Изготовление труб большого диаметра из листового металла
Производство труб со спиральным швом
Трубы со спиральным швом изготавливают диаметром от 159 мм до 2500 мм с толщиной стенки от 4 мм до 28 мм. Для изготовления труб используют полосу в рулонах из углеродистой или низколегированной стали. Трубы предназначены для строительства трубопроводов газа, нефти, нефтепродуктов, водопроводов, а также для сборных металлоконструкций.
Преимущества производства труб со спиральным швом следующие:
- возможность изготовления труб больших диаметров и любой длины из узкой, а значит, более дешевой рулонной полосы;
- возможность изготовления особо тонкостенных труб с отношением диаметра к толщине стенки свыше 100;
- повышенная конструкционная прочность труб, так как вследствие спирального расположения шва последний нагружен меньшими растягивающими напряжениями;
- высокая точность размеров труб по диаметру;
- простота оборудования и меньшие капитальные затраты, возможность максимального приближения производства труб к местам их потребления.
Недостаток способа — большая протяженность сварного шва.
На отечественных предприятиях установлены ТЭСА для производства спиралешовных труб диаметром 650, 1020, 1220, 1420, 1650…2500 мм.
1. Технологический процесс и состав оборудования
Технологический процесс производства спиралешовных труб состоит из следующих операций: разматывание рулона, правка полосы, обрезка концов рулонов, стыковка концов рулонов, образование петли для обеспечения непрерывности процесса, обрезка кромок, очистка кромок, снятие фасок на кромках полосы, формовка трубной заготовки, сварка наружного и внутреннего швов, резка трубы на заданные длины с последующей отделкой.
Схема расположения основного оборудования представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема расположения основного оборудования: 1 — консольный кран; 2 — разматыватель рулона; 3 — правильная машина; 4 — ножницы поперечной резки; 5 — стыкосварочная машина; 6 — гратосниматель; 7 — тянущие (подающие) ролики; 8 — петлеообразователь; 9 — дисковые ножницы; 10 — подающие ролики; 11 — формующее устройство; 12 — подвижное отрезное устройство
Подготовительная линия от консольного крана (1) до подающих роликов (10) располагается стационарно, а формовочно-сварочная линия может изменять свое положение в зависимости от угла формовки α. Формовочная машина (11) смонтирована на поворотном круге, к которому прикреплен одним концом перемещающийся на катках по криволинейному пути (рельсам) регулируемый по высоте поворотный мост. На этом мосту установлены механизмы выходной стороны стана. Угол формовки находится в диапазоне α = 40÷66 о, что соответствует отношению ширины полосы к диаметру трубы в пределах 2,35÷1,25.
Известно несколько типов формующих устройств: втулочного, полувтулочного, роликового, валкового. Формующее устройство втулочного типа является жестким и обеспечивает получение трубы с высокой точностью; полувтулочного типа требует меньшего усилия формовки; роликового типа обладает меньшей жесткостью; валкового типа обеспечивает минимальное усилие формовки.
2. Формовочная машина валково-оправочного типа
На рис. 2 показана формовочная машина валково-оправочного типа ТЭСА 650. Формовка трубы осуществляется изгибом ленты тремя валками (1), расположенными один за другим, по вкладышам (3), установленным на неподвижной оправке (2). Вкладыши изготовлены из твердого сплава и отшлифованы. Подача ленты в формующую машину производится сверху валками (4). Точное направление ленты в формовочную машину обеспечивается роликовой проводкой (5).
Рис. 2. Формовочная машина валково-оправочного типа: 1 — трехвалковый калибр; 2 — неподвижная оправка; 3 — вкладыш; 4 — валки подающей машины; 5 — роликовая проводка; 6 — готовая труба
Радиус сгиба ленты в формовочном калибре должен быть меньше, чем радиус готовой трубы (6), так как первый свободный виток пружинит и после формовки немного расходится. Поэтому первая сварочная головка производит сварку шва на втором витке в точке А. Вторая сварочная головка осуществляет частичную переварку первого шва с формированием валика усиления — через шаг спирали в точке Б. Из-за трудности размещения сварочной головки внутри трубы диаметром 250÷650 мм внутренний шов не сваривается.
На ТЭСА 1020 и 1420 применяется трехслойная сварка спирального шва. В месте схождения кромок ленты и первого витка трубы накладывается первый внутренний технологический шов, назначение которого — устранить возможность смещения кромок при наложении рабочих швов. Через полвитка после технологического шва накладывается наружный рабочий шов и через шаг спирали от первого внутреннего шва — второй внутренний рабочий шов, полностью переваривающий технологический шов. Сварка внутреннего шва осуществляется сварочным автоматом, состоящим из двух головок. Первая головка сваривает технологический шов (технологическая головка), а вторая головка сваривает внутренний рабочий шов (рабочая головка).
3. Формовочная машина втулочно-роликового типа
На рис. 3 показана формовочная машина втулочно-роликового типа. Полоса (1) роликами (2) по фиксатору уровня (7) подается во втулку (3) и изгибается по спирали, опираясь на шлифованные направляющие пояски (4) и ролики (5), (6). Фиксатор (7) и направляющие пояски наплавлены твердым сплавом и отшлифованы. При схождении кромок полосы — образовании первого витка трубы (точка А внизу трубы) — осуществляется сварка внутренних кромок первым технологическим швом с целью обеспечения устойчивости спирали при дальнейшем наложении рабочих швов. Через полвитка от точки А накладывается первый наружный рабочий шов (точка Б), а еще через полвитка — второй внутренний рабочий шов (точка В), при этом полностью переваривается первый внутренний технологический шов.
Рис. 3. Схема формовки спиральной заготовки трубы во втулочно-роликовой машине: 1 — полоса; 2, 5, 6 — ролики; 3 — шлифованные направляющие пояски; 7 — фиксатор уровня; 8 — труба; 9 — плазмотрон
Дуговая сварка под слоем флюса осуществляется сварочным автоматом при применении электродной проволоки диаметром 3…5 мм и сварочного тока 350…2000 А при напряжении 20…56 В; источник питания — сварочный трансформатор. Сварка внутренних швов осуществляется сварочными головками, установленными на штанге, вводимой внутрь трубы.
4. Качество спиралешовных сварных труб
Качество спиралешовных сварных труб во многом определяется стабильностью процесса формовки трубной заготовки, что обеспечивается созданием условий, при которых свариваемые кромки трубных заготовок совмещаются без зазора и смещения одной относительно другой, а диаметр формуемых витков заготовки остается постоянным в пределах минимально допустимых отклонений. Это обеспечивается конструкцией формующих устройств и регулированием процесса формовки с использованиемсредств автоматическогоконтроляпараметров формуемой полосы (заготовки). Для контроля качества спиралешовных труб производится 100 %-й контроль спиральных и поперечных швов с помощью ультразвуковых дефектоскопов и рентгенотелевизионных приборов.
При производстве спиралешовных труб имеют место следующие дефекты сварного шва: термические трещины, несквозные поры, газовые пузыри и неметаллические включения. После обнаружения дефектов их заваривают. Если это не помогает устранить дефект, то дефектное место отрезают так, чтобы оставшаяся часть трубы была не короче 6–7 м. При формовке и сварке труб основными видами брака являются: превышение кромок, задиры и вмятины, непровары, прожоги, смещение шва.
5. Определение рационального угла формовки
Формовка трубной заготовки осуществляется путем пластического изгиба полосы в плоскости, расположенной под углом α к продольной оси листа (рис. 74). Угол α называют углом формовки. Из полосы шириной b можно получить трубы различного диаметра, свертывая ее в спираль под различными углами α.
Как видно из рис. 74, ширина полосы b, свернутой в спираль с шагом h под углом α, связана с диаметром спиралешовной трубы d:
При двухосном напряженном состоянии элемента трубы (рис. 4) нормальное напряжение в шве σα будет равно
где D, S — диаметр и толщина стенки трубы; α — угол формовки.
Как видно, напряжение в спиральном шве меньше, чем в продольном, и зависит от угла формовки. Зависимость
Рис. 4. Схема напряжений в элементе и сварочном шве трубы
Рис. 5. Зависимость σα/σθ от угла формовки
Увеличение угла формовки снижает напряжение в сварочном шве, позволяет иметь большее давление p при такой же толщине стенки S, как в трубах с продольным швом.
Однако чем больше угол формовки, тем ниже скорость выхода трубы из стана: VСП =VПcos(α) , а значит, ниже производительность агрегата (рис. 6).
Рис. 6. Зависимость VСП/VП от угла формовки
Выбор рационального угла формовки. Качество спиралешовных труб во многом зависит от величины ребровой кривизны листа (серповидности). При постоянном значении ширины полосы диаметр трубы и шаг спирали зависят от угла формовки α. Угол формовки изменяется в зависимости от величины серповидности листа. Из-за серповидности полосы угол α в процессе формовки варьируется.
При варьировании угла формовки (при b = const) изменяется диаметр D и шаг спирали h. Рациональным значением угла α считают такое, при котором относительные изменения шага спирали и диаметра будут соизмеримыми. На рис. 7 показано соотношение между этими приращениями в зависимости от угла формовки. Как видно, соизмеримость достигается при α = 56 о. Если принять, что допустимые изменения ΔD и Δh не должны более чем в двое превышать свои значения при α = 56 о, то рациональные углы формовки будут равны 40 о…66 о. Этот диапазон изменения угла формовки принят в отечественных станах при производстве спиралешовных труб. При этих углах формовки отношение ширины полосы b к диаметру D составляет 2,35…1,25 а напряжение σα в сварном шве будет иметь значения (0,76…0,4) σθ.
Изготовление труб большого диаметра из листового металла
Производство труб малого и среднего диаметра
Трубы диаметром от 6 до 660 мм производят на непрерывных трубоэлектросварочных агрегатах (ТЭСА). Основные технологические операции при производстве труб электросваркой — формовка трубной заготовки, сварка и калибровка (редуцирование) сваренной трубы. Эти технологические операции объединены в один цикл и проводятся непрерывно.
Формовку листа производят на непрерывных формовочных станах с горизонтальными и вертикальными валками. В сварочной клети кромки сформованной в трубу заготовки нагреваются, сдавливаются и свариваются. Далее производят калибровку (редуцирование) трубы.
ТЭСА включает оборудование для подготовки полосы, формовки трубной заготовки, ее сварки, калибровки, резки и последующей отделки труб [8]. Схема расположения оборудования показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема расположения оборудования: 1 — размотка; 2 — правка; 3 — обрезка концов; 4 — стыкосварка; 5 — набор запаса заготовки; 6 — очистка; 7 — формовка; 8 — сварка; 9 — калибровка; 10 — нагрев; 11 — редуцирование
Технологический процесс включает следующие операции и оборудование.
- Размотка полосы (штрипса). Оборудование: кантователь, кранбалка, подающий транспортер рулонов, ножницы для резки упаковочной ленты рулона, отгибатель конца рулона, тянущие ролики.
- Правка полосы. Оборудование: 9-валковая правильная машина.
- Обрезка концов рулонов перед стыкосваркой. Оборудование: ножницы с нижним приводным ножом.
- Стыкосварка концов рулонов методом оплавления и механической осадки, удаление поперечного грата. Оборудование: стыкосварочная машина с подвижной станиной и гратоснимателем.
- Набор запаса полосы для обеспечения непрерывности процесса сварки трубы при сварке концов рулонов. Оборудование: накопитель полосы (ямного, тоннельного или спирального типа).
- Очистка поверхности и кромок полосы. Оборудование: щетки, дробеструйная обработка.
- Непрерывная формовка полосы в трубу. Оборудование: многоклетевой стан с двухвалковыми клетями. Чередуются клети с горизонтальными и вертикальными валками. Клети с открытым калибром постепенно заменяются клетями с закрытым калибром. Последняя клеть формовочного стана — шовонаправляющая.
- Сварка сформованного профиля в трубу и удаление грата. Способы сварки рассмотрены ранее. Оборудование: сварочная машина и гратосниматель.
- Калибрование трубы. Оборудование: многоклетевой стан (3 клети с горизонтальными приводными и 3 клети с вертикальными неприводными валками). На выходе из стана — правка трубы в правильногладильной клети.
- Нагрев трубы перед редуцированием. Оборудование: индуктор или газовая печь.
- Горячее редуцирование трубы. Оборудование: редукционный стан.
Если в составе ТЭСА установлен только калибровочный стан, то после калибровки трубу режут при помощи летучего трубоотрезного станка. Далее труба поступает на делительное устройство, с помощью которого передается на одну из поточных линий отделки, включающей правку на косовалковой машине, подрезку торцов труб и снятие фаски, гидроиспытание внутренним давлением, контроль труб и их упаковку.
Если в составе ТЭСА установлен редукционный стан, то после калибровки трубы режут на мерные длины (60…100 м) для штучного горячего редуцирования. Нагрев отрезанных труб и их последующее редуцирование, резку на меру и охлаждение труб производят в линии, параллельной формовочно-сварочному стану. Преимущество такой схемы: производительность ТЭСА выше на 30…40 %, сравнительно короткая линия стана. Недостаток: концевая обрезь (утолщенные концы) на каждой трубе при штучном редуцировании.
Концевая обрезь практически исключается, если редукционный стан установлен в одну линию с формовочно-сварочным станом. Здесь происходит формовка, сварка, калибровка и редуцирование «бесконечной» трубы. Резку «на ходу» осуществляют летучими устройствами (станками с дисковыми ножами или пилами). Охлаждение после редуцирования и резки производят на охладительном столе (барабанный сбрасыватель, винтовая и цепная секции). Эта технология требует согласовывать скорости формовки, сварки, калибровки, нагрева и редуцирования. Для этого используют АСУ ТП.
На современных ТЭСА применяют устройства для локальной термообработки шва: плоский индуктор и спреер для охлаждения.
2. Раскрой заготовки на агрегате продольной резки
Рулоны заготовки разрезаются на полосы на агрегатах продольной резки (АПР). Состав оборудования АПР представлен на рис. 2.
Резка полосы на АПР включает следующие операции:
- установка рулона в разматыватель при помощи кантователя и загрузочной тележки (предварительно удаляется обвязка);
- подача конца полосы в листоправильную машину;
- резка переднего конца полосы с помощью ножниц;
- продольная резка и резка кромок при помощи дисковых ножей;
- намотка нарезанных полос на барабан;
- резка заднего конца полосы с помощью гильотинных ножниц и завершение намотки полосы на заправочной скорости;
- обвязка и выдача рулонов.
Рис. 2. Агрегат продольной резки: 1 — разматыватель с устройством для отгибания и задачи конца полосы; 2 — натяжной ролик; 3 — направляющие упоры; 4, 5 — направляющие ролики; 6 — проводки; 7 — дисковые ножи; 8 — устройство для сбора обрези; 9 — направляющий ролик; 10 — прокладки; 11 — барабан для намотки разрезанных лент
При производстве высокоточных электросварных труб предъявляются повышенные требования к точности раскроя исходной заготовки и качеству поверхности кромок. Например, при изготовлении труб для цилиндров амортизаторов автомобилей допуск на ширину ленты составляет +0,1 мм, заусенцы, скругления на кромках не допускаются.
3. Правка полосы
Правка полосы осуществляется на листоправильных машинах, валки которых расположены в шахматном порядке. Принцип правки в листоправильной машине основан на последовательных перегибах ленты с постоянно уменьшающейся величиной перегиба от первых к последним валкам. Кинематическая схема листоправильной машины представлена на рис. 3.
Рис. 3. Кинематическая схема листоправильной машины: 1 — электродвигатель; 2, 3 — редуктор; 4 — шпиндель; 5 — правильные валки; 6 — гидроцилиндр
4. Подрезка кромок полосы
Подрезка кромок полосы производится для обеспечения высокого качества сварки, а также для получения минимальных отклонений от расчетной ширины полосы.
На АПР подрезка кромок производится одновременно с раскроем заготовки на полосы различной ширины. Схема установки дисковых ножей АПР представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема установки дисковых ножей на АПР
На оправки (1) устанавливают несколько дисковых ножей (2), разделенных между собой калиброванными втулками (3). Число пар ножей должно быть на единицу больше числа лент (4), разрезаемых из одной заготовки. Размещение верхних и нижних ножей должно обеспечивать одинаковое направление реза на обеих кромках полосы, чтобы заусенцы выходили на одну поверхность. Это необходимо для получения качественного сварного шва.
5. Накопители полосы
Набор запаса полосы. В процессе стыковки концов полосы необходим запас ее в накопителе, обеспечивающий непрерывность процесса формовки и сварки трубы. Для этого применяют петлеобразователи различных типов: ямный, спиральный и тоннельный.
Ямные накопители. Схема ямного накопителя полосы представлена на рис. 5. Для подачи полосы в яму и из нее служат подающие и тянущие валки. В петлевую яму полоса подается в виде петель.
Рис. 5. Ямный накопитель полосы: 1 — подающие валки; 2, 4 — направляющие ролики; 3 — датчик верхнего положения полосы; 5 — датчик нижнего положения полосы; 6 — яма
Петли полосы последовательно «нагоняются» между соседними парами тянущих валков. Роликовые проводки служат для предотвращения изгиба полосы вблизи тянущих валков. При заполнении накопителя подающие валки каждой из петель включают последовательно, начиная с петли, наиболее близкой к тянущим валкам, вытягивающим полосу из ямы.
Минимальная и максимальная длина петель контролируется датчиками.
Спиральные (барабанные) накопители более сложны конструктивно, но занимают меньшую производственную площадь и обеспечивают больший запас ленты, чем накопители тоннельного или ямного типа.
Схема спирального накопителя показана на рис. 6.
Рис. 6. Схема спирального накопителя полосы: 1 — входное устройство поворота полосы; 2 — стол; 3 — опорные ролики; 4 — направляющие ролики; 5 — приводные тянущие ролики; 6 — выходное поворотное устройство
Тоннельные накопители. За рубежом используют в качестве накопителей полосы петлевые устройства тоннельного типа, расположенные перед формовочным станом. Такое расположение накопителя наиболее рационально с точки зрения компоновки оборудования, его простоты и обеспечения низких характеристик шума. Схема тоннельного накопителя показана на рис. 7.
Рис. 7. Схема тоннельного накопителя: 1 — тянущие валки; 2 — подъемный стол; 3 — петлеобразующая тележка; 4 — боковые проводки
6. Формовка полосы в трубу
Полоса формуется в трубную заготовку на непрерывных формовочных станах. Количество клетей формовочного стана определяется размером формуемой трубы.
Обычно формовка трубной заготовки осуществляется в клетях формовочного стана с приводными горизонтальными валками. Для предотвращения расформовки полосы между клетями устанавливают вертикальные (эджерные) неприводные валки. Эджерные валки могут также осуществлять дополнительную формовку полосы. Общий вид формовочного стана показан на рис. 8.
Рис. 8. Общий вид формовочного стана: 1 — клеть с горизонтальными валками; 2 — клеть с вертикальными валками; 3 — постамент
Общий вид клети формовочного стана показан на рис. 9.
Рис. 9. Клеть формовочного стана с приводным нижним валком: 1 — привод; 2 — шпиндель; 3 — уравновешивающее устройство
Техническая характеристика непрерывных формовочных станов представлена в табл. 3.
Таблица 3. Характеристика валковых трубоформовочных станов
Трубоэлектросварочные агрегаты (ТЭСА) с непрерывными формовочными станами различают по способу нагрева кромок.
7. Сварка сформованного профиля в трубу и удаление грата
Трубосварочная машина предназначена для нагрева кромок трубной заготовки и сварки труб.
Рис. 10. Трубосварочная машина: 1 — клети шовонаправляющей; 2 — клети сварочной; 3 — наружных гратоснимателей; 4 — клети гладильной; 5 — основания (постамента)
Удаление наружного и внутреннего грата с поверхности трубы производится гратоснимателями, расположенными после сварочной клети. Удаление наружного и внутреннего грата производят резцовыми гратоснимателями.
8. Калибрование трубы и горячее редуцирование трубы
После сварочной машины и гратоснимателя труба поступает в гладильную клеть, валками которой производится закатка остатков грата.
Для охлаждения зоны сварного шва за гладильной клетью установлен спреер для подачи воды.
В состав современных ТЭСА также включаются установки для локальной термообработки (отжига) сварного шва с системой воздушного или водо-воздушного охлаждения трубы.
Охлажденная труба поступает на калибровочный и (или) профилирующий (для производства труб с некруглым сечением) станы.
Калибровочный стан служит для калибровки сварных труб по диаметру и состоит из поочередно расположенных клетей с вертикальными и горизонтальными валками.
Горячее редуцирование трубы позволяет значительно расширить сортамент труб и повысить производительность агрегата. С этой целью в одну линию или в линии параллельной формовочно-сварочному стану устанавливают многоклетевой редукционный-растяжной стан.
9. Отделка и контроль качества электросварных труб
Отделку труб производят на поточных линиях, где выполняются следующие операции:
- правка труб;
- обработка концов труб;
- испытание гидравлическим давлением;
- осмотр и ремонт труб;
- консервация и упаковка труб.
В состав линий отделки также включаются дефектоскопы для контроля качества труб. При производстве нарезных труб включают станки для нарезки резьбы и накрутки муфт на концах труб.
При контроле качества электросварных труб применяют неразрушающий контроль для выявления дефектов в полосе, сварном соединении непосредственно после сварки и в готовой трубе. В составе ТЭСА применяют электромагнитные или ультразвуковые приборы неразрушающего контроля труб, установленные как на выходе из сварочной клети, так и на участке отделки. Кроме того, применяется автоматизированная система измерения стенки трубы. Измерение толщины стенки труб производят рентгеновским толщиномером.
Производство труб большого диаметра
*Окончательная цена на продукцию формируется исходя из условий поставки: объема, условий оплаты и места отгрузки. Данная информация о товаре, его цене и наличии носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями ч. 2 ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Все вопросы по поставкам металлопродукции в другие регионы России, наличию товара на складах и ассортименту можно задать нашим менеджерам.
В ПКФ «Цвет» вы можете оформить заказ на изготовление труб большого диаметра из листового металла.
Производство труб большого диаметра предполагает изготовление труб нестандартных размеров по запросам заказчика. Существует проблема, что на рынке металлопроката сложно отыскать изделие, диаметр и размер которого подходил под ваши конструкции. Именно в таких случаях необходимо производить трубы на заказ.
Преимущества данной услуги:
- оформив заявку, вы получаете готовую продукцию, все размеры и характеристики которых буду советовать вашим запросам;
- вы сами задаете необходимый диаметр, толщину стенки и материал;
- вы можете самостоятельно заготовить чертеж изделий или обратиться к нашим специалистам за созданием рисованного макета;
- команда ПКФ «Цвет» учитывает специфику сферы деятельности и ожидаемый функционал трубы;
- производство стальных труб большого диаметра на заказ гарантирует вам точную совместимость изделий с вашими проектами и конструкциями.
Производственный процесс
Изготовление труб большого диаметра начинается с обработки первичного материала. Перед нагревом брусков необходимо их тщательно очистить - с повышением температуры, оказываемой на брусок, повышается пластичность заготовок. Затем раскаленные бруски помещаются на механические станы, которые задают толщину стенке. Чем сильнее давление, тем тоньше будет изделие. После раскатки следует этап сгибания листов и придания им цилиндрической формы, именно в этот момент задается необходимый заказчику диаметр. Когда труба остывает, ее отправляют на контроль качества, проверяются соответствие запросам заказчика, прочность изделия, а также внешний вид. На поверхности готовых труб не должно быть обнаружено затемнений, вмятин, надломов и глубоких царапин. Готовые трубы транспортируется из производственного цеха в складское помещение, откуда в дальнейшем отправляются напрямую к заказчику. Перед отправкой все изделия запаковываются во избежание нежелательных повреждений во время транспортировки.
Все трубы, изготовленные и продаваемые предприятием, являются высококачественным продуктом и имеют сертификаты, подтверждающий соответствие техническим условиям и международным стандартам. В документах указаны диаметр, толщина стенки и материал, из которого были отлиты трубы.
Вы можете проконсультироваться с нашими сотрудниками о правилах использования и точной стоимости изделий у наших сотрудников.
Читайте также: