Технология спиральной сварки труб
В METAL БЮРО представлен широчайший сортамент трубной продукции, в том числе у нас вы сможете купить спиралешовные трубы и заказать услуги металлообработки:
- нанесение цинкового покрытия
- пескоструйная обработка
- нанесение ППУ и ВУС изоляции
- резка стальных труб на любые длины
- создание из труб металлоконструкций и их окраска
- нарезка на б/у трубах фасок
Технологические аспекты производства спиралешовных труб
Труба спиралешовная, так же как прокат с прямым швом, производится из стального листа методом электросварки. При производстве прямошовных труб в качестве заготовки используется лист горячекатаный мерной длины. Технология изготовления труб со спиральным швом предполагает использование в качестве исходной заготовки горячекатаный листовой прокат в форме рулонов. Соответственно, в зависимости от способа производства, сортамент электросварной продукции несколько отличается. К примеру, труба 1020 мм с прямым швом может иметь толщину стенки 8 — 32 мм (согласно ГОСТ 10704-91). В то же время эта же труба со спиральным швом может быть изготовлена с толщиной стенки 6-12 мм.
Технология спиральной сварки труб в сравнении технологией производства труб с прямым швом обладает следующими преимуществами:
- имеется возможность использовать листовую сталь одной ширины для изготовления труб разного диаметра, причем переход на другой типоразмер осуществляется в кратчайшие сроки;
- процесс производства является непрерывным и длина производимой продукции не ограничена;
- трубы со спиральным швом обладают большей конструкционной прочностью, чем прямошовные (на 20-40%);
Наряду с этим данная технология имеет также и определенные недостатки, среди которых:
- скорость сварки при производстве труб спиралешовных несколько ниже, чем при изготовлении прямошовных;
- длина сварного шва, приходящаяся на 1 м продукции у труб со спиральным швом больше, чем у проката с прямым швом.
Источник
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
Источник
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.
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
Источник