Участки производства сварных труб

На участках производства сварных труб размещен комплекс оборудования, обеспечивающий превращение исходного листа в сварную черновую трубу, подготовленную для дальнейшей термической и механической обработки.

Основными технологическими операциями являются формовка и сварка труб.

При валковой формовке труб и полуцилиндров особое внимание обращают на предотвращение напряжений в кромках, превышающих предел упругости, так как это приводит к пластической деформации кромок и невозможности получения качественного шва. Величина напряжения в кромках зависит от конструкции стана, числа клетей и расстояния между ними, а также от калибровки валков. В зависимости от соотношения диаметра и толщины стенки труб применяют вертикальные и горизонтальные клети в различных сочетаниях. При формовке особотонкостенных

труб между клетями формовочного стана устанавливают роликовые проводки, обеспечивающие повышение продольной устойчивости кромок.

Вытяжка кромок является основным препятствием для применения валковой формовки при производстве труб большого диаметра с относительно толстыми стенками. В этом случае листы формуют на прессах или вальцах. В обоих случаях первоначально выполняют подгибку кромок листа в валковом кромкогибочном станке, в кромкогибочной машине обкатного типа или на кромкогибочном прессе. Наилучшее качество формовки кромок обеспечивается кромкогибочными прессами. После подгибки кромок заготовку передают на дальнейшую формовку. Наиболее распространенным методом для относительно толстостенных труб является формовка в специальных прессах. При этом процесс можно выполнять сразу для всей трубы (при производстве одношовных труб) либо для половины трубы (при производстве двухшовных труб). Независимо от этого формовка идет в два этапа: на специализированных прессах предварительной и окончательной формовки.

При производстве спиральношовных труб формовку осуществляют в специальном устройстве, расположенном под определенным углом к оси стана.

Дуговой электросваркой под слоем флюса изготовляют прямошовные трубы диаметром 426— 1620 мм с толщиной стенки 3—42 мм и длиной 6—18 м и спиральношовные трубы диаметром 426— 2520 мм с толщиной стенки 3—25 мм и длиной 12—24 м для магистральных трубопроводов газа, нефти и нефтепродуктов, а также для водо и паропроводов низкого давления.

При производстве труб рассматриваемым методом независимо от числа и направления швов на трубе осуществляют сварку технологическим швом, затем наложение наружного и внутреннего рабочих швов. На агрегатах, предназначенных для выпуска прямошовных труб, все эти операции выполняют на отдельных установках, при производстве спиральношовных труб — на трубоэлектросварочных станах. Это приводит к снижению производительности станов, что обусловлено малой пропускной способностью сварочного узла, и, следовательно, к плохому использованию всего остального оборудования стана. Наметилась тенденция к наложению на стане спиральной сварки только технологического шва с достаточно высокой скоростью, а рабочих швов — на специальных стендах за станами спиральной сварки.

Электросварку сопротивлением на обычной (50 Гц) и повышенной (до 150 Гц) частотах ранее широко применяли для изготовления труб из углеродистых сталей диаметром от 6 до 530 мм. Ограничением для дальнейшего применения этого способа явилась невозможность повышения скоростей сварки изза возникновения строчечное ти шва.

Использование для электросварки токов РТЧ — радиотехнических частот (от 70 до 450 кГц) позволило создать большую концентрацию нагрева на единицу нагреваемой мощности и существенно повысить скорость сварки. Сварка токами РТЧ возможна как при контактном, так и при индукционном методах подвода тока. Использование токов РТЧ, помимо увеличения скорости сварки, позволило получить шов более высокой плотности (поскольку уменьшилась строчечность по сравнению со сваркой токами промышленной частоты), устранить необходимость зачистки кромок перед сваркой, а при индукционном методе подвода тока исключить влияние качества поверхности листа.

При индукционной сварке кромки трубной заготовки разогреваются до сварочной температуры, а затем при их сдавливании происходит сварка. Индукционной сваркой можно изготовлять трубы из горячекатаного штрипса без специальной обработки кромок. Частота сварочного тока колеблется в пределах 1—8 кГц в зависимости от толщины стенки труб.

Сварка постоянным током позволяет получить ровный невысокий грат (0,15—0,25 мм) при плотном шве. Особенно эффективно применение постоянного тока при производстве труб малых диаметров (от 6 мм). Радиочастотная сварка этих труб затруднена сложностью ввода в трубу фер ритового сердечника.

По совокупности рассмотренных отличительных признаков трубоэлектросварочные агрегаты можно подразделить на:

В табл. 6.14 и 6.15 приведена сравнительная характеристика некоторых отечественных и зарубежных трубоэлектросварочных станов.

Компоновка оборудования участков для производства труб малого и среднего диаметра приведена на рис. 6.35.

Если в состав трубоэлектросварочного агрегата входит редукционный стан, то его устанавливают либо в одной линии с трубоэлектросварочным агрегатом (рис. 6.35, б), либо с разрывом, обеспечивающим передачу на редуцирование труб длиной 60—80 м (рис. 6.35, в). При этом сохраняется возможность выпуска труб больших размеров, минуя редукционный стан. При таком составе агрегата на участке дополнительно устанавливают стеллаж для передачи труб 23, секционную нагревательную печь 20, редукционный стан 24, летучую пилу 21 для порезки труб на заданные длины и охладительные столы 22. Редукционный стан в составе агрегата позволяет резко сократить число типоразмеров труб, свариваемых на стане, обеспечить выбор наиболее благоприятного соотношения толщины стенки и диаметра трубы исходя из условий формовки и сварки труб, упростить процесс снятия внутреннего фата в линии стана и повысить производительность всего агрегата. Наряду с широким применением горячего редуцирования в практике трубного производства начинают применять холодное редуцирование. Этот метод найдет широкое практическое применение, особенно при производстве электросварных труб взамен хо лоднодеформированных бесшовных.

Оборудование для подготовки полосы к формовке и сварке должно обеспечить не только качественную подготовку исходного металла, но и бесперебойную подачу полосы к сварочному узлу со скоростью, соответствующей производительности последнего. На современных станах скорость сварки достигает 120 м/мин. При таких высоких скоростях необходимо обеспечить использование рулонов максимального развеса, минимальное время стыковой сварки концов двух рулонов и достаточный запас ленты в петлеобра зователе на время стыковой сварки концов рулонов. Все это предопределяет повышенные требования к конструкции стыкосварочных машин и петлеобразователей. Номинальная мощность современных стыкосварочных машин составляет 100—800 кВ ¦ А, они оборудованы гратоснимате лем плужкового или резцового типов и обеспечивают до 60 стыковок в час. Сварка осуществляется методом оплавления.

Для создания необходимого на время стыковой сварки концов двух рулонов запаса ленты применяют петлеобразователи разных типов.

Несмотря на идентичность выполняемых функций, конструкции отдельных машин, входящих в линию подготовки ленты, отличаются в зависимости от размеров исходного листа, типоразмера стана и скоростей сварки

Лента формуется в трубную заготовку независимо от способа сварки на непрерывных трубоформовочных станах. Эти станы состоят из ряда установленных одна за другой валковых клетей. В зависимости от типоразмера агрегата в состав стана входят 6—12 горизонтальных клетей с приводными валками и расположенные между ними вертикальные клети с холостыми валками. Наибольшее распространение получили станы с двухопорным креплением валков и рабочими клетями открытого типа. Привод валков осуществляется либо от общего, либо от индивидуальных электродвигателей. Вертикальные (эджерные) клети с холостыми валками служат направляющими и одновременно сохраняют профиль ленты, не допуская рас пружинивания трубной заготовки. В ряде случаев число приводных клетей сокращается до пяти семи, а вертикальные клети объединяют в группы по двечетыре клети в каждой В этом случае в вертикальных клетях происходит также и гибка профиля Для формовки особотонкостенных труб с отношением диаметра трубы к толщине стенки до 100 применяют роликовые проводки между клетями Роликовые проводки способствуют повышению продольной устойчивости кромок

Оборудование для сварки сформованных труб характеризуется наибольшим разнообразием и зависит не только от типоразмера стана, но и от принятого способа сварки На станах для выпуска труб массового назначения наибольшее распространение получил процесс сварки ТВЧ (радиочастотная сварка), подводимыми к кромкам трубы контактным или индукционным способами В качестве источника энергии при радиочастотной сварке используют ламповые генераторы и электромашинные преобразователи, размещаемые вблизи стана Конструкции сварочных узлов на станах разных типоразмеров несколько разнятся После сварки трубу при необходимости направляют на локальную термическую обработку шва и далее в правильнокалибрующее устройство Калибровочный стан состоит из трехпяти клетей с групповым или индивидуальным приводом, по конструкции аналогичных клетям формовочного стана За калибровочным станом размещают специальные клети с правильными головками, исправляющие кривизну труб до предусмотренной стандартами Затем бесконечная труба режется на мерные длины на летучем отрезном станке

Используемые в составе трубосварочных агрегатов редукционные станы и печи для нагрева труб перед редуцированием конструктивно не отличаются от аналогичного оборудования на участках для производства бесшовных труб

Прямо и спиральношовные трубы большого диаметра получают в основном дуговой электросваркой под слоем флюса

Спиральношовные трубы изготовляют на непрерывных агрегатах из рулонной стали и из отдельных листов, стыкуемых перед подачей на формовку В первом случае (рис 6 36) на участке имеется линия подготовки полосы, узел формовки и сварки труб, устройство для порезки труб на мерные длины и выходной стол Оборудование для подготовки полосы по конструкции аналогично установленному на агрегатах для производства прямошовных труб

На большинстве зарубежных станов петлеоб разователь отсутствует При этом потери производства незначительны, так как скорость сварки труб мала В то же время отсутствие петлеобразо вателя позволяет все оборудование линии подготовки листа монтировать на единой поворотной платформе, которая вращается вокруг формовочного устройства Угол установки линии подготовки листа может изменяться от 5 до 45° в зависимости от диаметра выпускаемых труб

За участком для подготовки полосы в рассматриваемом агрегате размещены формующее устройство со сварочной аппаратурой 13, опорноповоротная рама 14, направляющий люнет 15, летучий отрезной станок 16 и выходной мост 17 При производстве спиральношовных труб из отдельных листов (рис 6 37) последние по одному подают на рольганг 1 и по нему к устройству для фрезеровки непрерывно движущейся полосы снимаются фаски и обрезаются боковые кромки листов. Для этого имеется фрезерное устройство 5. Для очистки поверхности от стружки и окалины имеются вращающиеся щетки. Формовка листа в трубную заготовку происходит в валковороликовом устройстве. Сразу же после формовки накладывают внутренний технологический шов дуговой сваркой в углекислом газе.

Сварка листов встык и основная сварка труб (наружная и внутренняя) — дуговая под флюсом.

При нанесении на агрегате спиральной сварки труб только технологического шва за станом размещают специальные стенды, на которых происходит наложение наружных и внутренних рабочих швов. При этом обеспечивается высокая производительность на операциях формовки и нанесения технологического шва, а также более эффективно используется основное технологическое оборудование.

Прямошовные трубы большого диаметра в зависимости от диаметра труб и ширины исходного листа изготовляют с одним или двумя швами. При этом процесс носит дискретный характер. Независимо от диаметра выпускаемых труб цех по их производству (рис. 6.38) состоит из отделений:

На участке формовки в первую очередь осуществляется подгибка кромок в валковом кромкогибочном стане, кромкогибочной машине обкатного типа или на прессе.

На разных установках трубы формуют разными способами: на вальцах, в формовочных станах валкового типа или на прессах. В стране успешно эксплуатируется стан для валковой формовки труб диаметром до 1620 мм конструкции ЭЗТМ.

В мировой практике широкое распространение получила прессовая формовка. В Италии, Германии сооружены цехи с формовкой на прессах труб диаметром до 1420 мм, длиной 18 м с одним швом. Готовую для сварки трубу получают в два этапа, осуществляя последовательно предварительную и окончательную формовку на специализированных прессах большой мощности. В отечественной практике применяют прессовую формовку полуцилиндров для изготовления бесшовных труб.

В последние годы не строят агрегаты непрерывной печной сварки труб, однако уже построенные в стране агрегаты успешно эксплуатируются.

Общая технологическая схема производства труб на агрегатах непрерывной печной сварки включает следующие технологические операции: подготовку ленты (размотку рулона, правку, накопление металла в петлеобразователе и стыковку рулонов), нагрев ленты до 1350—1400 °С (кромки нагреваются на 100—50 °С выше, чем середина полосы), формовку и сварку труб, редуцирование и калибровку, охлаждение, комплекс операций по отделке и при необходимости оцинкование труб

Обычно на агрегатах непрерывной печной сварки получают водо, газопроводные трубы диаметром до 114 мм с гладкими и нарезными концами для промышленного и гражданского строительства

Компоновка участков сварки труб зависит в основном от характера сварки и типа стана Как правило, для новых трубных цехов используется здание с шириной пролетов 30 и 36 м и шагом колонн вдоль ряда 12 и 24 м

В агрегатах для производства прямо и спиральношовных труб с непрерывным процессом формовки и сварки отдельные механизмы и станы размешают последовательно, связывая транспортными средствами, обеспечивающими непрерывность процессов

При производстве труб малых диаметров возможна установка в одном цехе нескольких трубоэлектросварочных агрегатов В этом случае целесообразно использовать становые пролеты шириной 36 м. По ширине такого пролета размещают, например, три стана 2076 или несколько станов разных типоразмеров Компоновка участка сварки труб с установкой шести станов 2076 представлена на рис 6 39 В этом случае рулоны полосы после порезки на агрегате роспуска подаются напольными тележками к одному из шести трубосварочных станов

Склад рулонов листа при таком размещении трубоэлектросварочных агрегатов располагают в отдельном пролете, смежном со становым

При производстве прямошовных труб в диапазоне диаметров 200—500 мм в цехе обычно устанавливают один трубоэлектросварочный агрегат. В этом случае становый пролет выполняют шириной 30 м. Склад рулонов полосы размещают в этом же пролете.

В цехах для производства спиральношовных труб средних и больших диаметров на участках сварки обычно устанавливают несколько трубоэлектросварочных агрегатов, работающих на одну отделку (рис. 6.40).

Для загрузки рулонов на трубоэлектросварочные агрегаты используют электромостовые краны или электропогрузчики.

Значительные мощности потребителей электроэнергии на современных трубоэлектросварочных агрегатах и применение токов высокой частоты требуют создания больших элект ромашинных помещений для установки преобразовательных агрегатов, а также значительного числа электроаппаратуры управления.

Электромашинные помещения должны размещаться вблизи потребителей электроэнергии, что позволяет уменьшить потери электроэнергии при ее транспортировке. Электромашинные помещения можно пристраивать к основному зданию цеха или размещать в становом или смежном с ним пролете шириной 12 или 18 м.

В становом или в смежном с ним пролете размещают также разные вспомогательные помещения, системы жидкой и густой смазки, системы эмульсии, стенды хранения валков и настройки сменных клетей и др.

При дискретном процессе сварки труб отдельные агрегаты располагают в технологической последовательности. Для связи между агрегатами служат рольганги или рольганговые тележки с приводными роликами. Компонуя агрегаты, стремятся сократить протяженность рольгангов и путь тележек. Тем самым сокращается вспомогательное время и уменьшается площадь цеха.

Линию подготовки металла размещают в одном пролете со складом листа. Для загрузки листа на линию применяют электромостовые краны с подвесными электромагнитами.

Состав и компоновка вспомогательных сооружений аналогичны составу и компоновке на участках с непрерывным процессом.

Производительность участков сварки труб определяется пропускной способностью трубосварочного агрегата.

Для трубоэлектросварочных агрегатов спиральной сварки

—скорость выхода трубы из стана спиральной сварки, vc — скорость сварки спирального двустороннего шва, м/мин; р — угол формовки (угол между осью полосы или осью трубы), град; В — ширина полосы с обрезанными кромками, м: D — наружный диаметр трубы, м.

При штучном производстве труб конечной длины производительность участка определяют по пропускной способности агрегата, являющегося “узким местом”.

В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002