Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - производство труб - файл 1.doc


Лекции - производство труб
скачать (1004.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1005kb.17.11.2011 11:10скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ


Бесшовные и сварные трубы.

Трубы для магистральных трубопроводов (для транспортировки жидких, газообразных и сыпучих продуктов) изготовляют электросваркой с прямым или спиральным швом.

Водо-газопроводные трубы имеют наиболее массовое потребление, должны быть дешевыми – непрерывная печная сварка. Газопроводные трубы выпускают также оцинкованными с цилиндрической или конической резьбой на концах для соединения их муфтами.

Нефтяные трубы (обсадные, бурильные, насосно-компрессорные) используют в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности (крекинговые, нефтепроводные и др.) – изготовляют бесшовными из углероди­стой и легированной стали.

Трубы для теплоэнергетических установок выполняют бесшовными из углеродистой, легированной и высоколегированной (коррозионностойкой и жаропрочной) сталей.

Трубы для химической промышленности используют в различных аппаратах и установках, и в зависимости от условий эксплуатации – бесшовные или сварные.

В машиностроении, авиации, автотракторостроении, в гражданском и промышленном строительстве и других отраслях народного хозяйства широко используют конструкционные трубы из разных сталей, цветных металлов и сплавов – бесшовные или сварные.

^

1. Горячая прокатка труб


Горячей прокаткой получают трубы в основном из углеродистых сталей марок 10–45 и Ст.2–Ст.6 и легированных – ШХ15, 30XГCA, 40Х, 30ХМА, 12Х1М1Ф, Х5М, Х5ВФ; из нержавеющих – стали Х18Н10Т, Х17Н13М2Т, Х25Т. Бесшовные трубы изготовляют в широком диапазоне размеров: диаметром от 25 до 550 мм и толщиной стенки 2,5–30 мм и более.

Основные стадии процесса горячей прокатки труб – прошивка заготовки (слитка) в толстостенную гильзу и раскатка гильзы. В результате раскатки формируется труба с определенной толщиной стенки, а дальнейшие технологические операции (обкатка, калибровка) необходимы для придания трубе точности геометрических размеров и качества поверхности.

^

1.1. Технология прокатки труб по различным схемам


Любой трубопрокатный агрегат должен иметь два стана – прошивной и раскатной. Кроме указанных станов, на современных агрегатах устанавливают станы для калибровки труб по диаметру, а при изготовлении труб малого диаметра – редукционные станы. В отдельных технологических схемах предусматривают установку обкатных станов, предназначенных для рас­катки поверхностных дефектов.

Используемые способы раскатки гильзы в трубу определяют принципиальные особенности той или иной технологической схемы, согласно которой трубопрокатный агрегат носит наименование. Кроме того, оно дополняется еще цифровым обозначением, соответствующим сортаменту стана – максимальному и минимальному или только максимальному диаметру труб. Горячей прокаткой изготовляют трубы четырьмя основными способами на агрегатах:

1) с автомат-станом (прошивку ведут на стане поперечно-винтовой прокатки, а раскатку гильзы – на автомат-стане);

2) с пилигримовыми станами (прошивку ведут на стане поперечно-винтовой прокатки или на прессе, а раскатку – на пилигримовом стане);

3) с трехвалковым раскатным станом (прошивку ведут на стане поперечно-винтовой прокатки или (редко) на прессе, а раскатку – на трехвалковом стане поперечно-винтовой прокатки);

4) с непрерывным станом (прошивку ведут на стане попереч­но-винтовой прокатки или на прессе, а раскатку – на непрерывном стане).

При перечисленных способах производства прошивку, как пра­вило, осуществляют на станах поперечно-винтовой прокатки и значительно реже для этой цели используют прессы.

В табл. 1 приведены данные о распределении деформации между двумя основными операциями – прошивкой и раскаткой гильзы. Эти данные показывают, что при изготовлении труб на установках с автомат-станом основную деформацию производят при прошивке, а при других способах большая деформация на раскатку. Особенно резкое различие наблюдается между агрегатами с автомат-станом и пилигримовым. При пилигримовой прокатке совер­шается основная часть деформации, и в данном случае при прошивке можно получать толстостенную гильзу. Это в значительной мере определяет возможность использования для изготовления труб слитков, подвергаемых лишь небольшой деформации поперечно-винтовой прокаткой.

Агрегаты с автомат-станом и пилигримовым станом являются наиболее универсальными: на них можно получать более тонкостенные трубы и трубы с очень толстой стенкой. Два других способа прокатки имеют более узкую специализацию: на агрегатах с непрерывным станом прокатывают только тонкостенные трубы, а на агрегатах с трехвалковым раскатным станом – только толстостенные. Наиболее широкое распространение получили агрегаты с автомат-станом.

В зависимости от сортамента прокатываемых труб агрегаты делят на три типа: малые – для труб диаметром до 150 мм, средние для труб диаметром до 250 мм и большие – для труб диаме­тром до 530 мм.

Таблица 1

^

Распределение деформации и характеристика сортамента


при разных технологических схемах производства труб

Трубопрокатный

агрегат
^
Коэффициент вытяжки

Отношение D/S *

при прошивке

при раскатке

гильзы в трубу

наиболее тонкостенных

труб

наиболее толстостенных

труб
^

С автомат-станом


1,3–5,2

1,2–2,1

30–45

4,0–5,0

С пилигримовым

станом

1,3–2,1

3,0–15,0

25–40

6,0–7,0

С непрерывным

станом

1,8–3,0

3,0–6,5


25–36.

10–12


С трехвалковым

раскатным станом

1,3–2,1

1,8–3,2

10–12

4,0–5,0

*D—наружный диаметр трубы; S — толщина стенки.


Производственная мощность агрегатов с автомат-станом составляет, тыс. т/год:

малых – 100–120, средних – 200–250, больших – 400.

Технологический процесс на агрегатах с автомат-станом протекает в следующей последовательности. Круглые заготовки по­штучно загружают в кольцевую печь. Нагретые до 1180–1240°С (в зависимости от марки стали) заготовки по транспортному рольгангу поступают к прошивному стану, имеющему боковую выдачу гильз. По наклонной решетке гильза перекатывается к автомат-стану. При прокатке на автомат-стане толщину стенки, равную стенке готовой трубы, получают за два прохода. После прокатки труба по наклонной решетке поступает к одному из двух обкатных станов. Прокатка на автомат-стане с использованием неподвижной оправки вызывает появление продольных рисок на внутренней поверхности трубы. Эти риски (полностью или частично) устраняются разглаживанием поверхности трубы поперечно-винтовой прокаткой на оправке (обкатка). Одновременно обкатка несколько уменьшает поперечную разностенность. При этом диаметр трубы несколько увеличивается. Принцип работы обкатных станов такой же, как и прошивных. После обкатки труба поступает на калибровочный или редукционный станы и далее на отделку (правку, порезку на мерные длины, иногда термическую обработку и т. д.).

^ На агрегатах с пилигримовым станом применяют следующую технологи-ческую схему (рис. 1): на прессе производят прошивку, а затем на стане-элонгаторе и на пилигримовом стане – прокатку.

Исключение из этой технологической схемы операции прошивки на станах поперечно-винтовой прокатки заметно повышает качество труб, при этом предотвращается брак по внутренним пленам. Кроме того, создаются благоприятные условия для расширения сортамента, т. е. для прокатки труб из высоколегированных сталей.



Рис. 1. Расположение оборудования агрегата с двумя пилигримовыми станами:

1 – кольцевая печь; 2 – горизонтальный прошивной пресс; 3 – кольцевая подогревательная печь; 4 – стан-элонгатор; 5 – пилигримовый стан; 6 – подогревательная печь; 7 – пила; 8 – калибровочный стан; 9 – охладительный стол; 10 – правильный стан


По размерам выпускаемых труб агрегаты с пилигримовым станом условно делят на три типа: малые – для труб диаметром < 120 мм, средние – для труб диаметром до 326 мм и большие – для труб диаметром до 665 мм. По составу оборудования агрегаты всех трех типов аналогичны, малые агре­гаты дополнительно оборудуют редукционными станами.

Технологический процесс включает нагрев слитков в двух кольцевых печах до 1220°С и подачи их по рольгангу к прессу. Прошитую гильзу сначала прокатывают на элонгаторе, а затем – в одной из двух пилигримовых клетей. У прокатанных труб отрезают передний и задний (пилигримовая головка – недокат) концы на салазковых пилах, установленных за каждой пилигримовой клетью. Далее трубы поступают в подо­гревательную печь и на калибровочный стан. В составе агрегата имеются также правильные станы для правки труб в горячем со­стоянии. Производительность агрегатов, тыс. т/год: средних – до 300; больших – до 370.

^ На агрегатах с непрерывным станом трубы прошивают на валковом прошивном стане, получая гильзы диаметром 136 мм и с малым диапазоном толщины стенки. Кроме того, на непрерывном стане прокатывают трубы одного диаметра 108 мм. Благодаря применению оправок разного диаметра можно получать на нем трубы с разной толщиной стенки – от 3 до 8 мм.

Непрерывный стан имеет 9 клетей. Труба с оправкой выходит из непрерывного стана со скоростью до 6 м/сек. С выводного рольганга труба с оправкой шлепперами перемещается к одному из двух оправкоизвлекателей. Для расширения сортамента труб в потоке агрегата установлены два редукционных стана, работающих с на­тяжением. Один стан имеет 11 рабочих клетей и его иногда называют калибровочным; другой стан состоит из 19 клетей. На одиннадцатиклетевом стане получают трубы диаметром 73–102 мм, а на девятнадцатиклетевом – 30–68 мм. Трубы перед редуцированием нагревают в высокочастотной подогревательной печи до 1000°С. Производительность установки с непрерывным станом превышает 400 тыс. т/год.

При производстве труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом используют обычно прошивные станы поперечно-винтовой прокатки.

Типовой агрегат с трехвалковым станом состоит из нагревательной печи (обычно кольцевой), прошивного стана поперечно-винтовой прокатки, трехвалкового раскатного стана, оправкоизвлекателя, подогревательной печи и трехвалкового калибро­вочного стана поперечно-винтовой прокатки. Таким образом, все три стана (прошивной, раскатной и калибровочный) – являются станами поперечно-винтовой прокатки. Достоинство агрегата состоит в высокой точности получаемых труб (допуски на диаметр и толщину стенки в 2–2,5 раза меньше, чем на других агрегатах), что особенно эффективно для труб, подвергающихся в дальнейшем механической обработке. На агрегате, в частности, прокатывают трубы из стали ШХ 15, предназначенные для колец подшипников качения.

^

1.2. Прошивка заготовки


При прошивке на стане поперечно-винтовой прокатки заготовке одновременно сообщается вращательное и поступательное движе­ние под некоторым углом к оси валков (рис. 2, а). Угол перекоса оси валков = 5–17°, поэтому осевое перемещение заготовки за каждый ее оборот невелико, и обжатие по диаметру заготовки за полуоборот составляет всего 1–3%. Вследствие этого поперечно-винтовая прокатка протекает в условиях неравномерной деформа­ции, и из-за появления дополнительных напряжений в централь­ной части заготовки схема напряженного состояния металла близка к объемной схеме растяжения. Центральная часть заготовки деформируется вынужденно под действием периферийных обжимаемых слоев. Напряженное состояние – объемное растяжение в центральной части заготовки – делает возможным прошивку в ней отверстия при значительном снижении усилия прошивки.

При поперечно-винтовой прокатке удельное усилие прошивки в десять и более раз меньше, чем при прошивке такой же заготовки на прессах, так как при прессовании схема напряженного состоя­ния – объемное сжатие. При определенной степени деформации, называемой критической, может произойти разрыв металла в сердцевине под действием растягивающих напряжений. Процесс прошивки ведут таким образом, чтобы величина обжатия заготовки валками до встречи ее с оправкой не превышала критического значения, при котором происходит разрушение осевой зоны. Преждевременное вскрытие полости перед оправкой из-за превышения критического обжатия приводит к получению некачественной внутренней поверхности гильзы – разрывам, трещинам и пленам. Практически при прошивке заготовок из углеродистых сталей относительное обжатие по диаметру перед оправкой составляет 8–12%, а для заготовок из высоколегированных сталей 5–8%.

Применяют прошивные станы с валками трех видов (см. рис. 2): с бочковидными (а), дисковыми (б) и грибовидными (в). На всех этих станах по мере своего продвижения заготовка обжимается валками и прошивается в гильзу с внутренним диаметром, близким по величине к диаметру оправки. Наибольшее распространение получили прошивные станы с бочковидными валками. Современные рабочие клети (рис. 3) имеют массивную литую станину коробчатой формы со съемной крышкой. Внутрь станины закладывают пустотелые цилиндрические барабаны с проемами, в которых помещены подушки рабочих валков. Барабаны могут поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной оси прошивки, изменяя тем самым угол наклона валков к оси прошивки. Этот угол называют углом подачи, так как он обеспечивает поступательное движение (подачу) заготовки в процессе прошивки.



Рис. 2. Схемы прошивки на станах поперечно-винтовой прокатки


В отечественных конструкциях прошивных станов барабаны могут поворачиваться на угол от 0 до 90°, что значительно упрощает их перевалку – нет необходимости из­влекать барабаны из станины. Установив барабаны так, чтобы валки находились в вертикальном положении, кассеты с валками извлекают из барабанов через окна в крышке станины. Рабочие валки крепятся в кассетах на конических роликоподшипниках, помещенных в стаканы и защищенных от попадания окалины. Кассеты с валками перемещаются по направляющим барабанов с помощью нажимных винтов. Каждый валок имеет самостоятельный механизм перемещения нажимных винтов, состоящий из двух червячно-цилиндрических редукторов, передающих вращение от одного электродвигателя. Для удержания (фиксации) заготовки в вертикальной плоскости используют направляющие линейки. Нижняя линейка (неподвижная проводка) установлена стационарно в линейкодержателе. Верхняя линейка закреплена к фасонной траверсе, которая может перемещаться вверх или вниз с помощью механизма, установленного на крышке станины.



^

Рис. 3. Рабочая клеть прошивного стана с бочковидными валками


1 – рабочие валки; 2 – нажимное устройство; 3 – механизм поворота валков


Привод рабочих валков прошивного стана находится, со стороны подачи в них заготовки и состоит из электродвигателя, шестеренной клети и шарнирных шпинделей. Мощность двигателя в зависимости от размеров заготовки и скорости прошивки состав­ляет 1000–4000 кВт.

При поперечно-винтовой прокатке вектор окружной скорости валка w можно разложить на две составляющие (рис. 4), кото­рыми будут (применительно к бочковидным валкам): тангенциальная, сообщающая заготовке вращательное движение: , и осевая (поступательное движение): ,

где ^ Dx – диаметр валка в рассматриваемом сечении; п – скорость вращения валков.

По мере продвижения заготовки в очаге деформации площадь ее сечения уменьшается, поэтому скорость металла непрерывно возрастает. Скорость валков изменяется незначительно. В связи с этим поперечно-винтовая прокатка сопровождается скольжением металла относительно поверхности валков. Коэффициенты осевого (0) и тангенциального (т) скольжения есть отношения танген­циальной и осевой скорости заготовки к соответствующим составляющим окружной скорости валков. Тогда тангенциальную ско­рость гильзы можно выразить, как , откуда .



Рис. 4. К определению скоростных условий при прошивке в бочковидных валках


Осевая скорость гильзы

,

где dr – диаметр гильзы в данном сечении очага деформации;

nr – скорость вращения гильзы;

Qг – исходная площадь сечения заготовки;

Qx – площадь поперечного сечения гильзы в данном сечении очага дефор-мации;

x – вытяжка в данном сечении очага деформации.

Каждая точка поверхности металла совершает винтообразное движение. Величину шага – перемещение любой точки поверх­ности металла за полуоборот гильзы называют подачей (tx) и вычисляют по осевой скорости гильзы, умноженной на время полуоборота:

.

Зная величину подачи, можно определить обжатие заготовки по диаметру в конусе захвата за полуоборот заготовки:

,

где 1 – угол конуса захвата (входного) (см. рис. 4).

Условия захвата при поперечно-винтовой прокатке следует рассматривать не только в момент непосредственного касания с валками задаваемой заготовки (первичный захват), но и в более поздний момент, когда передний конец ее встретится с оправкой (вторичный захват). Первичный захват обусловлен условиями, обеспечивающими вращение заготовки, так как без этого не может быть ее осевого перемещения.

В любом поперечном сечении очага деформации (в конусе за­хвата) на заготовку действует (рис. 5) активный момент ^ Мт сил трения и момент МN сил нормального давления, препятствующий вращению заготовки. Тогда условие вращения заготовки (условие первичного захвата) запишем неравенством МтМN  0 или PfаРс  0, где Р – сила нормального давления; f – коэффициент трения. Откуда .

Величина с зависит от обжатия заготовки за полуоборот и диа­метра валков, величина а определяется диаметром заготовки. Поэтому с увеличением обжатия за полуоборот увеличивается с и при каком-то ее значении вращение заготовки прекратится, т. е. захват будет невозможен.

При недостаточной величине втягивающих сил, действующих на заготовку в момент вторичного захвата, произойдет остановка заготовки: вращение заготовки будет, а поступательное движение прекратится, так как усилие, необходимое для прошивки заготовки оправкой, окажется больше втяги­вающего усилия. Величина втяги­вающего усилия зависит от вели­чины контактной поверхности между металлом и валком в конусе захвата и от угла подачи .

Если для первичного захвата рекомендуется уменьшение обжатия за полуоборот заготовки за счет уменьшения угла конуса захвата 1 и угла подачи , то при вторичном захвате с повыше­нием значений 1 и , увеличивается втягивающее усилие. Поэтому при калибровке определяют параметры, при которых удовлетво­ряются условия первичного и вторичного захватов.

Валки прошивных станов имеют форму, показанную на рис. 6. Валки первого типа (а), представляющие собой два усеченных конуса, приложенных друг к другу большими основаниями, приме­няют при прошивке заготовок, а второго (б) – с дополнительными участками для калибровки наружного диаметра гильзы – исполь­зуют при прошивке слитков большого диаметра. При выборе диа­метра рабочих валков следует учитывать, что с ростом их диаметра увеличиваются усилия при прокатке, рабочая клеть становится более громоздкой, но прочность валка и жесткость конструкции возрастают. Углы конусности валков являются наиболее характер­ными параметрами калибровки. Особенно большое влияние на процесс оказывает угол 1 входного конуса валка, величиной которого определяется обжатие заготовки по диаметру перед оправкой. Оптимальные величины угла 1, используемые в прак­тике, равны 3–4°. Угол 2 раскатного (выходного) конуса валков обычно при­нимают равным от 3° 30' до 6°.

Для прошивки применяют оправки двух типов (рис. 7): сменяемые (а) и не­сменяемые (б). В последнее время широкое распространение получили несменяемые оправки, повышающие производительность стана и позволяющие полностью авто­матизировать весь процесс, освободиться от тяжелых ручных операций.








Рис. 5. К определению условий за­хвата при поперечно-винтовой прокатке

Рис. 6. Валки прошивного стана


В настоящее время при производстве бесшовных труб по некоторым технологи­ческим схемам используют прошивку на прессах вместо прошивки на станах поперечно-винтовой прокатки. Прошивка на прессах применяется в тех случаях, когда исходной заготовкой для получения труб служит слиток. Получение гильзы на прессах позволяет использовать также в качестве исходной заго­товки блюмы. При прошивке на прессах напряженное состояние металла характеризуется всесторонним неравномерным сжатием, повышающим пластич-ность. Это позволяет получать гильзы из литого легированного металла. Схема деформации такова, что от­сутствует овализация заготовки, а деформация в поперечном на­правлении равномерна и минимальна. Поэтому дефекты, харак­терные для прошивки гильзы на валковых станах (плены на вну­тренней поверхности, овализация гильзы), отсутствуют. Про­шивкой на прессах получают пустотелый толстостенный стакан (гильзу) сравнительно небольшой длины. Наибольшее отношение длины стакана к его диаметру практически находится в пределах 4–7 (меньшее значение для большего диаметра стакана), так как усилия прошивки весьма значительны и чем больше длина пуан­сона (гильзы), тем меньше жесткость его, а, следовательно, больше разностенность стакана. Поэтому для получения труб требуемой длины (не менее 8–12 м) следующую раскатку стакана производят с большими деформациями.

Наибольшее распространение получила заполняющая про­шивка по методу Эргардта, когда многогранный слиток или квад­ратную заготовку прошивают в круглом контейнере. Схема про­шивки показана на рис. 8. Площадь пуансона 1 (иглы) равна площади зазора между слитком 2 и контейнером 3, поэтому металл течет радиально и высота слитка практически не изменяется. Обычно прошивку ведут с некоторым переполнением (на 5–10%) для лучшего заполнения контейнера. Прошивку производят на горизонтальных прессах усилием 8–12 Мн (800–1200 Т).






Рис. 7. Оправки прошивного стана:

1 – оправка водоохлаждаемая: 2 – переходной патрон; 3 – стержень; 4 – трубка для подачи воды (I—IV — участки оправки)

Рис. 8. Схема прошивки по методу Эргардта



1.3. Раскатка гильзы в трубу

Для раскатки гильзы существуют станы четырех типов: авто­матический, непрерывный, пилигримовый и трехвалковый.

Продольная прокатка (раскатка) гильзы на автомат-стане – один из наиболее распространенных способов получения трубы с заданной толщиной стенки. Автомат-стан представляет собой обычную нереверсивную двухвалковую прокатную клеть.

Гильза прокатывается в круглом калибре за два прохода на неподвижной короткой оправке, установленной между валками (рис. 9, а). После каждого прохода раскатанную гильзу передают на переднюю сторону клети с помощью пары фрикционных роли­ков обратной подачи, смонтированных на задней стороне клети и вращающихся в противоположную по отношению к рабочим вал­кам сторону. В этот момент верхний валок немного приподнимают для передачи трубы на переднюю сторону стана, оправку после прокатки снимают и вновь устанавливают перед подачей гильзы на следующий проход.

Рабочая клеть (рис. 9, б) имеет две станины закрытого или открытого типа с общей съемной крышкой. Подушки рабочих вал­ков сделаны из литой стали с текстолитовыми вкладышами. Станы, предназначенные для прокатки труб малых диаметров, оборудованы роликовыми подшипниками. Перевод на подшипники каче­ния позволяет: повысить точность настройки стана, сделать ее ста­бильной и, как следствие, повысить точность труб по толщине стенки. Установка нижнего рабочего валка по высоте производится вручную продольными клиньями или нижними нажимными вин­тами. Положение верхнего рабо­чего валка регулируется двумя нажимными винтами, которые при­водятся во вращение от электро­двигателя через цилиндрический редуктор и червячные передачи. Подъем верхнего рабочего валка на определенную высоту для про­пуска трубы при передаче ее на входную сторону и его опускание в рабочее положение производит­ся клиновым механизмом. Мощ­ность двигателя главного привода в зависимости от сортамента труб составляет 600–1900 кВт. Клеть оборудована передним и задним столами. На переднем столе смонтированы устройства для подачи гильзы – трубы в валки и кантовки ее после каждого прохода.

Задний стол оборудован трубчатыми проводками и упором для закрепления стержня, на переднем конце которого установлена короткая коническая оправка.

В валках автомат-стана размещают от 2 до 12 ручьев. Большее число относится к случаю прокатки труб малого диаметра. При прокатке на автомат-стане используют, как правило, круглые калибры, (рис. 10, а). Радиус ка­либра rк принимают равным половине высоты h калибра, а угол выпуска устанавливают в пределах 30–32°. Выпуск выполняют радиусом . Отношение ширины калибра b к его высоте h назы­вают коэффициентом овальности К. Обычно принимают К = 1,03–1,08, меньшие значения коэффициента применяют при прокатке тонкостенных труб. Ширина калибра при прокатке тонкостенных труб (D/S = 20–40) примерно равна или несколько больше диа­метра задаваемой гильзы, а при прокатке толстостенных труб не­сколько меньше диаметра гильзы.








Рис. 9. Схема прокатки на автомат-стане (а) и рабочая клеть (б)





Рис. 10. Калибр (а) и очаг деформации (б) автомат-стана


Оправки автомат-стана (рис. 10, б) чаще всего имеют рабочую поверхность конической формы с углом конусности = 10–12°. Длина цилиндрического пояска равна 20–45 мм, меньшее значе­ние соответствует меньшему диаметру труб. Сопротивление оправки перемещению трубы в значительной мере зависит от угла конусности . С увеличением конусности сокращается контактная поверхность, но увеличивается лобовое сопротивление оправки. Угол находят из условия минимального сопротивления оправки перемещению трубы. Практически обжатие стенки S на автомат-стане колеблется весьма незначительно и составляет 3–7 мм (меньшие значения для труб с более тонкой стенкой). Относитель­ная деформация на автомат-стане для труб с толщиной стенки 3–3,5 мм составляет 50–55%, а для труб с толщиной стенки 40–50 мм относительная деформация равна 15–17%. Обжатие на ав­томат-стане лимитируется сопротивлением оправки продвижению гильзы; при больших обжатиях продвижение гильзы невозможно. В первом проходе коэффициент вытяжки равен 1,5–1,6, во вто­ром – коэффициент вытяжки равен 1,10–1,30. Для первого и второго проходов используется один и тот же калибр. Деформация во втором проходе происходит за счет оправки, диаметр которой на 1–2 мм больше диаметра оправки первого прохода. Таким образом, после каждого прохода необходима смена оправки. После каждого прохода труба кантуется (поворачивается вдоль продольной оси) на 90°.

Раскатка гильзы в трубу на непрерыв­ном многоклетевом стане является процессом непре­рывной продольной прокатки. Прокатку ведут на длинной цилин­дрической оправке, что позволяет получать трубы, большой длины (в два с лишним раза большей, чем, например, при прокатке на автомат-стане, где длина трубы ограничивается малой величиной деформации).

Каждая клеть современного стана имеет индивидуальный при­вод, что позволяет регулировать режим натяжения. Двухвалковые клети расположены относительно друг друга под углом 90°. Таким образом, металл, находящийся в данной клети в выпусках калибров, попадает в вершины калибра следующей пары валков и т. д. Такое расположение клетей устраняет необходимость кан­товки труб. В отечественных конструкциях клети устанавливают под углом 45° к горизонту. Вращение от двигателя пере­дается через комбинированную шестеренную клеть и шпиндель­ные соединения. Общая мощность двигателей девятиклетевого стана составляет 8550 кВт. Все клети одинаковые, расстояние между ними 1150 мм, валки диаметром 530–550 мм, длиной 230 мм. На стане прокатывают трубы одного диаметра (108 или 110 мм) с толщиной стенки от 3 до 8 мм. Станины рабочих клетей закрытого типа, рабочие валки смонтированы на конических четырехрядных роликовых подшипниках, которые закреплены в подушках, урав­новешивание валков пружинное. Нажимные винты верхнего и нижнего валков приводятся во вращение от одного электродвига­теля через червячные редукторы. Предусмотрена возможность перемещения только одного верхнего валка. На входной стороне стана установлены механизмы для введения оправки в гильзу и подачи ее с оправкой в валки.

На непрерывном стане применяют круглые и овальные калибры. Круглые калибры, делают с выпусками, аналогично калибрам автомат-стана (см. рис. 10, а). Угол выпуска = 40–50°. Для овальных калибров оптимальное отношение ширины к высоте находится в пределах 1,24–1,28.

На непрерывных станах деформацию между клетями распре­деляют с постепенным уменьшением от II к VII клети. В первой клети дают меньшую деформацию, чем во второй, а в последних двух клетях обжатие стенки трубы обычно не производят. Напри­мер, при прокатке труб с минимальной толщиной стенки (3–3,5 мм) коэффициенты вытяжки по клетям распределяют так:


Номер клети ........………… I II III IV V VI VII

Коэффициент вытяжки ..... 1,23 1,49 1,38 1,23 1,18 1,11 1,05

Оправки непрерывного стана – цилиндрические с проточкой на одном конце для захвата оправки при извлечении ее из трубы. Длина оправки несколько меньше длины прокатываемой трубы, которая достигает 26 м. Для уменьшения износа и более стабиль­ной работы одновременно используют 15–16 оправок.

^ Пилигримовая (пильгерная) прокатка относится к периодическим процессам и предназначена для про­изводства труб с заданной толщиной стенки. При пилигримовой прокатке радиус ручья валков – переменный. Раскатка гильзы ведется на длинной цилин­дрической закрепленной оправке – дорне.

На рис. 11 показан валок пилигримового стана. Ручей пилигримового валка имеет две основные части: рабочую, определяемую углом р, и холостую, определяемую углом x, равным 150–160°.

Рабочая часть калибра состоит из трех участков:

1) б = 60–90°, называемого бойком или передним конусом. На этом участке происходит основная деформация металла;

2) К = 90–110°, называемого калибрующим или полирую­щим (на этом участке труба получает окончательные размеры по диаметру и толщине стенки);

3) В = 10–20°, участка плавного перехода.

Первое соприкосновение валка с металлом после очередной подачи гильзы на величину m происходит в точке с (рис. l2, a). Радиус валка С, соответствующий этой точке, называют радиусом захвата. При дальнейшем вращении валков происходит непрерыв­ное обжатие гильзы возрастающим радиусом бойка (рис. 12, б). За время прохождения бойка через линию центров гильза обжимается и одновременно откатывается.

С выходом радиуса полирующего участка на линию центров происходит конечная стадия процесса: калибровка трубы по диа­метру и по стенке (рис. 12, в). Откат гильзы за­канчивается в момент вы­хода холостого участка валка на линию центров. За время прохождения холостого участка через линию центров гильза воз­вращается в исходное по­ложение и затем подается снова (рис. 12, г). За этот период направление дви­жения гильзы противопо­ложно направлению вра­щения валков. После этого процесс вновь повто­ряется.

За время одного цикла получается отрезок готовой трубы длиной lтр = m, где m – величина подачи гильзы за цикл; – сум­марная вытяжка, равная отношению площади попе­речного сечения гильзы к площади поперечного се­чения готовой трубы ( = 10–15).

Наи­более сложно при калиб­ровке пилигримовых валков установить профиль гребня бойка. Известны различные методики, позволяющие рассчитать кривую гребня, исходя из различных параметров процесса.




Рис. 11. Валок пилигримового стана

Пилигримовая клеть имеет две станины закрытого типа в виде жестких прямоугольных рам. Валки установлены в текстолитовых вкладышах, вмонтированных в подушки. В последнее время применяют подшипники жидкостного трения. Регу­лировка нижнего валка по высоте производится прокладками, устанавливаемыми под подушки, или клиньями, а верхний рабо­чий валок перемещается двумя нажимными винтами, вращаю­щимися от электро-двигателя через червячные передачи, размещенные вверху станин. Уравновешивание верхнего валка гидравлическое. Гильза подается специальным аппаратом (подающим), который в это же время кантует (поворот) ее на 90°. Таким образом, металл, находившийся в выпусках ручья предыдущего цикла, раскаты­вается при последующем цикле обработки.

Небольшой участок заднего конца гильзы остается непрока­танным, который отрезают на пилах после окончания прокатки и извлечения оправки (дорна) из трубы. В работе одновременно находится 10–15 дорнов.

На трехвалковом раскатном стане гильзу раскатывают на длинной подвижной оправке. Валки, равноуда­ленные один от другого и от оси прокатки, вращаются в одну сто­рону и придают задаваемой гильзе вращательное движение (рис. 13). Вследствие перекоса валков на угол подачи = 5–8° гильза получает дополнительно поступательное движение. Оси валков наклонены к оси прокатки и образуют угол  7°, кото­рый называют углом раскатки. При прокатке оправка вместе с тру­бой перемещается через очаг деформации. На валках трехвалко­вого раскатного стана можно выделить (по их назначению) четыре основных участка:




Рис. 12. Схема движения гильзы при пилигримовой прокатке






Рис. 13. Трехвалковый раскаткой стан

а – схема прокатки; б – продольный разрез очага деформации


конус захвата 1 с углом 1 = 2° 30'–3°, гре­бень 2 с углом наклона к оси; прокатки 1 = 42°, раскатной или калибрующий конус 3 и выходной конус 4 (рис. 13, б).

После захвата валками гильза получает вращательное и поступательное движение, на конусе захвата происходит редуцирование гильзы (уменьшение по диаметру) и обжатие стенки (примерно 20% сум­марного обжатия). Основная деформация стенки (80% суммарного обжатия по стенке) осуществляется гребнем валка, при этом вытяжка равна 1,3–3,0. На следующем участке очага деформации – калибрующем конусе – происходят выравнивание тол­щины стенки и уменьшение овализации, в результате чего не­сколько увеличивается внутренний диаметр. Благодаря увеличению внутреннего диаметра образуется некоторый зазор между трубой и оправкой, что облегчает снятие трубы с оправки. Высота гребня валков или величина обжатия стенки трубы зависит от отношения диаметра прокатываемой трубы D к толщине стенки S. При D/S  6,0 высоту гребня принимают равной до 10 мм, при D/S  6,0 высота гребня равна 12,5 мм. На трехвалковом стане можно раска­тывать только толстостенные трубы с отношением D/S  11–12. При прокатке сравнительно тонкостенных труб (D/S > 12) проис­ходит потеря поперечной устойчивости трубы: поперечное сечение концов трубы превращается в треугольник, что приводит к прекра­щению процесса раскатки.


1.4. Редуцирование труб

Прокатку труб для уменьшения их диаметра (редуцирование) весьма широко применяют при производстве горячекатаных труб, а также при изготовлении труб сваркой. Это объясняется тем, что получение труб малых размеров обычно связано с ощутимыми потерями производительности трубопрокатных или трубосвароч­ных агрегатов и, следовательно, с удорожанием продукции. Кроме того, в некоторых случаях, например, прокатка труб диаметром менее 60–70 мм затруднена, так как требуются оправки слишком малого диаметра.

Редуцирование проводят после дополнительного нагрева (или подогрева) труб до 850–1100°С прокаткой их на многоклетевых непрерывных станах без применения оправки. В зависимости от принятой системы работы этот процесс может протекать с увеличе­нием толщины стенки или с ее уменьшением. В первом случае прокатку ведут без натяжения трубы между клетями (или с очень незначительным натяжением), а во втором – с большим натяже­нием. Второй случай, как более прогрессивный, получил распро­странение в последнее десятилетие, так как при этом возможно значительно большее обжатие по диаметру, а благодаря уменьше­нию толщины стенки можно расширить сортамент прокатываемых труб более экономичными тонкостенными трубами. В промышлен­ности эксплуатируются редукционные станы с двух- или трехвал­ковыми клетями.

Стан включает 20 клетей с индивидуальным приводом. Каждая последующая клеть относительно предыдущей расположена под углом 90. Положение валков регулируется нажимными винтами. Кроме того, предусмотрена осевая регулировка валков для точного сов­мещения ручьев верхнего и нижнего валков. Мощность двигателя каждой клети при работе с натяжением достигает 150 кВт.

Редукционные станы с двухвалковыми клетями и индивидуаль­ным приводом используют для редуцирования труб широкого сор­тамента (диаметром 17–80 мм). При этом используется исходная труба диаметром 80–110 мм и даже до 180 мм. Применение трехвалковых клетей обычно ограничивает верхний предел исходного диаметра труб 120 мм. Станы с двухвалковыми клетями (3–7 кле­тей) с групповым приводом используют как калибровочные, т. е. для небольшого уменьшения диаметра труб, только с целью повы­шения их точности.

Для определения размеров калибров задаются режимом дефор­мации, добиваясь равномерности распределения относительного обжатия х по клетям:

,

где dх средний диаметр калибра в рассматриваемой клети;

dх-1– средний диаметр калибра в предыдущей клети.

Величину среднего относительного обжатия принимают равной 3–5% при свободной прокатке и 7–12% – при редуцировании с натяжением. При редуцировании применяют калибры круглые с выпуском. В трехвалковых клетях выпуск калибров значительно меньше, что повышает точность прокатки. Скорость прокатки достигает в последних клетях 10–12 м/сек.

^

2. Производство сварных труб



В настоящее время сварные трубы производят в основном печной сваркой и электросваркой из низкоуглеродистых и низко­легированных сталей.

^

2.1. Непрерывная печная сварка труб


Печной сваркой изготовляют водогазопроводные трубы диаметром 13,5–114 мм со стенкой толщиной 2–4 мм.

Процесс формовки и сварки штрипса в трубу на непрерывных станах печной сварки производится валками. Схема формовки штрипса в трубу показана на рис. 14. Деформация (свертка) штрипса, начинающаяся на некотором расстоянии от формующих валков – внеконтактная деформация гиба. Протяженность внекон-тактной деформации зависит от ширины штрипса, с увеличением ширины штрипса она увеличивается. Второй участок деформации – это контактная деформация гиба. Здесь свертка штрипса продолжается в формующих валках. Однако калибр этих валков заполняется неполностью. Угол обхвата штрипса равен 220–270°. Между кромками штрипса остается зазор, равный примерно 0,7 диаметра калибра. Во второй паре валков (сварочных) продолжается свертка штрипса до соприкосновения его кромок, уменьшение диаметра трубы (редуцирование) для создания необходимого давления на кромках и сварка.



^

Рис. 14. Схема формовки штрипса в трубу при непрерывной печной сварке


1 – штрипс; 2 -- первичная обдувка воздухом кромок; 3 – вертикаль­ные формующие валки; 4 – горизонтальные сварочные валки; 5 – вто­ричная обдувка воздухом кромок


Рассмотрим общую схему технологического процесса непрерывной печной сварки (рис. 15). Горячекатаный штрипс в рулонах 1 с помощью консольно-поворотного крана 2 устанавливают на разматыватель 3. С разматывателя штрипс поступает для правки на роликовую правильную машину 4. Каждый последующий рулон сваривают с концом предыдущего рулона (перед сваркой концы рулонов обрезают на ножницах 5) на стыкосварочной машине 6. Для обеспечения непрерывного процесса сварки труб во время сварки концов штрипса создают петлю между тянущими роликами, установленными за сварочной машиной и петлеобразователем 8. За этим петлеобразователем образуют вторую петлю 9, раз­мер которой остается все время постоянным благодаря регулятору 10. Этим создается постоянное натяжение штрипса при нагреве его в печи 11 туннельного типа. После нагрева производят формовку и сварку кромок штрипса на формовочно-сварочном стане 12, состоящем из 6–12 клетей с вертикальными и горизонтальными валками. Выйдя из формовочно-сварочного стана, труба поступает далее на редукционный стан 13. В зависимости от сортамента прокатываемых труб стан состоит из 10–14 клетей, в том числе 5–7 горизонтальных и 5–7 вертикальных.

Редукционный стан позволяет использовать штрипс одной ши­рины и из него получать трубы различного диаметра. Обжатие трубы по диаметру в каждой клети 5–10%. Затем на калибровоч­ном стане 14 производят калибровку трубы по наружному диаметру. Калибровочный стан состоит из трех клетей, из которых две крайние – горизонтальные, а средняя – вертикальная. Клети формовочно-сварочного, редукционного и калибровочного станов унифицированы. Затем трубы разрезают на части летучей пилой 15, и они поступают на охладительный стол 16. После полного охлаждения на холодильнике трубы специальным распределительным устройством подают к станам холодной правки и далее на тор­цовку, гидравлическое испытание, нарезку концов, навертку муфт, окраску или оцинковку.

Производительность агрегатов непрерывной печной сварки труб достигает 55 т/ч. Исходным материалом для изготовления труб печной сваркой служит горячекатаный штрипс в рулонах массой 1300–4500 кг и длиной 100–300 м. Ширину штрипса вы­бирают из условий оптимального относительного обжатия по диа­метру св в сварочном калибре, равного 4–10%. Ширина штрипса с учетом потерь на угар и температурного расширения

.

В настоящее время применяют штрипс с катаными и с реза­ными кромками, который получают продольной резкой (роспуском) листа шириной 1000–1700 мм.



^

Рис.15. Схема технологического процесса производства труб


непрерывной печной сваркой



2.2. Контактная сварка труб

Основными технологическими операциями при производстве труб контактной электросваркой являются формовка трубной заго­товки, сварка и редуцирование (калибровка) сваренной трубы. Эти технологические операции объединены в один цикл и проводятся непрерывно.

Формовку листа (штрипса) производят на непрерывных формо­вочных станах с горизонтальными и вертикальными валками. На этих станах кромки сформованной в трубу заготовки нагре­ваются и свариваются. Далее производят редуцирование и калиб­ровку трубы.

Станы контактной электросварки труб различают по способу нагрева кромок. На этих станах производят сварку: радиочастот­ную (ток радиотехнической частоты подводится контактным или индуктивным способом); сопротивлением переменным током (кон­тактный подвод тока с частотой 150–450 гц) индукционную (то­ками высокой частоты); сопротивлением постоянным током и дуго­вым нагревом кромок неплавящимся электродом. Контактной электросваркой с нагревом кромок сваривают трубы диаметром 6–630 мм и толщиной стенки 0,5–8 мм, исполь­зуемые главным образом в качестве конструкционных (диаметром до 168–219 мм) и нефтегазопроводных (диаметром более 114 мм). В 60-х годах прошлого века получило широкое распространение производство сварных труб с использованием для нагрева металла токов радиотехнической частоты. Преимущества радиочастотной сварки – расширение диапазона свариваемых металлов и сплавов, значительное увеличение скорости сварки (до 120 м/мин), уменьшение грата, возможность сварки труб из горячекатаной полосы. Это сделало целесообразным перевод большого числа действующих трубоэлектросварочных станов на сварку токами высокой частоты. Большинство из вновь введенных в эксплуатацию трубосварочных установок имеют высокочас­тотное сварочное оборудование. Применение тока частотой 450–500 кГц для сварки труб основано на том, что ток при этой частоте идет не по пути наименьшего омического сопротивления», а наименьшего индуктивного сопротивления.

Ток высокой частоты подводится к кромкам трубной заготовки двумя способами: контактным и индукционным. На рис. 16 показаны схемы с контактным (а) и индукционным (б) подводом тока высокой частоты. Для увеличения индуктивности цепи пери­метра заготовки с целью концентрации тока в кромках заготовки внутрь заготовки вводят ферромагнитный (ферритовый) сердечник.

При радиочастотной сварке труб электрический ток, проходя­щий по кромкам трубной заготовки, благодаря эффекту близости и поверхностному эффекту концентрируется непосредственно на соединяемых поверхностях. С увеличением частоты тока эффект близости и поверхностный эффект усиливаются, вследствие чего на кромках трубной заготовки достигается максимальная концен­трация тока. Сварка труб токами радиотехнической частоты харак­теризуется высокой степенью концентрации энергии при нагреве металла, который происходит за десятые или даже сотые доли се­кунды.

При радиочастотной, индукционной сварке и сварке сопро­тивлением используют одно и то же оборудование, за исключением сварочного узла, и технология получения электросварных труб включает одни и те же операции.




Рис. 16. Схема подвода тока высокой частоты к кромкам трубной заготовки:

1 – сваренная труба; 2 – сформованная заготовка: 3 – сварочные валки;

4 – индуктор; 5 – скользящий контакт; 6 – место сварки



Электросварные трубы производят в поточной линии агрегатов (рис. 17). Все агрегаты стана по характеру технологических операций сгруппированы на трех основных участках: 1) подготови­тельной линии; 2) формовки, сварки и калибровки; 3) отделки труб.

С разматывателя 1 лента с помощью тянущих роликов 2 посту­пает для правки на семи или девятироликовые лентоправильные машины 3. Передний конец выправленной ленты подается в гильо­тинные ножницы 4, где обрезаются смежные концы двух рулонов для ровного стыка их при сварке. Вслед за гильотинными ножни­цами установлена стыкосварочная машина 5 для контактной сварки оплавлением. На этой машине задний конец предыдущего рулона ленты сваривается с передним концом последующего рулона. Вслед за сварочной машиной размещен петлеобразователь 6 с передними и задними тянущими роликами. Создавая запас ленты определенной длины, петлеобразователь обеспечивает непрерыв­ную работу формовочного и сварочного станов в период стыковки концов рулонов.

После выхода из петлеобразователя полоса подается в дисковые ножницы 7, где обрезаются кромки в точном соответствии с требуе­мой расчетной шириной. Для обработки кромок применяется дробеструйная установка 8. На участке формовки, сварки и калибровки труб выполняются следующие технологические операции: фор­мовка подготовленной ленты в трубную заготовку на непрерывном формовочном стане 9–11, сварка трубной заготовки в сварочном узле стана 12 и 13, удаление наружного грата 14, калибровка трубы по наружному диаметру 15, 16, правка 17 и разрезка на мерные длины 18.



^

Рис. 17. Схема технологического процесса производства электросварных труб



Формовочный стан состоит из последовательно расположенных клетей с горизонтальными валками. В зависимости от размера свариваемых труб стан имеет от 5 до 12 клетей с горизонталь­ными валками, приводимыми во вращение от общего при­вода. Только станы, для полу­чения труб большого диаметра (159–529 мм) имеют индивиду­альный привод. Между клетями с горизонтальными валками устанавливают вертикальные неприводные валки.

Все разнообразие калиб­ровки валков формовочных станов определяется различ­ными комбинациями ее основ­ных четырех типов, показанных на рис. 18.

Индукционную сварку труб применяют для производства водогазопроводных и конструкционных труб диаметром от 21,5 до 219 мм (от 1/2 до 8"). Для нагрева кромок трубной заготовки ис­пользуют прямолинейные индукторы с магнитопро-водами, пред­назначенными для концентрации магнитного потока. Принци­пиальная схема индукционной сварки показана на рис. 19. Кромки трубной заготовки проходят в непосредственной близости к индуктору и нагреваются до сварочной температуры. Магнитный поток (на рис. 19 показан стрелками), создаваемый током индук­тора, пересекает трубную заготовку перпендикулярно ее поверх­ности. Ток, индуктируемый в трубной заготовке, протекает вдоль ее кромок. Ток не проходит через стык кромок, поэтому создается возможность изготовлять индукционной сваркой трубы из горяче­катаной полосы с катаными кромками без специальной обработки ее поверхности и торцов. Частота тока 2–8 кГц, скорость сварки достигает 60 м/мин.



^

Рис. 18. Основные типы калибровок валков формовочных станов






^

Рис. 19. Принципиальная схема индук­ционной сварки труб


1 – сформованная заготовка; 2 – линей­ный индуктор

с магнитопроводами; 3 – сварочные валки


После сварки на линии стана снимают наружный грат устрой­ством резцового типа. Внутренний грат удаляют только после контактной сварки сопротивлением оправкой (с резцом или роли­ком). После удаления грата труба охлаждается в специальных во­дяных холодильных установках и поступает на калибровочный стан, который обычно состоит из 3–4 клетей с горизонтальными валками и трех пар клетей с вертикальными валками.

На современных трубосварочных станах широко применяют редуцирование труб. Поэтому вместо калибровочных устанавли­вают редукционно-калибровоч-ные станы с числом клетей до 26.

Выходящую из стана трубу разрезают на мерные длины. Дальнейшая обработка труб производится на участке отделки, где трубы подвергают правке на трубоправильном стане, торцовке концов на торцовочных станках, испытанию на гидравлических прессах и, если необходимо, термической обработке.

^

2.3. Дуговая сварка труб большого диаметра


Дуговой сваркой под слоем флюса с прямым швом производят трубы диаметром 426–1220 мм, толщиной стенки 3–13 мм и дли­ной 6–12 м, а со спиральным швом – диаметром 426–2500 мм, толщиной стенки 3–15 мм и длиной 12–18 м.

При изготовлении труб дуговой сваркой под слоем флюса с пря­мым швом в качестве исходной заготовки применяют горячеката­ную листовую сталь мерной длины (6–12,5 м), а со спиральным швом – горячекатаную листовую сталь в рулонах.

Технологический процесс изготовления прямошовных труб большого диаметра состоит из трех стадий: подготовки и формовки листа, сварки труб и их отделки (рис. 20). Со склада металла пакет листов подают мостовым краном на стеллажи листоукладчика, расположенные по обеим сторонам приемного рольганга (такое расположение их позволяет во время работы одного стел­лажа укладывать листы на другой стеллаж). Магниты кран-балки снимают со стеллажей из стопы по одному листу и опускают его на ролики рольганга, которыми лист задается в девятивалковую правильную машину 1. После правки лист поступает на транс­портер первого кромкострогального станка 2. На этом станке придают параллельность продольным кромкам листа. По выходе из первого кромкострогального станка лист транспортером пере­дается во второй кромкострогальный станок, который снимает с каждой стороны листа по 4 мм припуска, придает листу точную ширину и скашивает продольные кромки под углом 45°; с нижней стороны листа оставляется притупление на 4–5 мм. В случае необ­ходимости обрезают передний и задний концы листов на гильотин­ных ножницах 3 с нижним резом, имеющих усилие 0,60 МН (60 тс). Затем лист поступает в дробеметную установку 4, где продольные кромки очищают от окалины на ширине около 70 мм одновременно с верхней и нижней сторон. Зачистка кромок производится струёй чугунной дроби.

После этого лист задается рольгангом на трехклетевой валко­вый кромкогибочный стан 5. На стане совершается подгибка кромок листа по радиусу, близкому к радиусу готовой трубы.

Лист корытообразной формы двухленточным транспортером подается в гидравлический пресс 6 предварительной формовки усилием 5–20 МН (500–2000 тс), в котором ему придается U-o6разная форма за один ход траверсы. Затем эта заготовка рольган­гом задается в пресс 7 усилием 60–170 МН (6000–17000 тс) для окончательной формовки.

С рольгангов-аккумуляторов трубная заготовка передвижным рольгангом передается на приемный рольганг непрерывных станов 8 наружной сварки труб, расположенных в три линии. Каждый стан состоит из пяти двухвалковых клетей (две с вертикальными и три с горизонтальными валками) и одной сварочной. Сварочная клеть, находящаяся под сварочной головкой, удерживает кромки. Внутри свариваемой трубы (рис. 21) помещена оправка с уста­новленным на ней башмаком. Медные пластины башмака образуют гусеницу, которая поджимает в процессе сварки жидкую ванну с внутренней стороны и препятствует протеканию металла. Сварка ведется двумя дугами, горящими в одну ванну. Электроды установ­лены под углом 60° к образующей трубы. Наружную сварку ведут со скоростью 160 м/ч под слоем флюса марки АН-60 (49% марган­цевой руды, 38% кварцевого песка, 13% плавикового шпата).

После окончания наружной сварки к переднему и заднему концам трубы приваривают планки 9 (см. рис. 20), которые предназначены для зажигания дуги и окончания процесса сварки. За­тем трубы поступают на один из пяти станов 10 для


^

Рис. 20 Схема технологического процесса производства


прямошовных труб дуговой сваркой


наложения внутреннего шва. Затем концы труб обрезают на станке 11. После этого по транспортному рольгангу они поступают к станкам 12 для зачистки сварочных швов на их концах (с наружной и внутренней сторон).

На комбинированном гидравлическом прессе-экспандере 13 производят целый комплекс операций: калибровку, правку и упрочнение, а также раздачу трубы внутренним гидравлическим давлением и гидравлическое испытание трубы. Давление экспандирования находится в пределах 8–15МН/м2 (80–150 aтм). Такой пресс является наиболее надежной машиной для испытания каче­ства сварного шва. Окончательная технологическая операция – снятие фасок с торцов труб на труборезных станках 14.

Рассмотренную технологию применяют и для производства прямошовных труб из двух листов путем формовки их на прессах с последующей сваркой.

Спиральная сварка позволяет использовать лист одной ширины для производства труб различного диаметра. Перевод стана спираль­ной сварки для изготовления труб другого диаметра требует минимального времени. Длина получаемых труб практически не огра­ничена. Непрерывность процесса, минимальные производственные площади, небольшое число обслу­живающего персонала невысокая производительность труда сделали этот способ сварки наиболее прогрессивным для получения труб большого диаметра. Трубы обладают высокой конструктивной прочностью – на 20–40% выше прямошовных. Станы спиральной сварки труб высоко мобильны и могут быть установлены непосредственно на строи­тельной площадке. Спиральной сваркой могут быть изготовлены трубы с отношением D/S  100. К недостаткам спиральной сварки следует отнести большую протяженность сварного шва и меньшую скорость сварки.




Рис. 21. Схема сварки труб под слоем флюса:

1 – труба; 2 – сварной шов; 3 – шлак; 4 – медный башмак; 5 – подача флюса;

6 – сварочные головки; 7 – отсос избыточного флюса


Формовка трубной заготовки осуществляется путем пласти­ческого изгиба полосы в плоскости, расположенной под некоторым углом к продольной оси листа (рис. 22).

Ширина (^ В) полосы, свернутой в спираль под углом , в зависи­мости от диаметра трубы (D) равна В = Dsin = Lsin, где L – периметр трубы по спирали.

Изгиб полосы и последующая навивка ее по спирали совер­шается в специальном формующем устройстве. Угол спирали = arcsin B/D.

В практике угол изменяется в пределах 18–50°. Формующее устройство смонтировано на опорно-поворотной раме, поворотом которой устанавливают угол формовки относительно центра вращения. На опорно-поворотной раме, кроме формующего устройства, находятся: направляющий люнет для удержания выходящей из формующего устройства трубы, сварочная аппаратура и летучий отрезной станок.

Лист прокатывают на непрерывных станах 1700. На станы спи­ральной сварки труб он поступает в рулонах массой 8–15 т.



^

Рис. 22. Схема формовки трубной заготовки при спиральной сварке трубы



Со склада рулоны подают на приемный рольганг разматывателя. С помощью подающих роликов лист задается в девятивал­ковую правильную машину. После правки лист поступает для по­перечной резки на ножницы гильотинного типа. Стыковка концов двух полос совершается на стыкосварочной машине. При этом зад­ний конец предыдущей полосы удерживается подающими роли­ками, расположенными за стыкосварочной машиной,

Тянущие ролики могут перемещаться в направлении, перпен­дикулярном продольной оси листа для совмещения стыкуемых полос. Передний конец последующей полосы зажимается в стыко­сварочной машине. После совмещения стыков происходит сварка концов. Затем тянущие ролики заполняют петлевую яму ускорен­ной подачей. Полоса вытягивается из петлевой ямы, протягивается через неприводные дисковые ножницы и подается в формующее устройство подающей машиной. При этом необходимое давление на ролики между тянущими роликами создается гидравлическими цилиндрами. Перед подающей машиной и после полоса удержи­вается роликовыми проводками или плитами.

В зависимости от диаметра труб используют лист следующей ширины и толщины:

Диаметр трубы, мм ..... 530 630 820 1020 1220 1420

Ширина листа, мм ...... 1100 1200 1600 1600 1600 1600

Толщина листа, мм ...... 4–9 5–9 6–12 8–12 11–12 11–14

Для сварки применяют три сварочные головки. Применяют ту же схему дуговой сварки под слоем флюса того же состава, что и при сварке труб с прямым швом. Кромки полосы при их сближе­нии в процессе формовки сваривают вначале внутренней свароч­ной головкой. Наружную сварку выполняют через полвитка спи­рали в верхней точке трубы. Еще через полвитка в нижней точке трубы производят вторую внутреннюю сварку. Наружная сварка совершается двумя электродами, один из которых питается по­стоянным током, а другой – переменным. Сваренную трубу режут на длины 8–14 м летучим отрезным станком, оборудованным двумя механизированными кислородными резаками. Готовые трубы проходят испытание на гидравлических прессах с манжетным уплотнением, без осевого сжатия. Трубы, изготовленные на ста­нах спиральной сварки, не нуждаются в дополнительной правке и калибровке концов.

^

3. Производство холоднодеформированных труб


Холоднодеформированные трубы, изготовляемые холодной про­каткой и волочением из горячекатаной, сварной или прессован­ной трубной заготовки, отличаются высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности.

Обычно холодной прокаткой и холодным волочением получают стальные трубы диаметром 1,0–200 мм и толщиной стенки 0,1–12 мм. В некоторых случаях применяют холодную прокатку труб значительно большего диаметра (до 250–450 мм) и холодное во­лочение труб диаметром до 0,3 мм. Трубы из цветных металлов и сплавов холодной прокаткой и волочением изготовляют диа­метром 0,35–360 мм и толщиной стенки 0,05–10,0 мм, а также фасонные трубы: овальные, квадратные, восьмигранные, звездо­образные, ребристые и др.

Холодную прокатку тонкостенных труб производят на ста­нах периодического действия, сокращенно называемых ста­нами ХПТ. Процесс холодной прокатки труб аналогичен процессу горячей пилигримовой прокатки. Холодную прокатку, ведут двумя рабочими валками, которые вместе с рабочей клетью совер­шают возвратно-поступательное движение (при горячей пили­гримовой прокатке рабочая клеть неподвижна, а гильза совер­шает возвратно-поступательное движение), при этом валки одно­временно совершают и возвратно-качательное движение (рис. 23). В валках закреплены сменные калибры, имеющие ручей перемен­ного сечения. Очаг деформации приближенно можно представить как усеченный конус, диаметры оснований которого равны диа­метрам заготовки и готовой трубы, а высота (длина) конуса равна ходу валков. Усеченный конус – это развертка ручья калибров. Прокатку ведут на неподвижной конической оправке. Когда валки находятся в крайнем левом положении I (заднее положение), заготовка подается на величину m = 3–25 мм (в зависимости от сортамента и режимов деформации), в крайнем правом поло­жении валков II (переднее положение) происходит только по­ворот трубы на угол 60–90°. Конструкция некоторых станов позволяет осуществлять двойной поворот, т. е. дополнительный поворот производится одновременно с подачей в заднем положении клети. Поданный объем металла раскатывается за двойной ход валков (рабочей клети). Когда валки снова займут крайнее ле­вое положение (заднее положение), вновь происходит подача и цикл повторяется. За каждый цикл получают отрезок готовой трубы, равный произведению подачи m на суммарную вытяжку . Для процесса холодной прокатки труб характерна высокая пластичность металла, что позволяет деформировать металл с 80–90%-ной степенью деформации (с вытяжкой до 10) без промежуточной термической обработки и тем самым сократить циклич­ность при производстве холоднодеформированных труб. Холод­ной прокатке подвергают главным образом трубы из нержавеющих и высоколегированных сталей, малопластичных металлов и сплавов, а также трубы ответственного назначения. Холодной прокаткой получают трубы, точные по геометрическим размерам с внутренней и наружной поверхностью высокого качества.

Стан ХПТ состоит из рабочей клети, главного привода, механизмов подачи и поворота трубы, системы смазки и управления.

Кинематическая схема стана показана на рис. 24. От элек­тродвигателя 1 вращение через главный редуктор 2 передается на кривошипно-шатунный механизм 3. который сообщает рабо­чей клети 4 возвратно-поступательное движение. Одному пол­ному обороту кривошипа соответствует двойной ход рабочей клети: в направлении выхода готовой трубы – прямой ход и в обратном направлении – обратный ход. Вращение валков 5 происходит с помощью ведущих шестерен 6, находящихся в за­цеплении с неподвижными зубчатыми рейками 7. Угол разворота валков зависит от диаметра начальной окружности ведущей шестерни, параметров кривошипно-шатунного механизма. На действующих станах угол разворота составляет 157–214°. От главного редуктора 2 вращение передается на редуктор 8 кулачко­вого механизма 9 подачи и поворота. Этот механизм сообщает системе 10 рычагов прерывистое движение, которое передается винту 11 подачи и валу 12 поворота трубы. В крайнем заднем по­ложении рабочей клети происходит подача и поворот трубы» в крайнем переднем положении – поворот ее. Механизм 13 предназначен для ускоренного отвода винта подачи, а меха­низм 14 – для установки и отвода стержня крепления оправки.

Типоразмер стана обозначают по максимальному наружному диаметру прокатываемой трубы. В настоящее время эксплуатируют станы следующих типоразмеров: ХПТ32, ХПТ55, ХПТ75, ХПТ90, ХПТ120 и ХПТ250.

Процесс волочения труб рассмотрен в разделе «Волочильное производство».





Рис. 23. Схема холодной прокатки трубы на стане ХПТ:

1 – калибр; 2 – валок; 3 – оправка; 4 – стержень; 5 – заготовка; 6 – труба





^

Рис. 24. Кинематическая схема стана холодной прокатки труб










Скачать файл (1004.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации