Технические науки/ 7. Трубопрокатное производство

магистрант Айгожина Д.Г., науч. руководитель к.т.н. Касенов А.Ж.

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, Казахстан

Технология производства сварных труб и профилей

В настоящее время трубопрокатная промышленность предоставляет широкий выбор труб, которые предназначены для транспортировки жидкостей, газов и сыпучих продуктов.

Трубы достаточно часто применяются в процессе ремонта и строительства. Они обеспечивают помещение не только теплом, газом, водой, но и являются достаточно крепким и надежным строительным материалом. Также металлические трубы достаточно часто используются для возведения заборов, а изделия из асбестоцемента позволяют соорудить перекрытия на крыше, не позволяя ей слишком сильно давить на основании всего сооружения.

Разделение труб на виды осуществляется, исходя из материала, который применяется при их изготовлении. Каждый вид имеет свои особенности применения, свои плюсы, а также свои минусы. Выбор материала для изготовления труб во многом зависит от того, для чего именно изготавливается та или иная деталь отопления, водоснабжения или канализации

Сварка является важнейшей и неотъемлемой частью, любого производства. Причем работы, связанные со сваркой, являются наиболее ответственными, т.к. от них зависит прочность конструкций в целом или несущая способность отдельных узлов и деталей.

Сварка осуществляется методом применения плавления или методом применения давления. Эти методы в свою очередь делятся на:

- кузнечную (горновую) сварку

- газопрессовую сварку

- контактную сварку

- термитную сварку

- электрическую дуговую сварку

- электрошлаковую сварку

- дуговую сварку в среде защитного газа

- атомноводородную сварку

- газовую сварку.

Процесс сварки в ряде случаев сопровождается дефектами, что, несомненно, сказывается на надёжности конструкций и узлов, создает возможность разрушений.

Сварные трубы изготовляют малых (5 – 114), средних (114 – 480) и больших (480 – 2520 мм) диаметров с толщиной стенки 0,5 – 28 мм.

Сварные трубы малых диаметров применяют в автомобильной и тракторной промышленности, сельскохозяйственном, энергетическом, химическом и нефтяном машиностроении, а также для изготовления трубчатых электронагревателей, велосипедов и в других конструкциях.

Сварные трубы средних диаметров 159 – 480 мм используют для паропроводов низкого давления, для газопроводов и нефтепроводов, а также для трубопроводов, при изготовлении деталей конструкций различного назначения для мелиорации, водоснабжения, в коммунальном хозяйстве и т.д.

Прямошовные и спиральношовные трубы большого диаметра предназначены для магистральных трубопроводов газа, нефти, нефтепродуктов, а также для водо- и паропроводов низкого давления.

Широкому применению сварных труб способствует их более низкая (на 15 – 20 %) стоимость; по сравнению с бесшовными возможно в более короткие сроки организовать их производство при меньших капитальных затратах с получением экономии металла за счет применения более тонкостенных труб. В мировом производстве труб доля сварных труб составляет – 60%.

Сварные трубы для магистральных трубопроводов изготавливают прямошовными и спиральношовными диаметром 529 – 2560 с толщиной стенки 8 – 25 мм.

Главным материалом для изготовления сварных труб на сегодняшний день является металл: стальные листы толщиной до 50 мм или находящаяся в рулонах стальная лента различной толщины.

Наиболее востребован в современной экономике сварной трубопрокат большого диаметра из низколегированной или углеродистой стали. Особенностью данной стали является содержание определенного количества углерода при отсутствии или минимальном количестве легирующих элементов.

В зависимости от конкретного содержания углерода в материале, сталь для производства труб делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую.

Сварные трубы производят двумя основными методами: печной сваркой и электросваркой. Электросварные трубы изготовляют контактной, индукционной и дуговой сваркой. Можно отметить еще два других метода сварки: газовую и газоэлектрическую. Однако эти методы имеют ограниченное применение и используют их только для изготовления труб из высоколегированных сталей, сплавов и таких металлов, как цирконий, тантал, молибден и др.

Современные ТЭСА представляют собою набор станов с приводными рабочими клетями, оснащенными профилированными калибрами соответственно формовочного, сварочного, калибровочного, редукционно-калибровочного и профилировочного станов.

Анализ патентной и научно-технической литературы показывает, что в настоящее время в конструкциях трубоформовочных станов вместо валкового инструмента (в особенности при производстве тонкостенных сварных труб) предлагают применять инструмент скольжения, цепного типа и роликовый инструмент.

Современная тенденция к созданию на станах монотонного очага формовки делает актуальным изучение подобных очагов с целью выявления основных закономерностей деформированного состояния полосы в зависимости от формы очага сворачивания, соотношения его геометрических размеров и калибровки деформирующего инструмента.

В зависимости от деформированного состояния полосы определяют энергосиловые параметры ТЭСА, значение которых в настоящее время возрастает в связи с реконструкцией действующих станов, приводящей к отключению привода ряда формовочных клетей. Поэтому возникает необходимость исследования возможности формовки и протягивания полосы оставшимися приводными формовочными и калибровочными клетями.

Сварку ТВЧ до 500 Гц применяют для получения труб диаметром 6 – 529 мм со стенкой толщиной 0,5 – 10 мм. Основные преимущества этого способа: возможность значительного увеличения скорости сварки труб (до 120 м/мин) из углеродистых и легированных сталей, цветных и редких металлов; получение труб с качественным швом из горячекатаной нетравленой ленты, значительное уменьшение расхода электроэнергии на тонну готовых труб; осуществление сварки труб из различных металлов на одном сварочном оборудовании.

Применяют два способа подвода ТВЧ к кромкам трубной заготовки –контактный и индукционный.

При контактном подводе тока большая часть возникающей тепловой энергии выделяется на поверхности торца кромок трубной заготовки.

Один из основных недостатков труб, изготавливаемых сваркой ТВЧ, относительно большой внутренний грат (до 60 % толщины стенки). Кроме того, при производстве труб малого диаметра практически невозможна установка магнитного сердечника для увеличения индуктивного сопротивления по периметру трубы.

Индукционная сварка обеспечивает производство водо-газопроводных труб и труб нефтяного сортамента. Кромки трубной заготовки, сформованной из рулонной ленты, непрерывно движутся под индуктором, постепенно разогреваются и при температуре сварки сдавливаются шовсжимающими валками. Для нагрева применяют плоский индуктор с магнитопроводом. Магнитный поток, создаваемый током индуктора, пересекает трубную заготовку перпендикулярно ее поверхности. Индуктируемый ток концентрируется под индуктором, течет вдоль кромок, нагревая их до температуры сварки.

Дуговую сварку с защитой дуги инертным газом (гелием или аргоном) применяют для получения труб диаметром 6 – 426 с толщиной стенки 0,2 – 5,0 мм из высоколегированных сталей (коррозионно-стойких и жаропрочных), а также из ряда цветных металлов (алюминия, магния и т.д.) и их сплавов. Скорость сварки труб в зависимости от материала, размера свариваемых труб и применяемой защитной атмосферы составляет 0,5 – 8 м/мин.

Трубы диаметром 5 – 16 мм для автомобильной, тракторной, химической и других отраслей промышленности обычно получают методом электросварки и дальнейшего холодного редуцирования. При сварке труб методом сопротивления (переменный ток повышенной частоты) неизбежно возникает периодическая неоднородность качества сварного шва в результате синусоидального изменения величины тока.

Качество свариваемых труб зависит от параметров настройки сварочного калибра, их стабильности, состояния свариваемой заготовки, качества исходного металла и режимов сварки. К параметрам настройки сварочного калибра относят: величину зазоров между нижними ребордами сварочных валков и между фасками электродных колец и сварочными валками, ширину проточки профиля электродных колец, ширину проточки (зазор) между электродными кольцами и величину горизонтального смещения оси электродных колец относительно плоскости, проходящей через оси сварочных валков в сторону формовочного стана. Большое влияние на качество сварки оказывает точное совпадение стыка кромок с зазором между электродными кольцами, что определяет симметричность нагрева кромок трубной установки.

Гнутые профили проката – высокоэкономичный вид металлопродукции, изготовляемой методом непрерывного профилирования (формоизменения) листового металла на профилегибочных агрегатах различных типов. Большое количество профилированного металла применяется для внешних и внутренних стенок автомобилей, автобусов, железнодорожных вагонов, для покрытия рефрижераторов, контейнеров, при изготовлении сельскохозяйственных и подъемно-транспортных машин, самолетов, судов, в качестве элементов различных строительных конструкций, ферм пролетов жилых и производственных зданий, перекрытий промышленных сооружений, в электромонтажных изделиях и энергосетевом строительстве для выполнения магистральных и распределительных шинопроводов, опор линий электропередач, электрораспределительных шкафов и др.

Процесс профилирования (формообразования) гнутых профилей в валках является весьма прогрессивной разновидностью технологии обработки металлов давлением. Он позволяет получать профили не только различной и сложной конфигурации поперечного сечения (в том числе замкнутые круглые и прямоугольные, листовые с большим числом мест изгиба, свыше тридцати, разделенных прямолинейными или иной формы участками), но и со специальными служебными свойствами.

Литература:

1. Данченко В. Н., Коликов А. П., Романцев Б. А., Самусев С. В. Технология трубного производства. – М. : Интермет Инжиниринг, 2012. – 214 с

2. Шевакин Ю. Ф., Глейберг А. 3. Производство труб. – М. : Металлургия, 2013. – 440 с

3. Осадчий В. Я., Вавилин А. С., Зимовец B. Г., Коликов А. П. Технология и оборудование трубного производства . – М. : «Интермет Инжиниринг», 2011. – 608 с