Исследование и совершенствование технологии изготовления электросварных труб

Одной из ведущих отраслей черной металлургии является трубная промышленность. Это объясняется тем, что развитие таких важнейших отраслей народного хозяйства, как нефтедобыча и нефтепереработка, добыча природного газа и его транспортировка, машиностроение, сельское хозяйство и многие другие отрасли требуют огромного количества труб самого разнообразного сортамента.

Несмотря на стремительное развитие технологий, практически невозможно представить, что в ближайшем будущем в процессе возведения различного назначения зданий и сооружений, а также при прокладке коммуникаций что-либо заменит стальные трубы.

Все выпускаемые сегодня сварные трубы могут быть универсальными (применяются для доставки конечному потребителю различного рода рабочих сред) и трубы с узкой специализацией (газопроводные, нефтепроводные и т.д.).

Прокладка подземных и надземных систем отопления, водопроводов и газопроводов была бы невозможна без стального трубопроката различного диаметра. Он активно используется в качестве составных частей всевозможных машин и механизмов, включая сложнейшее технологическое оборудование, а также в сельском хозяйстве и в процессе строительства, где успешно выполняет роль прочной, но легкой арматуры и может служить основой при возведении каркасов зданий.

Трубная продукция часто используется для предприятий топливно-энергетического комплекса, машиностроения, строительной индустрии, оборонных отраслей, для создания трубопроводного транспорта страны, но основу, все же, составляют трубы, предназначенные для нефтегазового комплекса страны. Стальные трубы выпускают в широком диапазоне диаметров, толщин стенок, марок стали и различных классов точности. Они обладают высокой прочностью, относительно небольшой массой, пластичностью и применяются при индустриальном монтаже. Недостатками стальных труб являются подверженность коррозии и зарастанию, меньший срок службы по сравнению со сроком службы неметаллических труб, возрастание гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации, если не предусматриваются соответствующие меры.

Увеличение производства труб сваркой объясняется технико-экономическими преимуществами этого метода. Сварные трубы изготавливают на непрерывных агрегатах, работающих по «бесконечной» схеме формовки и сварки. Применение таких агрегатов обеспечивает, с одной стороны, низкую себестоимость сварных труб, позволяет легко совмещать в одной непрерывной технологической линии как изготовление самой трубы, так и ей редуцирование, профилировку, нанесение защитных покрытий и т.д. С другой стороны, сварные трубы представляет собой экономичный легкий профиль, материал которого обладает высокими механическими свойствами.

          Целью данной работы является совершенствование технологии изготовления электросварных труб.

          Предметом исследований является трубоэлектросварочный стан 140-250 ОАО «ВМЗ».

          В работе решались следующие задачи исследования:

- выполнить классификацию электросварных труб;

- изучить технологию производства электросварных труб малого и среднего диаметров;

- исследовать процесс формовки на трубоэлектросварочном агрегате 140-250;

- выполнить расчет калибровки валков формовочного стана;

- провести оптимизацию тянущих усилий по клетям ТЭСА 140-250.

1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ

1.1 Классификация электросварных труб

В зависимости от назначения труб, характеристики и размеров исходного материала сварные трубы получают разными способами: печной, электрической и газоэлектрической сваркой; каждый из способов имеет определенные технологические преимущества и недостатки. Кроме этого, все способы производства сварных труб классифицируют также [2 – 4]:

- по температуре формуемого металла - формовка холодного листа (все виды современных трубоэлектросварочных агрегатов) и формовка горячего листа (агрегаты непрерывной печной сварки);

- по способу получения окончательных размеров готовых труб: в калибровочных клетях формовочно-сварочных агрегатов или на редукционных станах.

Способы производства электросварных труб классифицируются по характеру протекания процесса (непрерывный и дискретный), способам формовки и сварки трубной заготовки.

          Непрерывным способом изготовляют сварные прямошовные трубы малых (диаметр менее 114 мм) и средних (диаметр в интервале 114-530 мм) диаметров из рулонной стали или отдельных предварительно состыкованных листов. Дискретным способом изготавливают трубы большого диаметра (диаметр более 530 мм) из отдельных листов или предварительно сваренных листов («карт»), а также многослойные трубы из обечаек.

 По количеству и направлению швов сварные трубы подразделяют на одно- и двухшовные, прямо- и спиральношовные. Трубы двухшовные с прямыми швами выпускают большого диаметра; выпуск одношовных труб с прямым швом ограничен шириной исходного листа. При производстве труб со спиральным швом обеспечивается получение труб большого диаметра из более узкого листа. Однако спиральношовные трубы имеют большую протяженность сварного шва по сравнению с прямошовными трубами, толщина стенки не превышает 18-20 мм.

Прямошовные сварные трубы изготавливаются методом сварки одного стального листа встык, т.е. путем сворачивания листа (стальной ленты) и сварки его боковых кромок между собой. Шов в изделии данного вида расположен вдоль всей ее длины. При этом при изготовлении труб большого диаметра часто требуется наличие сразу двух швов на одном изделии, что обусловлено ограничениями в ширине имеющихся стальных листов.

          Для производства спиралешовных труб применяется находящаяся в рулонах листовая сталь. Основным преимуществом данного вида трубопроката является возможность получения изделий диаметром вплоть до 2520 мм при использовании заготовок одинаковой ширины и одного и того же прокатного стана путем несложной переналадки угла спирали. Именно спиралешовная технология позволяет изготовить трубы, отношение диаметра которых к толщине стенки превышает 100.

          Прямошовные сварные трубы изготавливаются путем сворачивания листа и сварки его боковых кромок.

          Для изготовления спиралешовных изделий требуется менее сложное технологическое оборудование, чем для производства прямошовных, при этом точность изготовления остается на весьма высоком уровне. Еще одним преимуществом труб со спиральным швом является более простая ликвидация последствий при аварийном разрыве трубопровода: спиралевидная форма шва препятствует образованию продольной магистральной трещины — наиболее опасного вида разрушения трубопровода. Среди недостатков спиралешовных труб можно отметить увеличенную длину шва и связанный с этим дополнительный расход сварочных материалов [2].

 По способу формовки листовой трубной заготовки различают валковую - при производстве прямошовных труб малого, среднего и большого диаметров; прессовую - при формовке листов в круглую заготовку или листов в полуцилиндры; в станах валково-оправочных или втулочного типа - при производстве спиральношовных труб; на вальцах - при формовке листов или предварительно сваренных «карт».

           По способам сварки трубы подразделяются на полученные дуговой сваркой под слоем флюса, сваркой электросопротивлением, индукционной сваркой, сваркой токами высокой частоты, электросваркой в среде инертных газов, сваркой постоянным током, электронно-лучевой, плазменной и ультразвуковой сваркой.

По совокупности отличительных технологических признаков трубоэлектросварочные агрегаты условно подразделяют на непрерывные для производства труб малого и среднего диаметра от 6,0 до 530 мм без редукционного стана (типоразмеры ТЭСА по действующей в России номенклатуре 6-32; 20-76; 51-114; 102-220; 202-530) или с редукционным станом (ТЭСА 20-14; 51-220); непрерывные агрегаты для производства труб большого диаметра с одним или двумя продольными швами [2].

1. Гузненков В.Н. Определение скорости производства прямошовных труб из высоколегированных сталей / В. Н. Гузненков // Альманах современной науки и образования. – 2017. – № 3 (117). – С. 27-29.
2. Данченко В.Н. и др. Технология трубного производства. - М.: Интерметинжиниринг, 2002. - 640 с.
3. Колесников А. Г. Технологическое оборудование прокатного производства / А. Г. Колесников, Р. А. Яковлев, А. А. Мальцев. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. – 158 с.
4. Коликов А. П. Развитие производства стальных труб / А. П. Коликов, Л. А. Кондратов // Металлург. – 2008. – № 2. – С. 11-16.
5. Соколова О. В. Анализ калибровки валкового инструмента при непрерывной валковой формовке труб / О. В. Соколова, А. Е. Лепестов, Д.Н. Новокшонов // Производство проката. – 2016. – № 5. – С. 25-27.
6. Шевакин Ю. Ф. Производство труб / Ю. Ф. Шевакин, А. П. Коликов, Ю. Н. Райков. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 568 с.
7. Shinkin V. N., Kolikov A. P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe. Steel in Translation. 2011. T. 41. № C. 61-66.
8. Расчёт параметров листовой прокатки. Справочник. Коновалов Ю.В., Остапенко А.Л., Пономарев В.И. /Расчёт параметров листовой прокатки. - М.: Металлургия, 1986.
9. Технология прокатного производства. Учебник для вузов. /Грудев А.П., Машкин Л.Ф., Ханин М.И. -М.: Металлургия, 1994 – 656 с.