Geum.ru

Конспект лекций томск 2005 г. Лекция 1

Вид материалаКонспект
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9
Прямошовные сварные трубы


Наиболее распространенный способ изготовления прямошовных сварных труб диаметром до 820 мм и толщиной стенки до 1>мм - холодное формование труб из бесконечной рулонной ленты в многоклетьевом формовочном стане с последующей электроконтактной сваркой кромок продольного шва заготовки трубы. Можно также использовать сварку токами высокой или повышенной частоты и другие методы сварки. На подготовительной стадии рулон ленты разматывают, правят, обрезают его концы перед стыковкой с лентой очередного рулона, а затем сваривают этот стык и снимают с него грат. Для обеспечения непрерывности процесса из-за сварки концов ленты предыдущего и последующего рулонов создают петлеобразователь (колодец), где всегда имеется необходимый запас ленты (рис. 52). Боковые кромки ленты обрезают ножницами.


Рис. 52. Схема технологического процесса изготовления электросварных при-мошовных труб диаметром до 820 мм:

1 — разматыватель ленты; 2 — подающие рюлики; 3 — ножницы; 4 — стыкосва-рочная машина концов ленты; 5 — гратосниматель; б — подающие ролики; 7 — петлеобразователь; 8 — правильная машина; 9 — формовочный стан; 10 — направляющая клеть; 11 — трубосварочный стан; 12 — охладитель; 13 — калибровочный стан; 14 — правка; 15 — летучий трубоотрезной станок; 16 — стеллаж труб


Формовочный стан представляет собой многоклетьевую машину из приводных рабочих горизонтальных и неприводных вертикальных валков. Рабочие горизонтальные валки имеют изменяющийся от клети к клети профиль открытого калибра (рис. 53,а) для предварительного формования заготовки трубы и изменяющийся профиль закрытого калибра валков (рис. 53,6) для окончательного (отделочного) формования трубы. Длину формовочного стана и число формовочных клетей выбирают таким образом, чтобы кромки заготовки плавно поднимались в калибрах валков от клети к клети и не было у них перегибов, гофр, т.е. чтобы не было остаточных деформаций кромок, вызванных подъемом кромок при формовке трубной заготовки.

После сварки и снятия грата бесконечно длинную трубу охлаждают в жидкостном охладителе и подвергают правке и калибровке в калибровочном стане, а затем разрезают с помощью трубоотрезного станка на трубы заданной длины. Готовые трубы передают на гидравлическое испытание, осмотр, обмеры и маркировку.

Сварные прямошовные трубы диаметром 530—1420 мм изготовляют из листовой заготовки двумя методами: холодным формованием на прессах (прессованием) и вальцеванием (гибкой).


Рис. 53. Схема формования прямошовной трубы в открытом (а) и закрытом (б) калибрах валков (R - радиус изгиба заготовки)


Рис. 54. Схема технологического процесса изготовления электросварных прямо-шовных труб:

7 - правка листа; 2 - обрезка кромок; 3 - обрезка переднего и заднего концов листа; 4 — очистка кромок; 5 — загиб кромок; 6 — предварительная формовка в (/-образную форму; 7 — окончательная формовка в О-образную форму; 8 — наружная сварка; 9 — приварка технологических планок; 10 — внутренняя сварка; 11 — обрезка торцов; 12 - снятие валика (усиления) внутреннего шва на концах труб; 13 — калибровка и испытание; 14 — снятие фасок

Изготовление электросварных труб (рис. 54) методом холодного прессования осуществляют на мощных гидравлических прессах. Основное достоинство метода — возможность формования заготовок большой длины и высокая его производительность.

Стальные листы после правки, например, на валковых машинах поступают на кромкострогальные станки. Здесь обе кромки одновременно обрабатывают неподвижно установленными резцами. Листу сообщается поступательное движение. Затем края листа очищают от окалины и ржавчины на расстояние до 70 мм, после чего подгибают кромки по радиусу, соответствующему радиусу готовой трубы. Очистку проводят металлическими щетками, приводимыми во вращение от электродвигателя, или при помощи дробеметной или дробеструйной установки. Дробеметная установка представляет собой проходную камеру непрерывного действия, через которую проходит лист для очистки. Камера состоит из двух секций, оборудованных верхними и нижними дробеметными аппаратами, бункерами, элеваторами, сепараторами, питателями и приводными поддерживающими роликами для транспортировки листа. Поверхность листов очищает струя чугунной дроби, выбрасываемая дробемет-ным колесом.

Подгибают кромки на ширину 400 мм на валковых кромкогибочных станах и получают корытообразные заготовки труб. Кромкогибочный стан состоит из четырех клетей: задающей с цилиндрическими валками и трех рабочих гибочных с профилированными валками. Подача листа в гибочные клети происходит благодаря силам трения, возникающим между вращающимися валками задающей клети и листом.


Рис. 55. Формование трубы из листовой заготовки:

а — подгибка кромок; б - получение U-обризной заготовки; в — получение О-об-разной заготовки


Прижим и подъем валков осуществляются пневматическим цилиндром. Рабочие валки состоят из продольного вала, по середине которого расположен центральный диск, а по краям насаживаются профильные диски. Используя сменные рабочие валки гибочных клетей, можно подгибать листы при изготовлении труб различных диаметров. Известны и другие машины для подгибки кромок.

Формование трубы из листовой заготовки методом холодного прессования осуществляют на гидравлических прессах в две стадии: в U-образную и О-образную формы (рис. 55). Пресс предварительной формовки развивает усилие 19 600 или 17 640 кН. Он состоит из двух одинаковых гидравлических четырехколонных прессов, соединенных друг с другом балкой и имеющих общую подвижную траверсу. На траверсе закреплены сменные штампы (пуансоны), профиль штампа соответствует диаметру формуемой заготовки. На общей для обоих прессов нижней балке с обеих сторон расположено по шесть секций роликов гибки. В зависимости от размеров заготовки ролики можно сближать и раздвигать в поперечном направлении. В каждой секции роликов имеется груз, который возвращает ролики в исходное положение При подъеме штампа и заготовки. Подъем заготовки вверх после формовки осуществляется четырьмя пневматическими подъемниками с роликами, по которым следующая заготовка выталкивает согнутую в U-образную форму заготовку на подъемный рольганг перед прессом окончательной формовки. Корытообразной заготовке трубы на прессе предварительной формовки придают U-образную форму с помощью штампа и подвижных гибочных роликов. Длина штампа равна длине формуемой трубы.

Окончательную О-образную форму трубы создают на еще более мощном прессе в двух полуцилиндрах-штампах. Верхний штамп — подвижной, нижний — неподвижный. Пресс окончательной формовки развивает усилие 196 000 или 156 800 кН. Он состоит из шести двухколонных прессов, установленных на двух общих основаниях по три на каждом. Каждый из шести двухколонных прессов состоит из верхней неподвижной траверсы с цилиндром, подвижной траверсы с укрепленной верхней половиной штампа и основанием, в котором уложена нижняя половина штампа. Внутри нижнего штампа простроган восьмигранник, в котором устанавливают сменный инструмент (вкладыш) в зависимости от размера формуемой трубы. Подвижные траверсы всех шести прессов направляются по двум колоннам и соединены с плунжерами главных цилиндров.

Трубную U-образную заготовку подают в пресс подающим устройством; в нижней части штампа расположены ролики, по которым она перемещается. Формовку О образной заготовки трубы осуществляют в закрытом круглом калибре пресса при опускании верхней половины штампа за один ход пресса. Подвижную траверсу после рабочего хода поднимают с помощью возвратных цилиндров. Сформованная заготовка приподнимается в штампе специальными роликами и выдается из пресса следующей заготовкой. При переходе на другой размер труб заменяют сменные вкладыши нижнего штампа и верхний штамп. Обжатие заготовки трубы по периметру допускается в пределах 0,2-0,6 %.

Сформованные заготовки трубы О-образной формы передают с

помощью передвижных рольгангов на сварочную установку. К концам

труб перед сваркой приваривают технологические планки, на которых

после зажигания дуги остаются сварочные кратеры, удаляемые затем

вместе с планками.

Сварку О-образных заготовок труб диаметром 530-820 мм проводят на установках автоматической сварки под флюсом, где сваривают продольный шов сначала с наружной стороны, а затем с внутренней. О-образные заготовки труб диаметром 1020—1420 мм подают сначала на установку для сварки технологического шва, на которой смещение кромок предотвращается благодаря применению внешних клетей. Технологический шов накладывают непрерывно сварочным автоматом с двумя головками в среде защитного газа. Шов служит также для защиты ванны расплавленного металла при последующей сварке рабочего шва под флюсом и, таким образом, способствует предотвращению образования дефектов.

Сварку рабочего шва под флюсом проводят в один слой со сваркой подварочного шва, т.е. сначала проваривают внутренний слой до технологического шва, затем выполняют подварочный шов снаружи. При этом технологический шов полностью расплавляется.

При сварке под флюсом применяют многоэлектродную сварку, при которой до трех—четырех электродов последовательно располагают так, чтобы образовалась только одна сварочная ванна. За счет специально сконструированных сварочных машин большой производительности обеспечивается высокая стабильность всех сварочных параметров: силы тока, напряжения, скорости сварки, шага электродов, угла между электродами и разделкой под сварку, высоты и ширины слоя флюса. Это имеет особое значение для равномерного качества сварного шва. Трубы располагают на тяжелых сварочных тележках, обеспечивающих безвибрационное и плавное прохождение труб под сварочными автоматами.

После сварки каждую трубу подвергают тщательному визуальному контролю снаружи и изнутри, прежде всего в зоне сварного шва. Кроме того, сварной шов по всей длине трубы проверяют с помощью ультразвука. Этот вид испытания и рентгеновское просвечивание служат для выявления дефектов.

Калибровку труб, т.е. доводку их размера и формы, осуществляют экспандированием - расширением трубы внутренним гидравлическим давлением, превышающим испытательное. Экспандирование труб проводят на прессах-расширителях в специальной разъемной цилиндрической секционной обойме-штампах общей длиной, равной длине трубы. С обеих сторон обоймы располагают силовые головки, закрывающие трубу с концов. Работой пресса-расширителя управляют при помощи гидравлической системы. Пластическая деформация металла труб при экспандировании не должна превышать 1,2%.

Перед экспандированием торцы труб обтачивают и на внутренних их концах снимают усиление сварного шва на длину 150—200 мм, так как в трубу с обоих концов вставляют заглушки-конусы силовых головок с приспособлениями. При этом через одну головку подают воду под давлением для расширения трубы, а через другую выпускают воздух из трубы. Когда стенки трубы в процессе экспандирования прижмутся к внутренней поверхности обоймы, труба достигает максимального диаметра. Это является пределом экспандирования и дает возможность получить трубу заданного диаметра и точной формы, а также исключить неравномерную деформацию металла трубы в процессе ее расширения под давлением воды.

После экспандирования проводят гидравлическое испытание трубы. При этом в трубе снижают давление до давления, несколько меньшего испытательного. Затем обоймы раскрывают и одновременно, с созданием и поддержанием испытательного давления, специальное устройство с молоточками обстукивает трубу, как это требуется при гидравлическом испытании. Эти испытания проводят при давлении, доводящем трубу почти до предела текучести и значительно превышающем будущее рабочее давление. Во время испытания давление и время выдержки регистрируют с помощью самописца.

После очистки и сушки труб следует второе ультразвуковое испытание по всей длине сварного шва. Отмеченные дефектоскопом участки, а также концы труб подвергают рентгеновскому контролю.

Затем трубы до визуального контроля наружной и внутренней поверхностей контролируют методом магнитопорошковой дефектоскопии.

На последней стадии производства с обоих концов труб за один зажим снимают фаску одновременно для того, чтобы оба конца трубы располагались перпендикулярно к ее оси и плоскопараллельно относительно друг друга. Это также является важным условием для выполнения качественной сварки кольцевых швов.

Трубы диаметром 1020 мм и выше собирают из двух полуцилиндрических заготовок. В этом случае такие заготовки формуют на тех же гидравлических прессах, что и цилиндрические заготовки. Меняют лишь формующий инструмент. Подготовительные операции листов остаются прежними.

Технологический процесс изготовления труб диаметрбм 1020 мм и более из двух полуцилиндров включает правку листов, строжку их кромок, подгибку кромок, предварительную формовку заготовок, окончательную формовку заготовок в виде полуцилиндров, сборку полуцилиндров, сварку наружного и внутреннего швов, обрезку кратерных участков и торцовку труб, фрезерование усиления внутреннего шва, раздачу и гидроиспытание на экспандере.

Установка для сборки трубных заготовок из двух полуцилиндров состоит из расположенных с двух сторон подводящих рольгангов с выравнивающим устройством, с помощью которого оба полуцилиндра захватывают, поворачивают на угол 90°, соединяют продольными кромками и затем с помощью цепного заталкивателя подают в первый сварочный стан для наложения наружного шва. Скорость подачи полуцилиндров в сварочный стан цепным заталкивателем должна быть несколько выше скорости сварки.

Прямошовные трубы диаметром 530 мм и других размеров с применением метода холодного вальцевания изготовляют из листовой заготовки. При такой формовке лист подвергают двум операциям: подгибке кромок на кромкогибочной машине и формовке трубной заготовки на гибочных вальцах. Стальные листы подают со склада на кромкострогальную машину для строжки продольных кромок и снятия фаски на них под сварку. Затем на очистной машине дробеметного или щеточного типа очищают края листов, а кромки подгибают по радиусу готовой трубы. Далее заготовки формуют в трубу цилиндрической формы на трех или четырех валковых гибочных вальцах (рис. 56).

При изготовлении труб диаметром свыше 820 мм перед формовкой трубной заготовки на гибочных вальцах два узких листа собирают в карту и сваривают их на отдельных участках. Сборку и прихватку листов, а также приварку технологических планок осуществляют на специальном стане, состоящем из сварной рамы, прижимной траверсы с медными пластинами, рабочего и задающего рольгангов и двух однодуговых сварочных автоматов с флюсоаппаратурой.

Листы с задающего рольганга подают на рабочий рольганг до упоров так, чтобы стык продольных кромок листов находился на оси прижимной траверсы. Рабочим рольгангом выравнивают торцы листов с одного края, чтобы они составляли прямую линию, сводят листы до со прикосновения продольных кромок с зазором не более 1 мм и поджимают их к раме прижимной траверсой.


Рис. 56. Схема формовки трубной заготовки на трех- (а) и четырехвалко-вых (61 гибочных вальцах

К концам листов у края стыка однодуговым автоматом приваривают технологические планки, после чего концы стыкуемых листов сваривают на длину 100 мм. После этого осуществляют сварку продольных кромок на участках длиной 25— 50 мм, удаленных друг от друга на расстояние от 150 до 700 мм,

Картосварочный стан оборудован так же, как стан для сборки карт.

Удалив шлаковую корочку со швов и зачистив протеки металла, листы, собранные в карту, подают на картосварочный стан до упоров так, чтобы стык листов оказался на оси прижимной траверсы, которая с помощью цилиндров поднимается кверху и поджимает листы к раме стана. Медные пластины траверсы служат подкладкой при сварке и предотвращают протекание металла. Листы сваривают двухдуговым автоматом под флюсом. После сварки первого шва карту подают в кантователь, где ее переворачивают на 180° вдоль длинной оси, и затем передают на второй стан для наложения второго шва двумя дугами.

Подгибку кромок на кромкогибочной машине ведут в следующей последовательности: сваренную карту приводными роликами подают в машину так, чтобы передний конец шаблона перекрывал карту на 200— 300 мм; карту центруют с помощью вспомогательных цилиндров, которые подводят шаблоны к карте; включают цилиндры прижимных балок, с их помощью продольные кромки карты прижимают к шаблонам; включают гибочные цилиндры и шаблоны, накатываясь на края карты, подгибают кромки одновременно на всей длине карты с двух сторон; после завершения процесса гибки прижимная балка опускается в исходное положение и ролики выдают освобожденную от прижима карту из машины; шаблоны возвращаются в исходное положение.

Кромки карты сразу подгибают по всей длине на одну ширину и одним радиусом. После подгибки кромок карту очищают от флюсовой корки и остатков флюса. Технологические планки с концов трубы обрезают.

Лист или карту формуют в трубную заготовку обычно на четырехвалковых гибочных вальцах, дающих лучшие результаты. Четырехвалковые гибочные вальцы состоят из двух станин с четырьмя валками. Опорами верхнего рабочего валка служат откидывающийся и шарнирный корпусы. Откидывающийся корпус установлен со стороны, противоположной приводу; для снятия трубной заготовки с верхнего валка его откидывают, а верхний валок поворачивают на угол до 4°. Верхний валок — приводной. Нижний рабочий и гибочные боковые валки имеют вертикальное перемещение. Вращение нижнего рабочего и гибочных валков осуществляется от верхнего приводного валка благодаря

силам трения между изгибаемым листом и валками.

Карту подают по стеллажу на подъемный стол машины, максимальный угол подъема которого равен 45°. По наклонным роликам стола карта скатывается в валки машины. В момент начала формовки продольная кромка карты должна быть параллельна боковому валку. Формовку ведут при минимальной раскатке карты в машине. Для этого нижний валок включается в работу только при первом проходе карты, при выравнивании кромок заготовки или в случае пробуксовки карты в валках при гибке между верхним и боковыми валками.

В настоящее время на станах с формовкой трубных заготовок на гибочных вальцах принят следующий порядок технологических операций после формовки заготовок на четырехвалковых гибочных вальцах: предварительная сварка труб на станах предварительной сварки; сварка внутреннего шва на трубосварочном стане; сварка наружного шва на трубосварочном стане; удаление флюса и шлаковой корки из труб; инспекция и ремонт труб с дефектами шва; контроль на дефектоскопе продольных швов труб; обрезка концов труб, удаление кратерных участков шва; снятие валика внутреннего сварного шва на фрезерных станках; раздача и испытание труб гидростатическим давлением на прессе-расширителе. После гидравлического испытания проводят контроль качества и ремонт труб, вырезку дефектных участков и снятие фаски у труб на трубообрезном станке, а затем стыковую сварку двух труб длиной 6 м в трубу длиной 12 м. Концы сварных труб, предназначенных для изготовления магистральных трубопроводов, калибруют на длине 200 мм.

Для магистральных трубопроводов прямошовные трубы изготовляют следующих видов: из листовой стали контролируемой прокатки диаметром 1420, 1220 и 1020мм; из листовой нормализованной стали диаметром 1220 и 1020 мм; из листовой горячекатаной стали диаметром 820, 720 и 530 мм; из рулонной горячекатаной стали диаметром до 530 мм.


Спиральношовные трубы


Трубы изготовляют из стальной рулонной ленты путем сворачивания ее по спирали в непрерывную трубу. Спиральношовные трубы малых (до 530 мм) и средних (530—820 мм) диаметров формуют с двухсторонним сварным швом на специальном трубном стане (рис. 57), включающем в себя линию подготовки полосы и формовочно-сварочное устройство, в котором смонтированы вместе формовочная машина и сварочные головки.


Рис. 57. Схема расположения оборудования трубоэлектросварочного стана 1020 для изготовления спирадьношовных труб

Линия подготовки полосы состоит из следующих основных узлов: разматывателя 1; правильной машины 2, на которой рулонированная лента выправляется в плоскую; ножниц 3 для обрезки концов рулона; стыкосварочной машины 4, сваривающей конец предыдущего рулона с началом последующего; подающих роликов 5; петлеобразователя 6, который позволяет при стыковании лент не останавливать процесс формовки и сварки труб; ножниц 7 для обрезки боковых кромок ленты; кромкообрабатывающего устройства, на котором строгаются и разделываются кромки ленты до заданных размеров и фаски под сварку спирального шва; подающей машины с вводными проводками 8 формовоч-но-сварочного устройства. Обрезанные и состыкованные концы рулонов соединяют в непрерывную полосу на стыкосварочной машине сначала односторонней сваркой под флюсом. Сварочную головку, флюсоаппарат, катушки электродной проволоки устанавливают на самоходной тележке, перемещающейся вдоль свариваемых кромок. Сварку проводят без технологических планок, так как кратеры сварочной дуги отрезают далее вместе с кромками дисковыми ножницами. Усиление шва не снимают. Поскольку полосы в формовочно-сварочное устройство подают снизу, корень стыкового шва лент располагается снаружи трубы, и его потом в трубоотделочном отделении подвергают зачистке, разделке и сварке на специальной установке. По ходу движения ленты установлены вертикальные роликовые проводки, обеспечивающие ее правильное движение без выпучивания.

Формовочно-сварочное устройство состоит из формовочной машины 10 полувтулочного типа; сварочных головок 9 и 11 для выполнения двухстороннего спирального шва; летучего отрезного станка 12, оборудованного специальными резаками.

Формовочная машина установлена на опорно-поворотной раме 13 и перемещается относительно вертикальной оси опорного узла, идущей от точки пересечения оси подготовительной линии и продольной оси головной трубы в плане. Рама одним концом опирается на ролики опорного узла, установленного на фундаменте, и другим концом перемещается с помощью катков по криволинейным рельсовым путям. С этой подвижной стороны к раме крепят выходной мост, состоящий из отдельных тележек, скрепленных жесткой рамой. При изменении угла формовки происходит перемещение тележек на катках по криволинейным рельсовым путям вместе с рамой. На тележках крепят цилиндрические ролики, образующие отводящий рольганг выходного моста.