Технология изготовления спиралешовных труб

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:

Если α = 0 о, то d = dП. Если α = 60 о, то d = 2dП. То есть из полосы шириной b при угле формовки α = 60 о можно изготовить спиралешовную трубу диаметром в два раза больше, чем диаметр прямошовной трубы. Влияние угла формовки на напряжение в сварочном шве. Рассмотрим трубу в условиях ее эксплуатации. В тонкостенных трубах под действием внутреннего давления p возникают σθ окружные и σx продольные напряжения, причем

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 от угла формовки показана на рис. 5.

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.

Рис. 7. Определение рационального угла формовки

Сварные трубы – технология, применение, достоинства

ХХI век – это век трубопроводов. Труб для нефте- и газотранспортных артерий требуется много, и одними только бесшовными изделиями не обойдешься. Бесшовные трубы при всех своих многочисленных достоинствах обладают еще и одним очень существенным с точки зрения потребителя недостатком – они дороги в производстве. Между тем, главное достоинство бесшовных труб – способность выдерживать огромные давления – востребована далеко не всегда. Во многих трубопроводных сетях давление в трубах никогда не достигает тех сотен атмосфер, которые делают необходимым использование бесшовных труб. Опять же – технологии обработки металлов не стоят на месте и прочность сварных швов в наше время позволяет сварным трубам держать давление в разы большее, чем тридцать-сорок лет назад.

Читайте также  Технология внутреннего покрытия трубопроводов

Поэтому нет ничего удивительного в том, что сварные трубы сохраняют свои позиции и кое-где даже выигрывают в конкуренции с бесшовными. Во всяком случае, сейчас до половины труб больших диаметров являются сварными. Этого уже достаточно для того, чтобы дополнительно разобраться с тем, какими бывают сварные трубы, какие технологии применяются при их производстве и в каких отраслях экономики их можно использовать наиболее успешно.

Прямо или по спирали?

Как ни странно, но сварные трубы – это довольно «молодой» вид металлических изделий. Первые образцы сварных (точнее даже – кованых) труб появились менее 200 лет назад – в 1824. И только в начале ХХ века для изготовления труб начали применять т.н. «печную» сварку, при которой скрепление раскаленных краев трубы происходит за счет их обжатия валками.

И только с появлением электросварки шовные трубы и делятся на прямошовные и спиралешовные.

Название «прямошовные» говорит само за себя: такой метод изготовления труб связан с тем, что стальную полосу – штрипс – разогревают до придания металлу пластичности и пропускают через два ряда валков, которые сворачивают металл «в трубочку» — так что остается только соединить его края электросваркой.

Это довольно простая и дешевая технология, но при ее использовании возникают некоторые проблемы, а именно:

— для изготовления труб разного диаметра будут необходимы заготовки-штрипсы разной ширины.

— переход на выпуск труб другого диаметра будет требовать переоснащения новыми деталями (прежде всего – валками) всей производственной линии.

— при остывании заготовки в сварном шве будут возникать напряжения, которые существенно снизят его прочность.

— если такая труба все же не выдержит подаваемого по ней давления, то ее разрыв произойдет именно по шву и на всю длину отрезка трубы, что будет создавать дополнительные проблемы при ликвидации аварии.

Другой вариант производства сварных труб – это соединение стальных полос при помощи спиралевидного шва. При таком технологическом варианте сам шов получается гораздо длиннее, чем при прямошовном соединении, но зато появляется целый ряд преимуществ:

— при изготовлении спиралешовной трубы нет необходимости пользоваться заготовками-штрипсами четко определенных размеров; трубу можно сварить из металлической ленты любой ширины

— изменение диаметра выпускаемых труб может быть произведено при помощи простой переналадки производственной линии; достаточно будет просто поменять угол подачи ленты.

— при сварке трубы из металлической ленты не требуется сильно разогревать всю металлическую полосу; это снижает возможность изменения свойств металла при нагреве-охлаждении и уменьшает возможность внутренние напряжения в нем.

— при спиралевидной сварке образовавшийся шов сам по себе становится элементом, придающим дополнительную прочность конструкции

— если такой шов все же не выдерживает и расходится, то расходится не «вдоль», а «наискось», что уменьшает размеры того отрезка трубы, который придется заменить.

Плюсы и минусы сварных или электросварных труб

Разумеется, что все технологические проблемы и энергозатраты при производстве прямо- и спиралешовных труб не идут ни в какое сравнение с теми усилиями, которые производитель должен затратить на производство бесшовных труб. Отсюда и главное достоинство этого вида стального проката – относительная дешевизна.

Другим несомненным достоинством сварных труб является их большой диаметр, который может в 100 и более раз превышать толщину стенок. Это делает трубы более легкими, а значит и удобными при транспортировке. Кроме того, именно большой диаметр сварных труб делает их незаменимыми при строительстве магистральных нефте- и газопроводов.

Технология изготовления прямошовных труб позволяет формировать не только круглые, но и профильные трубы (прежде всего квадратные и прямоугольные).

Эти достоинства в условиях рыночной экономики перевешивают все минусы, но эти минусы все-таки есть. В чем же они состоят?

Во-первых – сварные трубы выдерживают давление на порядок меньшее, чем бесшовные. Об этом можно судить даже по нормам ГОСТов. Если от бесшовных труб с минимальной толщиной стенок ГОСТ требует выдерживать давление в 20 мегапаскалей (то есть около 200 атмосфер), то ГОСТ-10705 предельно допустимым для сварных труб давление в 16 мегапаскалей (160 атмосфер). То есть шовные трубы на 25% менее устойчивы к таким нагрузкам.

Во-вторых – сварные трубы, в отличие от бесшовных, не поддаются изгибанию. Если надо изменить направление газо- или водопровода, собранного из сварных труб, то обязательно придется пользоваться фитингами.

В-третьих – сама технология производства сварных труб требует использования таких сортов стали, которые хорошо поддаются сварке – то есть должны изготавливаться из низколегированных углеродистых сталей, сравнительно мало устойчивых к коррозии. Таких, как стали марок 17Г1с и 09Г2С.

Это обстоятельство заставляет производителей сварныхтруб использовать различные способы предотвращения коррозии, к которым относятся:

— оцинковка внутренних и внешних поверхностей (для сталей ст3 и ст20)

— покрытие внешних поверхностей гидроизоляцией

— покрытие внешних поверхностей тепло и гидро-изоляцией

Области применения и ГОСТы

Поскольку главным достоинством (кроме дешевизны) сварных труб является большой диаметр при тонких стенках, то они применяются в бытовых водопроводах, различных металлоконструкциях – но больше всего используются прежде всего в крупных строительных проектах.

Способность сварных труб выдерживать высокое давление жидкости дает возможность использования их для прокладки как магистральных, так и локальных коммуникаций, распределительных веток, местных технических водоводов и в сфере ЖКХ.

Соответственно и стандарты, определяющие их параметры настроены соответственно:

ГОСТ, наименование

ГОСТ 10705-80

ГОСТ 10706-76

ГОСТ 20295-80

Трубы стальные электросварные

Трубы стальные электросварные прямошовные

Трубы стальные электросварные для магистральных нефтегазопроводов

Марки стали

Качественные 08, 10, 20

Качественные 10, 20

Низколегированные 09Г2, 09Г2С, 17ГС, 17Г1С

Выбор марки стали обусловлен классом прочности К34-К60

Размеры (наружный диаметр)

от 10 мм. до 530 мм.

от 478 мм. до 1420 мм.

от 159 мм. до 820 мм.

Области применения электросварных труб

Сооружение трубопроводов общего назначения для холодной и горячей воды, бытового газа

Сооружение трубопроводов подачи воды и теплотрасс

Сооружение магистральных трубопроводов – нефтепроводов и газопроводов высокого давления

Соответственно, правила реализации сварных труб тоже будут зависеть не только от желаний клиента, но и от параметров самих изделий. Внешний диаметр труб варьируется в пределах до1620 мм, а толщина стенок в соответствии с диаметром — до 20 мм.

Классифицируются трубы по внешним геометрическим показателям следующим образом:

1-трубы диаметром менее 70 мм при толщине стенки не менее 3 мм;

2-трубы диаметром от 70 до 219 мм при толщине стенки не менее 4 мм;

3-трубы диаметром более 219 мм при толщине стенки не менее 5 мм.

Сейчас почти все сварные трубы изготавливаются стандартной мерной длины:

— 6 м до 76 диаметра

-11,7 и 12 метров для всех диаметров более 76.

Наиболее востребованными являются стальные электросварные трубы для производства водопроводов, а также электросварная труба ГОСТ 10704 91, используемая для строительства металлических конструкций.

Сварные трубы достаточно универсальны и доступны по цене, но при их выборе нужно быть особенно внимательным в расчетах гидравлической нагрузки.

Видео по теме:

Технология изготовления сварных труб со спиральным швом

Процесс изготовления спиральношовных труб большого диаметра 530. 1420 мм на станах Волжского трубного завода является более

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 трубы без последующей калибровки. На рис. 57 показана схема стана. 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, а также при сборке и сварке их стыка на установке 4. После компенсационной петли лента движется 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 формовочной машины и выходного моста, перемещая их на катках по криволинейным рельсовым путям. Сворачивание полосы в трубу осуществляют заталкиванием ее 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 110 м/ч. Выходящая из стана непрерывная труба летучим устройством 11 разрезается на трубы мерной длины.

Рис. 57. Схема технологического процесса производства спирально — шовных труб

совершенным. Наличие летучего устройства, 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 I (рис. 58, а) и закрепляются прижимами калибровочных ножниц II. После выполнения одновременного калибровочного реза концов обеих полос передвижением суппорта III до упора (рис. 58, б) 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 полос зажимаются и свариваются. При выполнении всех этих операций агрегат движется вместе с полосой, а затем отпускает ее и возвращается в исходное положение. В процессе выполнения спирального шва осуществляется непрерывный ультразвуковой контроль. Места обнаруженных дефектов автоматически маркируются краской.

Читайте также  Краскораспылитель электрический как выбрать?

Рис. 58. Схема летучего агрегата для сборки и сварки

При увеличении диаметра труб, используемых при укладке

магистральных трубопроводов, приходится увеличивать толщину стенки.

Толщина полос рулонной стали обычно не превышает 14 мм. Поэтому

спиральношовные трубы диаметром 1420 мм и более изготовляют 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 листоукладчиком, центрируются и поступают на участок фрезеровки торцов (рис. 59), где каждая пара кромок, подлежащих стыковке, обрабатывается одновременно. Кромки фиксируются откидными упорами 1 и зажимами 2 и обрабатываются фрезами 3. Затем листы подаются к неподвижной сварочной установке (рис. 60). Здесь производятся сборка и сварка стыка между ними на медной подкладке под флюсом с постановкой заходных технологических планок. После этого карта из двух листов рольгангом подается на летучую сварочную установку (рис. 61), 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 рольганга, поддерживающего полосу автоматически, опрокидываются, пропуская ее, и поднимаются вновь для поддержания привариваемой карты. Затем специальный механизм отламывает технологические планки, а 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.

Рис. 60. Схема сварки двух листов

Рис. 61. Схема прихватки карты в непрерывной ленте

Для изготовления спирально-шовных труб в два слоя предназначен

стан Новомосковского трубного завода (рис. 62, а). Две последовательно

расположенные линии подготовки полосовой рулонной стали отличаются

расположением скоса кромок (верхние и нижние) под спиральные швы.

Кроме того, различием в технологии выполнения поперечных стыков полос

из-за необходимости плотного прилегания слоев друг к другу и возможности

подварки 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. 62, а). Сварка их на стане осуществляется технологическими швами в среде С02. Рабочие швы выполняют после разрезки непрерывной трубы на отдельном рабочем месте (рис. 62, б) 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. 62, в).

Рис. 62. Схема изготовления двухслойных труб со спиральным швом: а — схема линии стана; б — схема выполнения рабочих швов; в — устранение зазоров между слоями по концам труб

Электросварные стальные трубы: виды и область применения

Первые письменные упоминания о трубопроводах появились на заре цивилизации. В древнем Китае их строили из пустотелых стволов бамбука, для подачи воды с гор в города римляне строили закрытые акведуки, мастера средневековой Европы трубы делали из свинца. Первая труба сварная была изготовлена в середине позапрошлого века и сейчас этим способом производится больше половины трубной продукции.

Область применения сварных труб

Трубопроводы из них работают во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, агрегатах и механизмах, технологическом оборудовании. Без стальных труб был бы недоступен монтаж подземных коммуникаций. Универсальные разновидности используются для перемещения разнообразных газообразных и жидких веществ. По специализированным трубопроводам перекачивается газ, нефть и продукты, получаемые из нее. Кроме этого труба сварная также используется как силовой элемент при строительстве каркасных сооружений (домов, теплиц, навесов и пр.).

В особую разновидность выделены сварные трубы из нержавеющей стали. Уникальность эксплуатационных параметров позволяет им работать на химических, фармацевтических и предприятиях по производству пищевых продуктов. Благодаря презентабельной внешней поверхности сварные трубы из нержавейки встраиваются в дизайн помещений как декоративные элементы.

Материалы для изготовления

Сварной трубопрокат делается из листовой стали толщиной до 5 см или ленты свернутой рулонами. Для изготовления производителями используется углеродистое или низколегированное железо. В зависимости от процентного содержания углерода сталь подразделяется на низко, средне и высокоуглеродистые сорта. Чем его больше, тем прочнее металл. Однако при отрицательных температурах высокоуглеродистая сталь становится хрупкой, что ограничивает область применения.

У низколегированного металла, содержащего не больше 2,5% легирующих добавок, высокая прочность сохраняется в широком диапазоне температур. Это дает возможность снизить вес за счет уменьшения толщины стенок. Такие сварные трубы дороже, чем из простой стали. Однако за счет уменьшенного износа и повышенной стойкости к коррозии увеличивается срок эксплуатации. Поэтому расходы окупаются с лихвой. Сварные трубы из нержавейки делают из холоднокатаной (толщина 0,4 — 5 мм) или горячекатаной (2 — 50 мм) листовой стали.

Виды и особенности сварных труб

Прямошовные виды делаются из свернутого по окружности металлического листа или ленты с последующим свариванием кромок. Линия соединения проходит вдоль оси. Поскольку ширина листов ограничена изделия большого диаметра сваривают из двух полусфер, накладывая швы на обе стороны.

Для производства спиралешовных разновидностей используется длинная стальная лента в рулонах. Линия сварки проходит по внешней поверхности в виде спирали. Этот способ дает возможность производить изделия диаметром до 2,5 м на одном прокатном стане из материала равномерной ширины. По данной технологии делаются сварные трубы с соотношением диаметра и толщины стенки более 100.

Для производства спиралевидного вида не нужно сложного оборудования используемого при производстве трубы прямой прямошовной. Из достоинств отмечается, что спиральная форма шва не позволяет образоваться длинной продольной трещине при разрыве. Однако из-за повышенной длины шва увеличивается расход материалов для сварки.

Способы изготовления

Сварные трубы делаются по трем технологиям:

  1. Печная сварка. Заготовки, называемые штрипсами, нагреваются в туннельной печи до 1300˚ После выхода из нее производится обдув кромок горячим воздухом, повышающим их температуру до 1400˚C с одновременным сдуванием окалины. Затем заготовку обрабатывают на формовочно-сварочном стане, придавая ей нужную форму. После вторичного обдува кромок горячим воздухом их сваривают между собой. Заготовка еще раз проходит через печь, затем шов для улучшения качества обжимается формовочными валиками. Продукция, производимая по этой технологии, классифицируется как горячедеформированная.
  2. Электросварка. Это самый распространенный метод, так как позволяет делать тонкостенные изделия больших диаметров. Швы накладываются сваркой под флюсом. Трубные заготовки из холодных штрипсов получают на прокатном стане методом валковой формовки. Полусферы для прямошовных видов большого диаметра делаются методом прессовой формовки. Спиралешовные заготовки получают на валково-оправочных или втулочных станах. После сварки кромок на поверхности образуется прямолинейный или шов в форме спирали. После его очистки и водяного охлаждения заготовка переносится на калибровочный стан, где проводится корректировка диаметра по всей длине. Затем проверяют качество шва визуально и ультразвуком, после чего проводят гидроиспытания его прочности. Если после еще одного просвечивания ультразвуком дефектов не обнаружено, электросварные трубы отправляются на склад готовой продукции.
  3. Сварка в среде инертного газа. По данной технологии производятся варианты из легированной и нержавеющей стали. При обычной сварке качество шва из-за карбидизации легирующих добавок происходящей при взаимодействии с кислородом воздуха снижается. Для устранения этого явления место сварки защищается аргоном, гелием, углекислым газом. Шов создается путем плавления электрической дугой присадочной проволоки из того же материала что и труба. Сварка ведется неплавящимся электродом из вольфрама. Продукция, создаваемая по этой и предыдущей технологии, относится к холоднодеформируемым.

Параметры сварных труб

Размеры и допуски отклонения нормируются ГОСТ 10704-91. В зависимости от качественных характеристик сварные трубы подразделяются на четыре класса, в каждом из которых указываются:

  • А — механические характеристики;
  • Б — химический состав;
  • В — механические и химические свойства;
  • Г — величина гидравлического давления.

Толщина стенки в зависимости от диаметра:

  • не меньше 2 мм при диаметре до 3 см;
  • от 3 мм при 3 — 7 см;
  • не менее 4 мм, если диаметр 7 — 15,2 см;
  • от 5 мм, когда размер больше 15,2 см.

В зависимости от внешнего диаметра в диапазоне 10 — 620 мм толщина стенки должна быть 2 — 20 мм.

Длина также зависит от диаметра. Для немерной длины она равна:

  • не меньше 2 м при диаметре до 30 мм;
  • от 3 м — 30 — 70 мм;
  • не менее 4 м — 70 — 152 мм;
  • от 5 м при размере свыше 152 мм.

Для сварных стальных труб мерная длина нормируется в пределах:

  • 5 — 9 м, если диаметр 7 см;
  • 6 — 9 м до 21,9 см;
  • 10 — 12 м до 42,6 см;
  • при диаметре больше 42,6 см устанавливается немерная длина.

Для прямошовных труб указано 2 класса точности:

  • 1 — обрезные с удаленными заусенцами, несоответствие по длине не более 15 мм;
  • 2 — без обработки торцов, несовпадение длины до 10 см.

Преимущества и недостатки

Если сравнивается труба электросварная и бесшовная, то у первой при прочих равных параметрах меньше вес и больше пропускная способность. Это обусловлено тем, что у нее стенки в 2 раза тоньше. Соответственно материалов для производства сварных труб тратится меньше, поэтому стоят они дешевле, чем бесшовные. Поскольку для изготовления используются ровные металлические листы, толщина стенки одинакова по всей площади. К достоинствам относится также расширенный ассортимент — сварные трубы выпускаются диаметром 10 — 2520 мм, а бесшовные — 5 — 550 мм.

Читайте также  Труба стальная в пятигорске

Из недостатков отмечается снижение прочности по шву. Независимо от применяемой технологии сварное соединение будет слабее основного металла. Из-за шва, который нарушает гладкость внутренней поверхности, у сварных труб повышается коэффициент шероховатости.

Несмотря на недостатки, сварные трубы успешно заменяют бесшовные виды при прокладке магистральных и коммунальных трубопроводов. Поэтому объем их производства увеличивается. По таким же технологиям делают отводы, сгоны, переходы.

Виды сварных труб, способы производства, преимущества материала

История труб уходит корнями далеко в прошлое, но первое упоминание о стальных трубных изделиях датируется серединой 19 века. Первые стальные трубные изделия изготовляли с помощью сварки. Этим методом производители пользуются и сегодня, изготовляя половину изделий такого типа от общего производства. Стальная сварная труба находит применение в большинстве отраслей промышленности, так как достойная замена изделиям из стали, полученным сварным методом, в настоящее время не найдена.

Назначение современных стальных труб сварного типа

Даже быстро развивающиеся технологии не позволяют представить, что когда-то появится подходящая замена стальным трубам, которые используются при строительстве разных строений и конструкций или проведении коммуникационных сетей.

Сварные трубные изделия современного изготовления могут быть как универсального назначения (доставка различной всевозможной рабочей среды потребителю), а могут иметь узкую специализацию (газопроводы и нефтепроводы).

Прокладку коммуникационных сетей над землей и под землей невозможно представить без стальных трубных изделий разного диаметра. Они входят в состав сложнейших технологических устройств, различных приспособлений и механизмов. Строительные процессы предполагают использование прочных, но легких элементов армирования, в качестве которых используется стальной трубопрокат. К тому же такие изделия могут выступать в качестве основы при строительстве каркасных конструкций.

Также стоит сказать о трубных изделиях сварного типа, для изготовления которых использовалась нержавеющая сталь. Этот материал характеризуется уникальными эксплуатационными свойствами, благодаря которым предоставляется возможность применения труб в пищевой и химической отрасли, энергетике и фармации. Эстетическая привлекательность поверхности труб из «нержавейки» делает их популярными у современных архитекторов в качестве элементов оформления помещений разного типа.

Сырье для производства сварных труб

В качестве исходного сырья для изготовления стальных трубных изделий большая часть производителей использует металл. Это могут быть листы стали толщиной не больше 5 сантиметров, или стальная лента, имеющая различную толщину и свернутая в рулоны. Современная экономика отдает предпочтение трубным изделиям сварного типа, для производства которых использовалась низколегированная или углеродистая сталь. Ее отличительное свойство – содержание углерода в определенном количестве и минимум легирующих веществ. По количеству углерода определяется тип стали: низкоуглеродистая, среднеуглеродистая и высокоуглеродистая.

Углерод в большом количестве, входящий в состав исходного материала, неоднократно повышает прочностные характеристики сварной трубы при нормальном использовании. Однако параллельно снижаются эластичные свойства изделий, и возрастает степень их ломкость в холоде. Следовательно, большое количество углерода делает материал более хрупким при эксплуатации в холоде, что значительно сужает сферу использования готовой продукции.

Сталь, в которой легирующие вещества содержатся в количестве, не превышающем 2,5%, отличается прочностью независимо от эксплуатационных условий. Трубопрокат из такой стали имеет продолжительный срок службы и меньшую массу при одинаковых условиях. Низколегированная сталь для трубных изделий повышает стоимость готовой продукции, и одновременно увеличивает прочностные характеристики, устойчивость к износу и коррозии. Если сравнивать аналогичные качества труб сварного типа из углеродистой стали, то высокая стоимость трубопроката из низколегированной стали не имеет особой важности.

Для изготовления нержавеющих трубных элементов используется аналогичная сталь. Это материал устойчив к коррозии, прост в обработке, с небольшой массой и привлекательной поверхностью. Труба из нержавеющей стали может быть холодного или горячего проката. В первом случае стальные листы имеют толщину от 0,4 до 5 миллиметров, во втором – от 2 миллиметров до 5 сантиметров.

Разновидности сварных трубных изделий

Производство сварных труб с продольным прямым швом осуществляется посредством метода сварки мест соединения стальных листов. Другими словами стальной лист или лента сворачиваются, а их края сваривают друг с другом. Швы таких изделий прямые и располагаются по всей длине. На трубах большого диаметра делают два шва, так как в ширину стальные листы имеют ограничения.

Спиралешовные трубы производятся из рулонной листовой стали (прочитайте также: «Изготовление труб из листового металла – что необходимо, чтобы сделать самостоятельно»). Трубопрокат этого вида имеет одно неоспоримое преимущество – труб могут выпускаться с диаметральным сечением около 2,5 метров с использованием заготовки равной ширины. Трубопрокат, изготовленный по такой технологии, характеризуется отношением диаметра к толщине стенок более 100.

Спиралешовные трубные изделия производятся с применением более простых механизмов, чем трубы с прямым швом. Однако стоит заметить, что процесс изготовления характеризуется высокой точностью. Спиральный шов имеет еще одно весомое преимущество: при аварийной ситуации не образуется продольная магистральная трещина, которая считается самой опасной деформацией трубопровода.

Следовательно, последствия аварии ликвидировать намного проще. Недостатком спирального шва является его увеличенная длина и, как следствие, дополнительные расходы на сварочные материалы.

Способы изготовления

Труба сварная производится несколькими способами, среди которых наибольшее распространение получили: метод печной сварки, электросварной метод и сварка в защитной газовой среде.

Способ печной сварки

Согласно этой технологии стальные заготовки (штрипсы) подвергаются воздействию высоких температур. Полоска металла, выступающая в качестве заготовки, в специальной туннельной печи нагревается до температуры 1300 0 С. Выходящая из печи заготовка подвергается обдуву направленным потоком воздуха, что приводит к нагреванию боковых кромок до 1400 0 С и очищению их от окалин, способствующих ухудшению качества шва.

Полученную горячую заготовку отправляют на формовочно-сварочный стан, в настройках которого заложен определенный диаметр. Здесь будущее изделие принимает нужную форму. Далее выполняется дополнительный воздушный обдув, и кромки стали свариваются при воздействии высокой температуры и определенного давления.

Штрипсу повторно отправляют в печь, где, проходя через формовочные валики, она подвергается обжатию, способствующему повышению качества сварного шва. Технология печной сварки позволяет получать изделия горячего проката.

Метод электросварки

Изготовление сварных труб с использованием электрической сварки считается самым распространенным способом, так как в результате можно получить трубы большого диаметра, имеющие тонкие стенки, хороший шов и поверхность высокого качества. Существует несколько видов электросварки, но производство трубных изделий, предназначенных для магистрального трубопровода, в большинстве случаев осуществляется методом дуговой сварки под флюсом.

По этой технологии производство делится на несколько этапов. Вначале специальные прокатные станы выполняют формовку холодных стальных листов, в результате этого на выходе получаются трубные заготовки. Процесс изготовления прямошовных труб любого диаметрального сечения подразумевает применение валковой формовки. Чтобы изготовить полуцилиндры или круглые заготовки для прямошовных труб, используют прессовую формовку. Сталь для изготовления спиралешовных трубных изделий проходит процедуру формовки в валково-оправочных или втулочных станах.

Дальнейшее изготовление зависит от вида трубы: используя электродуговую сварку, кромки заготовок сваривают с двух сторон, получая в результате продольный прямой или спиралевидный шов. Далее снимается грант со шва, и труба охлаждается водой. Затем ее отправляют в калибровочный стан, где добиваются соответствия диаметра определенным параметрам по всей длине трубного изделия.

После этого труба подвергается визуальному и ультразвуковому контролю качества швов, проходит специальные гидроиспытания, которые позволяют проверить прочность шва под воздействием высокого давления, аналогичное тому, что будет оказываться в эксплуатационный период. Затем проводится еще одна ультразвуковая проверка, и при отсутствии дефектов трубные изделия отправляют потребителю.

Метод сварки в защитных газах

В большинстве случаев такой технологией пользуются при производстве стальных сварных труб из нержавеющей или высоколегированной стали. У таких металлов под действием стандартной сварки наблюдается карбидизация легирующих элементов, в результате чего отмечается значительное ухудшение качества швов. Решить такую проблему помогает сварка стали в защитной газовой среде с использованием аргона, гелия или углекислого газа.

Такая технология позволяет пользоваться достоинствами и газовой, и электрической сварки. Указанные газы имеют больший удельный вес по сравнению с воздухом, поэтому при попадании в рабочую зону сварки выталкивают его. В результате взаимодействие сварочной ванны и атмосферы полностью исключается. Сварка трубных изделий с использованием защиты газом выполняется посредством вольфрамовых электродов.

Полученные швы отличаются высоким качеством, так как становятся одним целым с изделием. Такая технология гарантирует герметичное соединение стальных элементов и высокие прочностные характеристики готовой продукции. Методом электрической сварки или сварки в защитном газе получают стальные трубы холодного проката.

Преимущества сварных труб

Сварка с применением современных технологий позволяет получать швы высокого качества, которые могут сравниваться по прочности с цельнометаллическим изделием. Это позволяет существенно расширить сферу использования такого трубопроката и выполнять монтаж в таких местах, где ранее допускалось применение только бесшовных материалов. Трубные изделия сварные делают производственный процесс более дешевым, благодаря и технологии производства, и незначительным финансовым расходам.

Сварной трубопрокат отличается утонченной стенкой, чем у бесшовных изделий. Это дает возможность выпускать облегченные трубы и сэкономить расход стали. Более легкие трубные изделия упрощают их транспортировку и монтажные работы, для которых необходимо меньшее число единиц техники и занятых людей. Помимо этого готовая листовая сталь имеет одинаковую толщину в любом месте, следовательно, стенки сварных трубных изделий не будут иметь большие погрешности по толщине.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: