготовку 2 устанавливают разъемом вверх по оси направляю­щего ножа 1 (рис. 15.38). Проходя стан, трубная заготовка 2 на­двигается на оправку 5, подвешенную к направляющему ножу и опирающуюся роликами на внутреннюю поверхность трубы. Дви­жение трубы обеспечивается приводными горизонтальными валка­ми стана, причем щель между кромками по мере продвижения за-

готовки сужается вследствие бокового давления вертикальных не­приводных валков и в зоне сварки 3 зазор отсутствует. Вытекание сварочной ванны предотвращают установленным на раме оправки гусеничным башмаком 4 — замкнутой лентой из шарнирно скреп­ленных пластин с медными накладками. Движение трубы увлекает ленту, и под сварочной ванной всегда находится свежая пластина, охлажденная сжатым воздухом. Сварку под флюсом производят двумя дугами, горящими в одной сварочной ванне, что обеспечи­вает хорошее формирование шва при скорости сварки 170—190 м/ч и толщине стенок 12 мм. Для уменьшения размера кратера конце­вые участки швов длиной 150—220 мм выполняют одной дугой при одновременном снижении скорости сварки. Потери на обрезку кон­цов труб в этом случае невелики. К установке для сварки внутрен­него шва труба поступает по рольгангу и подается внутрь подвиж­ных люлек, поднимающих и поворачивающих трубу швом вниз. Люльки смонтированы на подвижной тележке, с помощью которой труба надвигается на сварочную головку, прикрепленную к штанге длиной 12 м.

Трубы с двумя продольными швами собирают из двух предва­рительно отформованных корыт, подаваемых укладчиком на две параллельные нитки входных рольгангов сборочного устройства. Кромки заготовок выравнивающим приспособлением устанавлива­ются в одной горизонтальной плоскости, и в таком положении корыта рольгангами подаются в раскрытое сборочное устройство (рис. 15.39,а). Штоки пневмоцилиндров 1 (рис. 15.39,6), поворачи­вая рычаги 2, устанавливают заготовки в исходное для подачи в сварочный стан положение. Зазор между заготовками задается деталями 3 и 4. Подача собранной трубы в сварочный стан осуще­ствляется упором 6 цепного заталкивателя 5 со скоростью, не­
сколько превышающей скорость сварки, чтобы догнать предыду­щую трубу (рис. 15.39,в). При этом направляющий нож стана по­падает в зазор между верхними кромками корыт, направляя стык к сварочной головке. Когда труба захватывается горизонтальными приводными валками сварочного стана, цепной заталкиватель вы­ключается и возвращается в исходное положение. Сваренная пер­вым наружным швом заготовка поворачивается разъемом вверх и по рольгангу поступает на стан для сварки второго наружного шва. Затем последовательно, аналогично одношовным трубам, вы­полняются и оба внутренних шва. После контроля и устранения дефектов трубы с прямым швом подвергают правке для обеспече-

ния требуемой формы поперечного сечения и допуска на диаметр. Для этого на длине 300 мм снимают внутреннее усиление шва и осуществляют раздачу в пресс-расширителе (эспандере). Для это­го трубу заключают в толстостенную матрицу, в нее вводят конус­ные заглушки, уплотняющие и калибрующие ее концы. Внутренним гидравлическим давлением диаметр трубы увеличивается на 1,0— 1,2%, чем достигается правка трубы по всей длине и калибровка ее по диаметру. Затем давление снижают до испытательного уров­ня и дают выдержку около 30 с с одновременным разовым обсту­киванием трубы молотками, закрепленными на траверсе.

Технология изготовления 12-метровых прямошовных труб диаметром 1220— 1620 мм на Харцызском трубном заводе отличается последовательностью вы­полнения швов, приемами формовки и калибровки труб, а также организацией контроля качества. Листы после выборочного ультразвукового контроля и пірав- ки - подбираются по длине в специальной установке (рис. 15.40). На входном рольганге листы автоматически измеряются по длине, результаты измерений поступают в память ЭВМ, а листы передней тележкой кантуются на ребро и устанавливаются в карманы накопителя. После заполнения накопителя очеред­

ной лист проходит по .рольгангу без остановки и вслед за ним из накопителя задней тележкой по команде ЭВМ выдается лист, близкий ему по длине. За­тем листы центрируются и проходят через станок для обработки кромок, сня­тия фасок и нанесения риски, используемой при автоматическом направлении электрода по стыку.

Формовка полуцилиндрических заготовок происходит в роликах семиклетье - вого стана, откуда они попарно поступают на сборку и прихватку технологиче­скими швами, выполняемыми либо токаїми высокой частоты, либо в среде СОг в одном из двух агрегатов, установленных параллельно друг другу.

После визуального контроля технологических швов и приварки технологи­ческих планок трубы поступают на сварку внутренних рабочих швов. Сварку осуществляют трехдуговым аппаратом А-1448, слежение за направлением элек­тродов по стыку производится автоматически или визуально путем совмещения вертикальной линии «креста» на экране телевизора с риской на внутренней поверхности трубы. Станы для выполнения наружных рабочих швов отличаются только расположением сварочного аппарата, за положением электродов отно­сительно стыка сварщик следит с помощью светоуказателя.

. Все предварительно охлажденные водой трубы проходят ультразвуковой контроль наружных и внутренних рабочих швов с отметкой дефектных мест краской. При наличии дефектных отметок труба направляется на рентгенотеле­визионную установку для расшифровки. Калибровку осуществляют гидромеха­ническим эспандером. Для этого трубу шагами надвигают на калибровочную головку эспандера, обеспечивая механическую раздачу каждого участка трубы до заданного диаметра. Откалиброванные трубы проходят гидроиспытание вну­тренним давлением, а затем контролируются повторно ультразвуком с целью выявления дефектов, появившихся в процессе калибровки и гидроиспытания.

Сборка и сварка рулонной стали спиральным швом по­зволяют получить любой диаметр трубы независимо от ширины по­лосы. При использовании этого метода процесс изготовления идет непрерывно, обеспечивая требуемую точность размера и формы

139

трубы без последующей калибровки. На рис. 15.41 показана схема стана Ждановского завода им. Ильича. Полоса из рулона 1 прохо­дит правильные вальцы 2 и накапливается в компенсационной пет­ле 5, обеспечивая непрерывность выполнения спирального шва при обрезке концов полос гильотинными ножницами 3 и сборке и свар­ке их стыка на установке 4. После компенсационной петли лента двигается со сварочной скоростью, определяемой вращением тол­кающих валиков 7. С помощью парных дисковых ножей 6 обреза­ют продольные кромки под сварку. Настройку стана на требуемый

диаметр трубы производят разворотом формочной машины и вы­ходного моста, перемещая их на катках по криволинейным рельсо­вым путям. Сворачивание в трубу осуществляют заталкиванием полосы в формовочное устройство 9. Спиральный шов выполняется сваркой под флюсом тремя сварочными головками. Две из них крепятся на общей штанге 8, вводимой внутрь трубы, третья го­ловка 10 расположена снаружи. Первый внутренний шов, привари­вающий кромку полосы к сформованной трубе, имеет малую площадь сечения и является технологическим. Его назначение — устранить возможность взаимного перемещения кромок и предот­вратить вытекание сварочной ванны при сварке наружного рабоче­го шва. Внутренний рабочий шов варит двухэлектродная головка, обеспечивая хорошее формирование и полный переплав технологи­ческого шва. Такая технология позволяет гарантировать отсутст­вие кристаллизационных трещин при сварке низколегированных сталей со скоростью до ПО м/ч. Выходящая из стана непрерывная труба летучим устройством 11 разрезается на трубы мерной длины.

Процесс изготовления спиральношовных труб большого диаме­тра 530—1420 мм на станах Волжского трубного завода является более совершенным. Наличие летучего агрегата, обеспечивающего механизацию обрезки, сборки и сварки концов полос, позволило обойтись без компенсационной петли.

Конец полосы 1 и начало полосы 2 последовательно проходят обрезку на ножницах / (рис. 15.42,а) и закрепляются прижимами калибровочных нож­ниц II. Поісле выполнения одновременного калибровочного реза концов обеих полос передвижением суппорта III до упора (рис. 15.42,6) задняя кромка по­лосы 1 устанавливается по оси канавки подкладки сварочной установки. Соот­ветственно перемещением до упора гильотинных ножниц / передняя кромка полосы 2 подается в сварочную установку. При этом обеспечивается требуемый зазор в стыке. Концы поло'С зажимаются и свариваются. При выполнении всех этих операций агрегат движется в'месте іС полосой, а затем отпускает ее и воз­вращается в исходное положение.

Общая схема расположения оборудования на участке формовки, сборки и сварки трубы показана на рис. 15.43. После обрезки продольных кромок дис­ковыми ножами 1 полоса центрируется роликами 4 и калибруется по ширине под сварку фрезами 2 с удалением стружки обдувкой воздухом из сопла 3. Заталкивающие валки 5 подают полосу в формующее устройство 6 с обоймами роликов, работающих по схеме трехвалковых гибочных вальцов, что обеспечи­вает правильную форму трубы и ее сборку с плоской полосой без смещения кромок. Однако смещение отсутствует только в том случае, если кромки стыка собираются с зазором, обеспечивающим свободу перемещения каждой из них. Для качественного выполнения шва также желателен зазор, но при условии жесткого допуска на его размер, который фиксируется специальным датчиком в виде роликов, перекатывающихся по стыкуемым кромкам. В случае отклоне­ния от заданного допуска автоматически включается механизм перемещения люнета 7, задающего поворот вокруг оси 8 всего устройства, поддерживаю­щего сформованную часть трубы. Датчик положения кромок одновременно иопользуют для направления по шву сварочной головки, накладывающей тех­нологический прихваточный шов. Рабочие швы выполняются при визуальной коррекции направления сварочных головок по стыку. В процессе выполнения спирального шва осуществляется непрерывный ультразвуковой контроль. Места обнаруженных дефектов автоматически маркируются краской.

Увеличение диаметра труб, используемых при укладке магист­ральных трубопроводов, требует увеличения толщины стенки. Тол­щина полос рулонной стали обычно не превышает 14 мм. Поэтому спиральношовные трубы диаметром 1420 мм и более изготовляют либо из отдельных листов, либо в два слоя из рулонной стали.

Непрерывный процесс изготовления спиральношовных труб диаметром до 2520 мм из отдельных листов осуществляют на спе­циальном стане Волжского трубного завода. Листы по одному по­даются на рольганг листоукладчнком, центрируются и поступают на участок фрезеровки торцов (рис. 15.44), где каждая пара кро­мок, подлежащих стыковке, обрабатывается одновременно. Кромки фиксируются откидными упорами 1 и зажимами 2 и обрабатыва­

ются фрезами 3. Затем листы подаются к неподвижной сварочной установке (рис. 15.45), где производятся сборка и сварка стыка между ними на медной подкладке под флюсом с постановкой за - ходных технологических планок. После этого карта из двух листов рольгангом подается на летучую сварочную установку (рис. 15.46),

предназначенную для сборки и сварки стыков между картой и кон­цом непрерывной полосы. В процессе выполнения операции летучая установка движется вместе с концом полосы, причем секции под­держивающего полосу рольганга автоматически опрокидываются, пропуская ее, и поднимаются вновь для поддержания приваривае­мой карты. Затем специальный механизм отламывает технологиче­ские планки и непрерывная полоса проходит те же операции обра­ботки продольных кромок под сварку, формовки трубы, двусторон­ней сварки спирального шва, его контроля и резки на мерные ча­сти, которые были рассмотрены ранее.

Для изготовления спирально­шовных труб в два слоя предназна­чен стан Новомосковского трубного завода, схема которого показана нг рис. 15.47,а. Две последовательно расположенные линии подготовки - полосовой рулонной стали отлича­ются только расположением скоса кромок (верхние и нижние) под спиральные швы, а также различи­ем в технологии выполнения попе­речных стыков полос из-за необхо­димости плотного прилегания слоев друг к другу и возможности под - варки стыка наружного слоя для образования трубы. Так, в линии, формирующей наружный слой тру­бы, необходимо удалять усиление шва, тогда как провар всей толщи­ны не обязателен. Напротив, во второй линии проплавление всей толщины необходимо, а удалять усиление шва не требуется. После компенсационной петли обе поло­сы заталкиваются в формующее устройство таким образом, чтобы спиральные стыки наружного и вну­треннего слоев оказались сдвинуты­ми на шаг, равный 100 мм; каж­дый из швов выполняется как бы на подкладке (рис. 15.47,а). Сварка их на стане осуществляется техно­логическими швами в среде С02. Рабочие швы выполняют после разрезки непрерывной трубы на от­дельном рабочем месте (рис.

15.47,6) под флюсом двумя дугами с полным переплавом технологиче­ских швов. Затем у каждого конца трубы накладывают кольцевой шов, устраняющий зазор между слоями с последующей обработкой торца и снятием фаски кромки трубы (рис. 15.47,в).

При изготовлении сварных труб малых и средних диаметров исполь­зуют непрерывные процесы. Из ру­лона лента разматывается, нара­щивается, формуется и, проходя

сварочный узел, сваривается тем или иным способом. Наиболее часто применяется сварка печная, токами высокой частоты и арго­нодуговая.

Особенно производительно изготовляют из низкоуглеродистой стали водогазопроводные трубы диаметром 6—114 мм печной свар­кой. Заготовкой служит горя­чекатаный штрипс в рулонах. По выходе штрипса из нагре­вательной печи (рис. 15.48) его кромки 1 обдуваются воз­духом из сопл 2 для удаления окалины и повышения темпе­ратуры. В первой паре роли­ков 3 штрипс формуется, а во второй паре 4 — сворачивает­ся и сваривается, причем об­дув из сопла 5 повышает тем­пературу до 1500—1520°С. Скорость сварки достигает 300 м/мин, причем производительность процесса может быть зна­чительно повышена, если в состав агрегата печной сварки входит редукционный стан, работающий с натяжением. В этом случае скорость выхода трубы из стана можно повысить до 420— 1200 м/мин.

V В последние годы для изготовления труб диаметром от 8 до 529 мм и более с толщиной стенки 0,3—10 мм все шире исполь­зуют сварку токами высокой частоты. По сравнению с контактной сваркой сопротивлением на токах промышленной часто­ты высокочастотная сварка обеспечивает значительно более высокие скорости сварки (до 120 м/мин), воз­можность изготовления труб из сталей, цветных метал­лов и сплавов, использова­ние горячекатаной нетрав­леной ленты, значительное уменьшение расхода элек­троэнергии на производство 1 т готовых труб. Кроме того, при высокочастотной сварке одно и то же оборудование мож­но использовать для изготовления труб из разных материалов.

При контактном подводе тока (рис. 15.49,а) необходимость сме­ны контактов 1 вследствие их износа заставляет периодически останавливать стан. Более перспективен индукционный подвод энергии кольцевым индуктором 2 (рис. 15.49,6). В этом случае для уменьшения потерь энергии в результате прохождения тока по те­лу заготовки внутрь трубы 1 вводят магнитный сердечник 3, ко­

торый изменяет сопротивление так, что почти весь сварочный ток 4 направляется по свариваемым кромкам.

Дуговую сварку в инертном газе вольфрамовым электродом применяют для изготовления прямошовных труб диаметром 6— 426 мм с толщиной стенки 0,2—5 мм и специальных труб со спи­ральным швом диаметром до 2000 мм и толщиной стенки до 10 мм. Материалы труб раз­нообразны, однако скорость сварки невелика (до 1,5—

2 м/мин).

Своеобразно изготовление плоскосворачиваемых труб, нашедших применение при прокладке промысловых и га­зосборных трубопроводов.

Схема изготовления таких труб показана на рис. 15.50,а.

Две стальные ленты 1 накла­дываются одна на другую и свариваются двумя продоль­ными швами на контактной машине 2 для шовной сварки.

По мере сварки трубная заго­товка проходит правильное устройство 3 и свертывается в рулон 4. Контроль плотно­сти швов готовой свернутой в рулон трубы производится присоединением к одному из концов трубы сети сжатого воздуха. Рулон закрепляют в жесткой обойме, предотвращающей его разворачивание или раздутие трубы. Показание манометра, присоединяемого к другому, предварительно заглушенному концу трубы, позволяет установить 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 разматывают и тру­бу раздувают (рис. 15.50,6). Отдельные плети соединяют друг с другом либо сваркой плоских концов труб до их раздутия, либо с помощью фланцевых соединений.